CN110396675B - 一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法 - Google Patents

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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges

Abstract

本发明公开了材料领域的一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法。该制备方法包括，金属前驱体、等离子体的启动气体和非金属前驱体，先将所述等离子体的启动气体电离形成等离子体，然后向所述等离子体中通入金属前驱体和非金属前驱体，发生化学气相沉积反应；或，先将所述等离子体的启动气体和所述非金属前驱体电离，然后向电离后的气体中通入金属前驱体，发生化学气相沉积反应。本发明提供的等离子体增强化学气相沉积金属薄膜制备方法，其所通过金属前驱体不参与电离，避免金属对等离子体的抑制作用，从而可以长时间、稳定地反应生成金属氮化物。

Description

一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法。
背景技术
氮化钛是一种半导体材料，由金属键、离子键和共价键组成，其具备良好的物理性能和化学性能，被广泛应用于光学超材料器件、微波大功率器件等领域，氮化钛作为这些器件的表面镀层材料，不仅能够降低材料表面的二次电子产额，还能降低金属表面受温度变化、界面摩擦、化学腐蚀的影响。氮化钛独特的电子结构所表现出的高硬度、高熔点和耐腐蚀性，也使其被广泛应用于切削刀具涂层和耐磨涂层。此外，由于氮化钛的生物相容性已得到医学界的承认，从而也为其在人工器官领域的应用奠定了一定的基础。
专利文献CN 109437917 A的专利，使用二氧化钛和碳黑为原料，在1300～1600℃，氩气气氛下保温1～4h，得到一段还原产物，调配碳量并球磨后，再放入高温炉，在1600～1800℃氮气气氛下保温2～8h，冷却后则得到纯度高、粒度细、分散性良好的氮化钛。专利文献CN 104498982 A的专利，使用电解法，在钛可溶阳极电解制备金属钛的过程中，在阴极通入氮气，使其反应生成TiN，分离电解质和氮化钛，即得到纯度高、氧含量低的氮化钛粉末，并可通过调节阴极电流密度调节氮化钛粒径。专利文献CN 108059135 A的专利，使用液氨处理反应助剂，然后向反应助剂中加入四氯化钛，在一定温度和压力条件下进行反应，反应结束后洗涤得到氮化钛前驱体；将所得氮化钛前驱体进行焙烧，得到氮化钛纳米粉体。上述采用高温还原法、电解法合成氮化钛粉体，所需工艺流程繁琐，合成时间较长，同时对合成的温度和压力要求严苛导致合成装置造价较高。
制备薄膜的方法主要有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。在PVD技术中，真空蒸镀、离子镀和磁控溅射等镀膜技术在工业生产中应用较为广泛。在CVD技术中，等离子增强化学气相沉积(PECVD)、激光化学气相沉积(LCVD)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)应用较为广泛。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是借助射频或者脉冲等激发等离子体，使含有反应前驱物的气体发生反应，在衬底表面沉积形成连续薄膜。等离子体是固体、液体与气体以外的物质第四态，它主要由电子、离子、原子、分子及活性自由基等组成。
Bang C U,Hong Y C,Uhm H S.Synthesis and characterization of nano-sized nitride particles by using an atmospheric microwave plasma technique[J].Surface&Coatings Technology,2007,201(9):5007-5011.公开了利用大气压微波等离子体技术制备纳米金属氮化物粒子。一方面，其以氢气作为还原性气氛起保护作用，而氢气易燃易爆，导致金属氮化物粒子的制备过程安全性欠佳；另一方面，其在石英管内表面沉积生成金属氮化物粒子，但石英管内表面积有限，导致金属氮化物的生成量较小，而且后期分离金属氮化物存在困难；再次，其设置样品加热器及热样输送管，装置造价高。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法。具体技术方案为：
一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法，包括，金属前驱体、等离子体的启动气体和非金属前驱体，其特征在于，先将所述等离子体的启动气体电离形成等离子体，然后向所述等离子体中通入金属前驱体和非金属前驱体，发生化学气相沉积反应；或，
先将所述等离子体的启动气体和所述非金属前驱体电离，然后向电离后的气体中通入金属前驱体，发生化学气相沉积反应。
所述等离子体为大气压条件下，利用微波源激发启动气体产生的低温等离子体。
优选地，所述微波源功率参数设置为100-2000W。
所述金属前驱体以饱和蒸汽、粉末或雾化形式通入；
所述非金属前驱体以饱和蒸汽或雾化形式通入；
所述等离子体的启动气体为惰性气体、惰性气体与氮气的混合气体或惰性气体与空气的混合气体。
优选地，所述启动气体为惰性气体；所述启动气体优选为氩气。
保证所述金属薄膜处于还原性保护气体气氛下。在所述化学气相沉积反应过程中，于形成所述金属薄膜的周围通入还原性保护气体，以保证所述金属薄膜处于还原性保护气体气氛下。
所述金属薄膜为金属氮化物薄膜。
进一步地，所述金属氮化物薄膜为氮化钛薄膜或氮化钒薄膜。
进一步地，所述金属前驱体为含金属前驱体溶液或微米级以下含金属固体；所述非金属前驱体为含氮气体或含氮化合物溶液；所述保护气体为氮气。
进一步地，所述金属氮化物薄膜为氮化钛薄膜时，所述金属前驱体为含钛前驱体溶液或微米级以下含钛固体，所述含钛固体包括但不限于钛粒、二氧化钛粉末等；所述非金属前驱体为含氮气体或含氮化合物溶液；所述保护气体为氮气。优选地，所述金属前驱体为四氯化钛前驱体溶液；所述非金属前驱体为氮气。
通过调节微波功率、启动气体流速、金属前驱体和非金属前驱体流速等参数，可以获得不同粒径、沉积厚度的金属薄膜。
所述金属薄膜为金属氮化物薄膜时，优选地，所述启动气体为氩气，氩气流量为1-10slm；所述氮源和保护气体均为氮气，氮气流量为10-500sccm。
一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括，
等离子体发生腔，用于电离产生等离子体，包括接收等离子体的启动气体的入口和输送等离子体的出口；
反应腔，用于提供发生化学气相沉积反应的空间，包括接收等离子体的第一入口、接收金属前驱体的第二入口；
其中，所述等离子体发生腔和/或反应腔设置有非金属前驱体的入口。
所述输送等离子体的出口与所述接收等离子体的第一入口等径连通。
所述接收等离子体的启动气体的入口与储存等离子体的启动气体的气瓶相连接；
所述接收金属前驱体的第二入口与储存金属前驱体的鼓泡瓶和/或雾化器相连接；
所述非金属前驱体的入口与储存非金属前驱体的气瓶和/或雾化器相连接；
所述气瓶在与等离子体发生腔、反应腔连接前，进气管上设置气体质量流量计。
所述金属前驱体和非金属前驱体的入口可以是多个，通过通入前驱体、掺杂气体等，实现对沉积薄膜的性能优化；通过改变金属前驱体与等离子体发生腔之间的距离，可以精确控制金属薄膜的合成温度。
所述微波等离子体化学气相沉积装置还包括微波发生器；
所述微波发生器包括顺次连接的微波源、矩形波导、环流器、调谐器、渐变型波导和短路活塞；所述渐变型波导例如可以为矩形、梯形等；优选地，所述渐变型波导顺次包括过渡波导、窄波导和过渡波导；
所述等离子体发生腔套在渐变型波导处；优选地，所述等离子体发生腔套在窄波导处。
所述微波等离子体化学气相沉积装置还包括支撑体；
所述支撑体位于反应腔的内部或外部；
所述支撑体用于放置基底或反应器。
优选地，所述支撑体位于反应腔的外部；优选地，所述反应腔与基底或反应器之间的距离为3-20mm，确保射流等离子体羽的焰头刚好接触到基底或反应器。
所述微波源为微秒源、射频源、ns脉冲电源或高频高压交流电源。优选地，所述微波源为脉冲电源。
所述调谐器为三销钉匹配器。
所述等离子体发生腔和反应腔为中空石英介质管，也可以选用其他材质。
所述支撑体为刚玉支撑体，也可以选用其他材质的支撑体。
所述鼓泡瓶也可以采用其他装置将前驱体带到反应腔。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、含金属前驱体经过波导高温区，由于趋肤效应，金属会吸收大量微波功率，严重干扰微波功率耦合到等离子体中，导致等离子体被抑制甚至熄灭，无法长时间工作。本发明提供的等离子体增强化学气相沉积金属薄膜制备方法，其所通过金属前驱体不参与电离，避免金属对等离子体的抑制作用，从而可以长时间、稳定地反应生成金属氮化物。
2、本发明提供的金属氮化物制备方法，以氮气作为还原性保护气体，无需易燃易爆的氢气。本发明制备的金属氮化物薄膜均匀致密，能有效降低表面二次电子发射系数，同时加快表面电荷消散，经测试，氮化钛沉积的三氧化二铝陶瓷表面闪络电压提升80％-150％。与现有技术相比，本发明可以长时间、稳定、大面积、均匀地在材料表面沉积金属氮化物薄膜。本发明金属氮化物的制备方法简便易行、效果持久、处理效率高，因此可广泛应用于工业化生产。
3、本发明提供的微波等离子体化学气相沉积装置，无样品加热器，支撑体也未设置加热装置，而是利用微波等离子体的热量实现加热。支撑体位于反应腔的外部，金属薄膜沉积在其上的基底或反应器上，如此可以大量制备产物，且便于后期产物的分离。与现有装置相比，本发明进一步精简实验设备，降低了成本，并且能够实现相同甚至更好的实验效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的微波等离子体化学气相沉积装置图；
图2是本发明实施例1的微波等离子体化学气相沉积装置的局部图；
其中，1-微波源，2-矩形波导，3-调谐器，4-四氟器件，5-中空石英介质管，5-1-等离子体发生腔，5-2-反应腔，6-基底，7-支撑体，8-鼓泡瓶，9-气体质量流量计，10-气瓶，11-渐变型波导，11-1过渡波导，11-2窄波导，12-短路活塞，13-环流器，14-接收等离子体的启动气体的入口，15-接收金属前驱体的第二入口、非金属前驱体的入口。
具体实施方式
实施例1
微波等离子体化学气相沉积装置如附图1和2所示，包括等离子体发生腔5-1和反应腔5-2；等离子体发生腔5-1用于电离产生等离子体，包括接收等离子体的启动气体的入口14和输送等离子体的出口；反应腔5-2用于提供发生化学气相沉积反应的空间，包括接收等离子体的第一入口、接收金属前驱体的第二入口15；等离子体发生腔5-1和反应腔5-2采用等径的中空石英介质管，此时，输送等离子体的出口与所述接收等离子体的第一入口等径连通。非金属前驱体的入口可以设置在等离子体发生腔5-1或反应腔5-2，本实施例的非金属前驱体的入口15设置在反应腔5-2。
接收等离子体的启动气体的入口14与储存等离子体的启动气体的气瓶10-1相连接，且在瓶10-1在与等离子体发生腔5-1连接前，进气管上设置气体质量流量计9-1；接收金属前驱体的第二入口和非金属前驱体的入口均设置在反应腔5-2，设置为同一入口，接收金属前驱体的第二入口15与储存金属前驱体的鼓泡瓶8相连接，非金属前驱体的入口15与储存非金属前驱体的气瓶10-2相连接，且在气瓶10-2在与反应腔5-2连接前，进气管上设置气体质量流量计9-2。
微波等离子体化学气相沉积装置的微波发生器包括顺次连接的微波源1、矩形波导2、环流器13、调谐器3、渐变型波导11和短路活塞12；渐变型波导11用来增强微波强度，渐变型波导顺次包括过渡波导11-1、窄波导11-2和过渡波导11-1；窄波导11-2套在等离子体发生腔5-1处。调谐器3和短路活塞12用于调节微波源工作工程中的发射功率大小，环流器13用于吸收微波反射功率，窄波导11-2用于增强微波场，使放电更容易发生。
等离子体发生腔的顶端设置四氟器件4(四氟卡套)保证通入气体的气密性，等离子体发生腔的上端近窄波导处设置四氟器件4(四氟支撑体)，用于固定中空石英介质管。支撑体7位于反应腔5-2的外部，其上放置基底6。
实施例2
使用实施例1中所述微波等离子体化学气相沉积装置进行氮化钛薄膜的制备，其微波源选用脉冲电源，放电时的重复频率在2.45GHz，采用波加热方式进行放电。中空石英介质管的外径为6mm，内径为4mm，长度为300mm。调谐器选用三销钉匹配器，支撑体选用刚玉支撑体。基底选用三氧化二铝陶瓷材料，为4×4cm大小的片状结构，厚度为2cm。气瓶10-1中装入氩气，作为微波等离子体的启动气体和主要激励气体；气瓶10-2中装入氮气，作为合成氮化钛的氮源，同时作为保护气体；鼓泡瓶中装入反应前驱物四氯化钛溶液，作为钛源。连接鼓泡瓶和反应腔的进气管为直径6mm的四氟管，其余部位的进气管用直径为6mm的PU软管。
在沉积处理前，对三氧化二铝陶瓷样品进行清洗。将陶瓷样品装入含有酒精的样品袋，超声处理10min，将其取出后使用酒精棉擦拭表面，以便去除样品表面的杂质与油污，将清洗后样品放入真空干燥箱中做烘干处理。在烘干过程中，设置箱内温度为60℃，并将箱内抽气至真空，烘干时间为6h。烘干完成后，装入干燥的自封袋中待用。
架设微波等离子体化学气相沉积装置，将中空石英介质管的反应腔固定在窄波导区域。铺设气体气路，并检查整个气路的气密性，确保无漏气。连接微波源，启动微波源及其自带的风冷及水冷系统。
将自封袋中的三氧化二铝陶瓷样品放置在支撑体上，调整反应腔位置，确保反应腔对准样品中心位置，且反应腔与样品之间的距离为10mm，确保射流等离子体羽的焰头刚好接触到样品，不会灼烧样品。
调节氩气流量为5slm，待流速稳定后，使用软件启动微波源，其功率参数设置为300W，使用点火器引发矩形波导区域气体放电，然后调节氮气气体流量为200sccm，确保鼓泡瓶中有均匀气泡冒出，且在反应腔口有流畅的气体吹出，饱和四氯化钛溶液被氮气带出进入反应腔中。此时发电发光有变化，产生明亮的蓝色羽流，为Ti原子发光，调节调谐器和短路活塞，将反射功率调为0。在上述条件下，处理5min。在氩气气氛下冷却样品，待冷却后，取下三氧化二铝陶瓷样品，此时样品表面出现棕黄色区域，即为氮化钛薄膜。将样品放置于自封袋中静置保存，备用。
微波源激发射流放电产生低温等离子体，使氮气与四氯化钛在反应腔内发生原子级别反应生成氮化钛，并在三氧化二铝陶瓷材料表面沉积形成均匀致密的氮化钛薄膜。
实施例3
使用实施例1中所述微波等离子体化学气相沉积装置进行氮化钛薄膜的制备，其微波源选用脉冲电源，放电时的重复频率在2.45GHz，采用波加热方式进行放电。中空石英介质管的外径为6mm，内径为4mm，长度为300mm。调谐器选用三销钉匹配器，支撑体选用刚玉支撑体。基底选用三氧化二铝陶瓷材料，为4×4cm大小的片状结构，厚度为2cm。气瓶10-1中装入氩气，作为微波等离子体的启动气体和主要激励气体；气瓶10-2中装入氮气，作为合成氮化钛的氮源，同时作为保护气体；鼓泡瓶中装入反应前驱物四氯化钛溶液，作为钛源。连接鼓泡瓶和反应腔的进气管为直径6mm的四氟管，其余部位的进气管用直径为6mm的PU软管。
在沉积处理前，对三氧化二铝陶瓷样品进行清洗。将陶瓷样品装入含有酒精的样品袋，超声处理10min，将其取出后使用酒精棉擦拭表面，以便去除样品表面的杂质与油污，将清洗后样品放入真空干燥箱中做烘干处理。在烘干过程中，设置箱内温度为60℃，并将箱内抽气至真空，烘干时间为6h。烘干完成后，装入干燥的自封袋中待用。
架设微波等离子体化学气相沉积装置，将中空石英介质管的反应腔固定在窄波导区域。铺设气体气路，并检查整个气路的气密性，确保无漏气。连接微波源，启动微波源及其自带的风冷及水冷系统。
将自封袋中的三氧化二铝陶瓷样品放置在支撑体上，调整反应腔位置，确保反应腔对准样品中心位置，且反应腔与样品之间的距离为10mm，确保射流等离子体羽的焰头刚好接触到样品，不会灼烧样品。
调节氩气流量为1slm，待流速稳定后，使用软件启动微波源，其功率参数设置为2000W，使用点火器引发矩形波导区域气体放电，然后调节氮气气体流量为10sccm，确保鼓泡瓶中有均匀气泡冒出，且在反应腔口有流畅的气体吹出，饱和四氯化钛溶液被氮气带出进入反应腔中。此时发电发光有变化，产生明亮的蓝色羽流，为Ti原子发光，调节调谐器和短路活塞，将反射功率调为0。在上述条件下，处理5min。在氩气气氛下冷却样品，待冷却后，取下三氧化二铝陶瓷样品，此时样品表面出现棕黄色区域，即为氮化钛薄膜。将样品放置于自封袋中静置保存，备用。
实施例4
使用实施例1中所述微波等离子体化学气相沉积装置进行氮化钛薄膜的制备，其微波源选用脉冲电源，放电时的重复频率在2.45GHz，采用波加热方式进行放电。中空石英介质管的外径为6mm，内径为4mm，长度为300mm。调谐器选用三销钉匹配器，支撑体选用刚玉支撑体。基底选用三氧化二铝陶瓷材料，为4×4cm大小的片状结构，厚度为2cm。气瓶10-1中装入氩气，作为微波等离子体的启动气体和主要激励气体；气瓶10-2中装入氮气，作为合成氮化钛的氮源，同时作为保护气体；鼓泡瓶中装入反应前驱物四氯化钛溶液，作为钛源。连接鼓泡瓶和反应腔的进气管为直径6mm的四氟管，其余部位的进气管用直径为6mm的PU软管。
在沉积处理前，对三氧化二铝陶瓷样品进行清洗。将陶瓷样品装入含有酒精的样品袋，超声处理10min，将其取出后使用酒精棉擦拭表面，以便去除样品表面的杂质与油污，将清洗后样品放入真空干燥箱中做烘干处理。在烘干过程中，设置箱内温度为60℃，并将箱内抽气至真空，烘干时间为6h。烘干完成后，装入干燥的自封袋中待用。
架设微波等离子体化学气相沉积装置，将中空石英介质管的反应腔固定在窄波导区域。铺设气体气路，并检查整个气路的气密性，确保无漏气。连接微波源，启动微波源及其自带的风冷及水冷系统。
将自封袋中的三氧化二铝陶瓷样品放置在支撑体上，调整反应腔位置，确保反应腔对准样品中心位置，且反应腔与样品之间的距离为10mm，确保射流等离子体羽的焰头刚好接触到样品，不会灼烧样品。
调节氩气流量为10slm，待流速稳定后，使用软件启动微波源，其功率参数设置为100W，使用点火器引发矩形波导区域气体放电，然后调节氮气气体流量为500sccm，确保鼓泡瓶中有均匀气泡冒出，且在反应腔口有流畅的气体吹出，饱和四氯化钛溶液被氮气带出进入反应腔中。此时发电发光有变化，产生明亮的蓝色羽流，为Ti原子发光，调节调谐器和短路活塞，将反射功率调为0。在上述条件下，处理5min。在氩气气氛下冷却样品，待冷却后，取下三氧化二铝陶瓷样品，此时样品表面出现棕黄色区域，即为氮化钛薄膜。将样品放置于自封袋中静置保存，备用。
实施例5
使用实施例1中所述微波等离子体化学气相沉积装置进行氮化钒薄膜的制备，其微波源选用脉冲电源，放电时的重复频率在2.45GHz，采用波加热方式进行放电。中空石英介质管的外径为6mm，内径为4mm，长度为300mm。调谐器选用三销钉匹配器，支撑体选用刚玉支撑体。基底选用三氧化二铝陶瓷材料，为4×4cm大小的片状结构，厚度为2cm。气瓶10-1中装入氩气，作为微波等离子体的启动气体和主要激励气体；气瓶10-2中装入氮气，作为合成氮化钒的氮源，同时作为保护气体；鼓泡瓶中装入反应前驱物四氯化钒溶液，作为钒源。连接鼓泡瓶和反应腔的进气管为直径6mm的四氟管，其余部位的进气管用直径为6mm的PU软管。
在沉积处理前，对三氧化二铝陶瓷样品进行清洗。将陶瓷样品装入含有酒精的样品袋，超声处理10min，将其取出后使用酒精棉擦拭表面，以便去除样品表面的杂质与油污，将清洗后样品放入真空干燥箱中做烘干处理。在烘干过程中，设置箱内温度为60℃，并将箱内抽气至真空，烘干时间为6h。烘干完成后，装入干燥的自封袋中待用。
架设微波等离子体化学气相沉积装置，将中空石英介质管的反应腔固定在窄波导区域。铺设气体气路，并检查整个气路的气密性，确保无漏气。连接微波源，启动微波源及其自带的风冷及水冷系统。
将自封袋中的三氧化二铝陶瓷样品放置在支撑体上，调整反应腔位置，确保反应腔对准样品中心位置，且反应腔与样品之间的距离为10mm，确保射流等离子体羽的焰头刚好接触到样品，不会灼烧样品。
调节氩气流量为5slm，待流速稳定后，使用软件启动微波源，其功率参数设置为300W，使用点火器引发矩形波导区域气体放电，然后调节氮气气体流量为200sccm，确保鼓泡瓶中有均匀气泡冒出，且在反应腔口有流畅的气体吹出，饱和四氯化钒溶液被氮气带出进入反应腔中。此时发电发光有变化，产生明亮的蓝色羽流，为钒原子发光，调节调谐器和短路活塞，将反射功率调为0。在上述条件下，处理5min。在氩气气氛下冷却样品，待冷却后，取下三氧化二铝陶瓷样品，此时样品表面出现棕黄色区域，即为氮化钒薄膜。将样品放置于自封袋中静置保存，备用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法，包括，金属前驱体、等离子体的启动气体和非金属前驱体，其特征在于，先将所述等离子体的启动气体电离形成等离子体，然后向所述等离子体中通入金属前驱体和非金属前驱体，发生化学气相沉积反应；或，
先将所述等离子体的启动气体和所述非金属前驱体电离，然后向电离后的气体中通入金属前驱体，发生化学气相沉积反应；
所述等离子体为大气压条件下，利用微波源激发启动气体产生的低温等离子体；
所述等离子体增强化学气相沉积金属薄膜的制备方法是在微波等离子体化学气相沉积装置中进行的，所述微波等离子体化学气相沉积装置包括，
等离子体发生腔，用于电离产生等离子体，包括接收等离子体的启动气体的入口和输送等离子体的出口；
反应腔，用于提供发生化学气相沉积反应的空间，包括接收等离子体的第一入口、接收金属前驱体的第二入口；
其中，所述等离子体发生腔和/或反应腔设置有非金属前驱体的入口；
所述输送等离子体的出口与所述接收等离子体的第一入口等径连通；
在所述化学气相沉积反应过程中，于形成所述金属薄膜的周围通入还原性保护气体，以保证所述金属薄膜处于还原性保护气体气氛下；
所述还原性保护气体为氮气。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体以饱和蒸汽、粉末或雾化形式通入；
所述非金属前驱体以饱和蒸汽或雾化形式通入；
所述等离子体的启动气体为惰性气体、惰性气体与氮气的混合气体或惰性气体与空气的混合气体。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜为金属氮化物薄膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属氮化物薄膜为氮化钛薄膜或氮化钒薄膜。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体为含金属前驱体溶液或微米级以下含金属固体；所述非金属前驱体为含氮气体或含氮化合物溶液。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的制备方法，其特征在于，所述接收等离子体的启动气体的入口与储存等离子体的启动气体的气瓶相连接；
所述接收金属前驱体的第二入口与储存金属前驱体的鼓泡瓶和/或雾化器相连接；
所述非金属前驱体的入口与储存非金属前驱体的气瓶和/或雾化器相连接；
所述气瓶在与等离子体发生腔、反应腔连接前，进气管上设置气体质量流量计。
7.根据权利要求1、2、4或5所述的制备方法，其特征在于，所述微波等离子体化学气相沉积装置还包括微波发生器；
所述微波发生器包括顺次连接的微波源、矩形波导、环流器、调谐器、渐变型波导和短路活塞；
所述等离子体发生腔套在渐变型波导处。
8.根据权利要求1、2、4或5所述的制备方法，其特征在于，所述微波等离子体化学气相沉积装置还包括支撑体；
所述支撑体位于反应腔的内部或外部；
所述支撑体用于放置基底或反应器。
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