CN110819941A - 基于辅助沉积的膜层改性方法及系统 - Google Patents

基于辅助沉积的膜层改性方法及系统 Download PDF

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景加荣
李灿伦
范秋林
李辉
乔宏
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Abstract

本发明提供了一种基于辅助沉积的膜层改性方法及系统，包括：预处理步骤：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；辅助沉积步骤：在沉积Ag膜过程中，通过调节所述离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。本发明的膜层改性方法和系统可用于提高玻璃基底表面原子活性，消除结合不牢的沉积原子，促进表面原子移动与扩散，扩展玻璃基底与Ag的共混层，最终达到提高Ag膜致密度及其与玻璃基底附着力的目的。

Description

基于辅助沉积的膜层改性方法及系统
技术领域
本发明涉及磁控溅射技术领域，具体地，涉及一种基于辅助沉积的膜层改性方法及系统。
背景技术
磁控溅射的基本原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出氩正离子和新的电子，新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，延长电子的运动轨迹，提高电子对工作气体的电离率，并有效降低了电子的能量。磁控溅射可用于沉积金属、半导体、绝缘体等多种材料，具有高速、低温、低损伤的优点，有利于得到均匀致密、结合优良的膜层，已普遍并成功的应用于许多方面，尤其是在微电子、光学薄膜、半导体工业中，应用更为广泛。
Ag由于其优良的光学性质及其应用而广泛受到人们关注，在金属材料中，Ag对可见光和红外光的反射率最高(对可见光的发射比达0.95，对红外光的反射比可达0.99)，中性好，偏振效应最小，因此，Ag是可见光和近红外光区的重要光学材料。另外，Ag膜还具有电子传导快，电阻率小，易制备等优点，在微电子器件、光电子器件、太阳能利用方面有着广泛的应用，例如液晶显示LCD、等离子显示板PDP及真空荧光显示VFD、汽车挡风玻璃的除霜器及接收无线电波的天线也都是采用在玻璃基体上形成Ag导电膜。
专利文献CN 109837517A公开一种基于磁控溅射的外反射银膜制备方法，由于Ag膜与玻璃基底的附着力比较差，易脱落，且如果膜层疏松，极易氧化，将大大影响Ag膜的光学性能，并且在存放和粘贴玻璃片盖板过程中，也很容易出现黄色的斑点和裂纹，影响其稳定性和寿命。因此，如何增强膜层的致密度及其与基体的附着力是一个非常需要关注和解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于辅助沉积的膜层改性方法及系统。
根据本发明提供的一种基于辅助沉积的膜层改性方法，包括：
预处理步骤：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积步骤：在沉积Ag膜过程中，通过调节所述离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。
优选地，所述离子源包括射频-感应耦合离子源。
优选地，所述射频-感应耦合离子源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到发射天线上时，发射天线中就有射频电流通过，产生射频磁通，并且在石英放电室内部沿着轴向感应出射频电场，石英放电室中的电子被射频电场加速，从而产生等离子体，同时发射天线的能量被耦合到等离子体中。
优选地，所述辅助沉积步骤中，沉积粒子受到来自所述离子源的粒子轰击，一部分被反溅射离开所述玻璃基底表面，另一部分被加速。
优选地，沉积粒子被加速的过程包括：
A、玻璃基底表面原子的溅射；
B、动量从入射离子传递给到达玻璃基底的沉积粒子；
C、沉积粒子填充由离子轰击产生的空穴；
D、由于不间断的动量传递而导致沉积粒子不仅沿着玻璃基底平面运动，而且会垂直玻璃基底表面的动量而上下运动。
根据本发明提供的一种基于辅助沉积的膜层改性系统，包括：
预处理模块：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积模块：在沉积Ag膜过程中，通过调节所述离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。
优选地，所述离子源包括射频-感应耦合离子源。
优选地，所述射频-感应耦合离子源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到发射天线上时，发射天线中就有射频电流通过，产生射频磁通，并且在石英放电室内部沿着轴向感应出射频电场，石英放电室中的电子被射频电场加速，从而产生等离子体，同时发射天线的能量被耦合到等离子体中。
优选地，所述辅助沉积步骤中，沉积粒子受到来自所述离子源的粒子轰击，一部分被反溅射离开所述玻璃基底表面，另一部分被加速。
优选地，沉积粒子被加速的过程包括：
A、玻璃基底表面原子的溅射；
B、动量从入射离子传递给到达玻璃基底的沉积粒子；
C、沉积粒子填充由离子轰击产生的空穴；
D、由于不间断的动量传递而导致沉积粒子不仅沿着玻璃基底平面运动，而且会垂直玻璃基底表面的动量而上下运动。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的膜层改性方法和系统可用于提高玻璃基底表面原子活性，消除结合不牢的沉积原子，促进表面原子移动与扩散，扩展玻璃基底与Ag的共混层，最终达到提高Ag膜致密度及其与玻璃基底附着力的目的。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种基于辅助沉积的膜层改性方法，包括：
预处理步骤：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积步骤：在沉积Ag膜过程中，通过调节离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度，达到辅助沉积膜层的目的。
离子源包括射频-感应耦合离子源，射频-感应耦合离子源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到发射天线上时，发射天线中就有射频电流通过，产生射频磁通，并且在石英放电室内部沿着轴向感应出射频电场，石英放电室中的电子被射频电场加速，从而产生等离子体，同时发射天线的能量被耦合到等离子体中。射频-感应耦合离子源的优势在于一方面石英放电室外面是水冷的螺旋射频线圈，低能电子沿着平行放电室壁方向做螺旋线运动，被感应耦合电场加速，这样减小了电子损耗，增加了电离几率，另一方面气体被石英扩散器沿周向引入放电室，由于离子束流密度直接与等离子体密度和电子温度均方根成正比，根据螺旋射频线圈和射频趋肤效应，温度较高的电子分布在放电室壁外周，补偿了因放电室壁处等离子密度的减小，有利于提高离子束的准直性和均匀性。
离子辅助沉积的过程为：溅射粒子不断受到来自离子源的离子轰击，导致一部分能量极低的沉积粒子被反溅射离开玻璃基底表面，另有一部分沉积粒子被加速，获得较大的动量和足够的动能，从而提高了吸附原子的迁移率。沉积粒子被加速的过程又包括：
A、玻璃基底表面原子的溅射；
B、动量从入射离子传递给到达玻璃基底的沉积粒子；
C、沉积粒子填充由离子轰击产生的空穴；
D、由于不间断的动量传递而导致沉积粒子不仅沿着玻璃基底平面运动，而且会垂直玻璃基底表面的动量而上下运动。
验证试验结果表明：入射离子的能量传递，引起沉积粒子的三维运动，可大大改善Ag膜的性能。它不仅可以显著扩展基底与Ag膜的共混层，提高Ag膜的致密度，提高Ag膜与基底的附着力，还有利于提高Ag膜的光学性能。但是也有资料和试验结果说明，离子辅助沉积改善Ag膜性能有一个临界点，超过此临界点性能就会下降。
在上述一种基于辅助沉积的膜层改性方法的基础上，本发明还提供一种基于辅助沉积的膜层改性系统，包括：
预处理模块：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积模块：在沉积Ag膜过程中，通过调节离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于辅助沉积的膜层改性方法，其特征在于，包括：
预处理步骤：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积步骤：在沉积Ag膜过程中，通过调节所述离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。
2.根据权利要求1所述的基于辅助沉积的膜层改性方法，其特征在于，所述离子源包括射频-感应耦合离子源。
3.根据权利要求2所述的基于辅助沉积的膜层改性方法，其特征在于，所述射频-感应耦合离子源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到发射天线上时，发射天线中就有射频电流通过，产生射频磁通，并且在石英放电室内部沿着轴向感应出射频电场，石英放电室中的电子被射频电场加速，从而产生等离子体，同时发射天线的能量被耦合到等离子体中。
4.根据权利要求1所述的基于辅助沉积的膜层改性方法，其特征在于，所述辅助沉积步骤中，沉积粒子受到来自所述离子源的粒子轰击，一部分被反溅射离开所述玻璃基底表面，另一部分被加速。
5.根据权利要求4所述的基于辅助沉积的膜层改性方法，其特征在于，沉积粒子被加速的过程包括：
A、玻璃基底表面原子的溅射；
B、动量从入射离子传递给到达玻璃基底的沉积粒子；
C、沉积粒子填充由离子轰击产生的空穴；
D、由于不间断的动量传递而导致沉积粒子不仅沿着玻璃基底平面运动，而且会垂直玻璃基底表面的动量而上下运动。
6.一种基于辅助沉积的膜层改性系统，其特征在于，包括：
预处理模块：在沉积Ag膜之前，对玻璃基底采用离子源清洗；
辅助沉积模块：在沉积Ag膜过程中，通过调节所述离子源的功率、工作气体通量以及公自转速度来改变到达玻璃基底表面的离子能量和离子密度。
7.根据权利要求6所述的基于辅助沉积的膜层改性系统，其特征在于，所述离子源包括射频-感应耦合离子源。
8.根据权利要求7所述的基于辅助沉积的膜层改性系统，其特征在于，所述射频-感应耦合离子源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到发射天线上时，发射天线中就有射频电流通过，产生射频磁通，并且在石英放电室内部沿着轴向感应出射频电场，石英放电室中的电子被射频电场加速，从而产生等离子体，同时发射天线的能量被耦合到等离子体中。
9.根据权利要求6所述的基于辅助沉积的膜层改性系统，其特征在于，所述辅助沉积步骤中，沉积粒子受到来自所述离子源的粒子轰击，一部分被反溅射离开所述玻璃基底表面，另一部分被加速。
10.根据权利要求9所述的基于辅助沉积的膜层改性系统，其特征在于，沉积粒子被加速的过程包括：
A、玻璃基底表面原子的溅射；
B、动量从入射离子传递给到达玻璃基底的沉积粒子；
C、沉积粒子填充由离子轰击产生的空穴；
D、由于不间断的动量传递而导致沉积粒子不仅沿着玻璃基底平面运动，而且会垂直玻璃基底表面的动量而上下运动。
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