CN110983300A - 镀膜设备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镀膜设备及其应用，用于在基材表面镀膜，包括一进料装置和一设备主体，其中所述进料装置被连接于所述设备主体，其中所述进料装置包括一气体进料装置和一液体进料装置，其中所述气体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送气态的气体原料至所述设备主体，其中所述液体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送液态经气化后的气体原料至所述设备主体，其中所述设备主体基于所述气体原料制备薄膜，其中同一台所述镀膜设备能够在所述基材表面制备多种不同性能或者种类的薄膜或者膜层。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜领域，进一步涉及一种能够制备薄膜的镀膜设备及其应用。
背景技术
随着电子产品的发展，为提高电子产品的各项性能如强度、防刮、耐磨性、散热性、防水性、耐腐性或者低摩擦性等性能，镀膜工艺已然成为不可或缺的工艺之一。通过该镀膜工艺在该电子设备的表面镀上一层防水薄膜或者防水纳米膜层能够有效地提高该电子产品的防水性能，比如目前市场上的防水手表或者防水手机等防水电子产品。当该防水电子产品被浸入水中时，该防水薄膜或者防水纳米膜层能够有效地防止内部电路或者外部接口如USB端口或者充电端口等短路，或者防止水分腐蚀其电路板或者电子元件等。
需要此种膜层的基材有PCB电路板、电子器件、手机、键盘、电脑等，根据基材的种类和应用环境的不同，在基材表面制备的薄膜(或膜层)的种类和性能也不同。比如目前的5G手机特别是全屏或者全屏曲面手机、柔性屏手机等不但要求高透光性、高硬度耐磨性，还要求耐抗摔性，因此在该5G手机的屏幕或者盖板上制备的薄膜应当满足高透光性、高硬度耐磨性或者耐抗摔性等性能。
类金刚石薄膜(DLC薄膜)具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性以及良好的化学稳定性、导热性、电绝缘性、透光性和生物相容性等，在许多领域有着巨大的应用前景。DLC薄膜在制备过程中具备沉积温度低、沉积面积大、沉积条件简单、膜面平整光滑等优点，被应用在要求沉积温度低、膜面粗糙度小的场合，如计算机硬盘、光盘等的保护膜方面。利用DLC薄膜的高硬度、低摩擦系数以及良好的抗磨损性能，其可以用作机械减摩和耐磨防护涂层等。例如，刀具涂层、磁介质保护膜以及空间润滑材料等。DLC的高击穿电压和高导热率使其能够在高温环境下和高功率器件中使用。
在制造大规模集成电路(ULSI)芯片时，DLC薄膜用作光刻电路板的掩膜，不仅可以防止在操作中反复接触造成的表面机械损伤，而且还较强的抗机械或者化学腐蚀性能。而且，DLC薄膜具有比较低的介电强度和介电常数，易在大的基地上成膜，因此有望取代SiO2成为下一代集成电路的介质材料。此外，DLC薄膜具有较低的电子亲和势，为一种优异的冷阴极场发射材料，可用在场发射平面显示器件(FED)上。
利用DLC薄膜的可见光吸收和红外透光性能，可用在锗光学镜片上和硅太阳能电池上作为减反射膜。而且，DLC薄膜具有良好的光学透过性和适于在低温条件下沉积的特点，因此可用作光学透镜保护膜、光盘保护膜、眼镜片保护膜以及汽车等交通工具挡风玻璃保护膜等。
此外，DLC薄膜不仅在化学成分上(碳元素和氢元素)满足生物相容性要求，而且它的高硬度、低摩擦系数、化学惰性等使其在生物医学领域潜在的、广泛的应用前景已经引起了越来越多的关注。例如，金属质的人工材料表面沉积DLC薄膜后不仅极大地改善了与生物组织的相容性，而且使植入部件的抗磨性能也得到了提高。在人工心脏瓣膜的不锈钢或钛合金表面沉积DLC薄膜能够同时满足机械性能、耐腐蚀性能和生物相容性的要求。或者，在人工关节表面沉积DLC薄膜能够增强耐磨性能。
然而，现有市场上的镀膜设备由于受到设备本身的限制，始终无法实现大面积的薄膜制备，而且制备的薄膜的种类较为单一，兼容性极差，使得该镀膜设备一般只能制备一种或者一类性能的薄膜，当对基材的表面分别制备多层不同性能的薄膜时，就需要准备多台不同型号的镀膜设备分别对相应的基材进行镀膜。而且有些镀膜设备仅能够基于气态的原料制备薄膜，而液体的原料无法适用于该镀膜设备，或者反之，不仅适用性较差，而且成本较高，操作比较复杂，不利于大批量生产。
现有的镀膜设备根据所镀膜的种类的需求通常具备相应的电源种类，一般分为采用射频电源的镀膜设备和采用脉冲电源的镀膜设备，当在该基材的表面制备两种性能的薄膜以具备多种性能如防水和高硬度性能等时，第一种薄膜的制备需要利用采用射频电源的镀膜设备，而第二种薄膜的制备需要利用采用脉冲电源的镀膜设备，从而造成无法由同一台镀膜设备在该基材的表面制备该第一种薄膜和该第二种薄膜，基本无法实现统一，成本无法降低。
专利号为CN1178263A公开了一种类金刚石薄膜形成装置和形成方法，该装置包括保持内部成规定的真空度的真空槽，在该真空槽内设有基材基座、基材温度调整机构、与基材相对的气体离子源；在基材上连接有可加电压的两种偏置手段，气体离子源和基材相对设有节流孔的反应气体导入室，热电子辐射手段，热电子引出电极和加速电极。可以看出，该形成装置和形成方法的反应原料为气体，对于一些液体的反应原料无法适用，薄膜种类较为单一，无法实现制备多种不同性能的薄膜，适用性较窄。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备用于在基材表面制备薄膜或者膜层，实现大面积镀膜，从而实现大批量制备薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中同一台所述镀膜设备能够在所述基材表面制备多种不同性能或者种类的薄膜或者膜层。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备具有射频电源和脉冲电源，以适应性地在制备不同性能或者种类的薄膜时施加相应的射频电场和/或脉冲电压。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够实现分别在不同种类或者型号的基材的表面制备具有不同性质的薄膜，即由一台所述镀膜设备能够实现对不同种类或者型号的基材分别进行镀膜，且所述薄膜的性能可以多样化，提高兼容性，节省成本。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够以气态和/或液态的原料作为原料制备所述薄膜，或者说，所述镀膜设备能够基于气态的原料制备一种薄膜，且所述镀膜设备也能够基于液态的原料制备另一种薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够实现在同一基材的表面制备多层不同种类或者性能的薄膜，以提高所述基材的更多类型的性能。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够对基材表面进行刻蚀与活化，有利于在所述基材表面制备所述薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够在常温或者低温下完成镀膜，所需时间较短，有利于节省成本。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够用于对一些不耐高温的基材进行镀膜，实现在镀膜过程中不易损坏基材。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备能够实时检测反应温度，进一步确保所述基材的安全性。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备结合射频和/或脉冲电压实现制备所述薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备在制备薄膜的过程中工艺可控性较好，有利于快速制备目标薄膜。
本发明的另一个目的在于提供一镀膜设备及其应用，其中所述镀膜设备结构简单，利于清洁，使用寿命较高。
依本发明的一个方面，本发明进一步提供一镀膜设备，用于在基材表面镀膜，包括：
一进料装置；和
一设备主体，其中所述进料装置被连接于所述设备主体，其中所述进料装置包括一气体进料装置和一液体进料装置，其中所述气体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送气态的气体原料至所述设备主体，其中所述液体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送液态经气化后的气体原料至所述设备主体，其中所述设备主体基于所述气体原料制备薄膜。
在一些实施例中，其中所述液体进料装置包括至少一气化装置和至少一第一输送管路，其中所述气化装置用于气化液态的原料，其中液态的原料经所述气化装置气化为气体原料并经由所述第一输送管路输送至所述设备主体。
在一些实施例中，其中所述液体进料装置进一步包括至少一液体储存器，其中所述液体储存器用于储存液态的原料，其中所述液体储存器经由所述第一输送管路连通于所述设备主体，以供液态的原料经所述气化装置气化为气体原料并输送至所述设备主体。
在一些实施例中，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路与所述液体储存器之间。
在一些实施例中，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路与所述设备主体之间。
在一些实施例中，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路的两端之间。
在一些实施例中，其中所述气化装置被实施为加热装置或者降压装置。
在一些实施例中，其中所述气体进料装置包括至少一第二输送管路，其中所述第二输送管路被连通于所述设备主体，其中气态的原料经由所述第二输送管路输送至所述设备主体。
在一些实施例中，其中所述气体进料装置进一步包括至少一气体储存器，其中所述气体储存器用于储存气态的原料，其中所述气体储存器经由所述第二输送管路连通于所述设备主体以供气态的原料被输送至所述设备主体。
在一些实施例中，其中所述设备主体进一步包括一供电装置和一腔体，其中所述腔体具有一腔室，其中所述液体进料装置和气体进料装置均连通于所述腔体的所述腔室以供输送气体原料至所述腔室，其中所述供电装置提供电压作用于所述腔室内的气体原料，以化学气相沉积的方式在该基材的表面制备该薄膜。
在一些实施例中，其中所述供电装置包括一射频电源，其中所述射频电源提供射频电场作用于所述腔室内的气体原料。
在一些实施例中，其中所述供电装置包括一脉冲电源，其中所述脉冲电源提供脉冲电压作用于所述腔室内的气体原料。
在一些实施例中，其中所述射频电源提供射频电场对所述腔室内的气体原料进行放电以形成等离子体环境并使反应气体处于高能状态，其中所述脉冲电源提供脉冲电压使处于高能量状态的气体粒子沉积以形成该薄膜。
在一些实施例中，其中所述设备主体进一步包括一支架，其中所述支架被设置于所述腔体的所述腔室以供支撑该基材，其中所述脉冲电源的正极端被电连接于所述腔体并接地，其中所述脉冲电源的负极端被电连接于所述支架，其中所述支架与所述腔体之间绝缘。
依本发明的另一方面，进一步提供了一镀膜设备的镀膜方法，包括步骤A：制备第一膜层于基材表面，其中所述步骤A包括步骤：
A1、输送气态的原料至一设备主体；和
A2、所述设备主体基于气态的原料制备所述第一膜层于该基材的表面。
在一些实施例中，其中所述步骤A被替换为步骤B：制备第二膜层于该基材的表面，其中所述步骤B包括步骤：
B1、将液态的原料汽化为气态的原料并输送至所述设备主体；和
B2、所述设备主体基于气态的原料制备第二膜层于该基材的表面。
在一些实施例中，其中所述镀膜方法包括先后进行的所述步骤A和所述步骤B，以在该基材的表面依次制备所述第一膜层和所述第二膜层，或者所述步骤A后于所述步骤B执行，以在该基材的表面依次制备所述第二膜层和所述第一膜层。
在一些实施例中，其中所述步骤A被替换为步骤C：制备第三膜层于该基材的表面，其中所述步骤C包括步骤：
C1、将气态的原料输送至所述设备主体，并将液体的原料气化为气态的原料输送至所述设备主体；和
C2、所述设备主体基于气态的原料制备第三膜层于该基材的表面。
在一些实施例中，其中所述镀膜方法包括先后进行的所述步骤A和所述步骤C，或者所述步骤A后于所述步骤C执行。
在一些实施例中，其中所述步骤A1包括步骤：A11、储存气态的原料于一气体储存器；和A12、输送气态的原料于所述设备主体的一腔室。
在一些实施例中，其中所述步骤B1包括步骤：B11、储存液态的原料于一液体储存器；和B12、气化液态的原料为气态的原料并输送至所述设备主体的一腔室。
在一些实施例中，其中所述步骤C1包括步骤：C11、储存液态的原料与一液体储存器，和储存气态的原料于一气体储存器；C12、输送气态的原料至所述设备主体的一腔室；和C13、气化液态的原料并输送至所述腔室。
在一些实施例中，其中所述步骤C12后于所述步骤C13执行，或者所述步骤C12和所述步骤C13同时进行。
在一些实施例中，通过加热或者降压的方式气化液态的原料为气态的原料。
在一些实施例中，其中所述步骤A2包括步骤：提供射频电场作用于气态的原料以制备所述第一膜层。
在一些实施例中，其中所述步骤B2包括步骤：提供脉冲电压作用于气态的原料以制备所述第二膜层。
在一些实施例中，其中所述步骤C2包括步骤：提供射频电场对气态的原料进行放电以形成等离子体环境并使反应气体处于高能状态，和提供脉冲电压使处于高能量状态的气体粒子沉积以形成所述第三膜层。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的一镀膜设备的结构示意图。
图2是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的结构框图。
图3是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的进料装置的结构框图。
图4是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的腔体的结构框图。
图5是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的供电装置的结构框图。
图6A是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的进料装置的结构框图。
图6B是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的进料装置的另一种变形实施方式的结构框图。
图6C是根据本发明的上述优选实施例的所述镀膜设备的进料装置的又另一种变形实施方式的结构框图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1至图6C所示为本发明的一个优选实施例的一镀膜设备100，其中所述镀膜设备100用于在至少一基材600表面镀上至少一层薄膜或者膜层，其中所述镀膜设备100能够实现大面积镀膜，从而实现同时在大批量的所述基材600的表面镀上所述薄膜。进一步地，同一台所述镀膜设备100能够在所述基材表面制备多种不同性能或者种类的薄膜或者膜层。所述镀膜设备100能够实现分别在不同种类或者型号的所述基材600的表面制备具有不同性质的薄膜，即由一台所述镀膜设备100能够实现对不同种类或者型号的所述基材100分别进行镀膜，且所述薄膜的性能可以多样化，提高兼容性，节省成本。
在本实施例中，所述镀膜设备100采用等离子体化学气相沉积的方法在所述基材600的表面制备所述薄膜或者膜层。即所述薄膜被沉积形成于所述基材600的表面，从而提升所述基材600的表面的力学方面、光学方面或者化学方面等性质，其中所述基材600如具备预设形状结构的需镀膜产品，如PCB电路板、手机、电子设备、电子产品盖板、电子产品显示屏幕、手机玻璃屏幕、电脑屏幕、手机后盖、电子设备外壳、键盘膜或者其他类型的需镀膜产品等，在此不受限制。例如，所述镀膜设备100在电子产品显示屏幕上制备所述薄膜，能够有效地解决该电子产品显示屏幕不耐摔、不耐磨以及表面强化成本高的问题。
进一步地，所述镀膜设备100能够实现分别在不同种类或者型号的基材600的表面制备具有不同性质的所述薄膜，即由一台所述镀膜设备100能够实现对不同种类或者型号的基材600分别进行镀膜，且所述薄膜的性能可以多样化，提高兼容性，节省成本。可选地，所述薄膜包括被镀于所述基材600表面的膜、薄膜或者纳米膜层等。可选地，所述薄膜可以被实施为类金刚石薄膜(DLC薄膜)、无机薄膜、有机薄膜、有机硅纳米防护膜层、有机硅硬质纳米防护膜层、复合结构高绝缘硬质纳米防护膜层、具有调制结构的高绝缘纳米防护膜层、等离子体聚合膜层、梯度递增结构防液膜层、梯度递减结构防液膜层、交联度可控的膜层、防水耐点击穿膜层、低粘附耐蚀膜层、具有多层结构的防液膜层、聚氨酯纳米膜层、丙烯酰胺纳米膜层、防静电防液纳米膜层、环氧纳米膜层、高透明低色差纳米膜层、高粘附性耐老化纳米膜层、含硅共聚物纳米膜层或者聚酰亚胺纳米膜层等。相应地，所述镀膜设备100可以被实施为在所述基材600表面镀上述任意一种或多种的膜或者膜层等，以改善所述基材600表面性质，在此不受限制。
更进一步地，根据种类或者性能的不同，所述薄膜分为第一膜层、第二膜层、第三膜层、第四膜层、第五膜层...，如防水膜、类金刚石膜或者有机膜等其他性能的膜等。举例地，所述镀膜设备100能够在所述基材600的表面制备所述第一膜层和所述第二膜层，具体地，所述镀膜设备100先在所述基材600的表面制备所述第一膜层，后在所述基材600的所述第一膜层的表面继续制备所述第二膜层，即所述第一膜层形成于所述基材600的表面，所述第二膜层形成于所述第一膜层的表面，以使所述基材600的表面被制备两种膜层。可选地，所述第二膜层形成于所述基材600的表面，所述第一膜层形成于所述第二膜层的表面。可选地，进一步地，所述第三膜层形成于所述第一膜层或者所述第二膜层的表面，以使所述基材600的表面被制备三种膜层。可选地，所述基材600的表面也可以仅被制备所述第四膜层和/或所述第五膜层等，在此不受限制。
作为举例地，所述第一膜层由所述镀膜设备100基于气态的原料制备，所述第二膜层由所述镀膜设备100基于液态的原料制备，所述第三膜层由所述镀膜设备100基于液态和气态的原料制备。
优选地，所述镀膜设备100包括一进料装置110和一设备主体120，其中所述进料装置110被连接于所述设备主体120，其中所述设备主体120用于在所述基材600表面制备所述薄膜，其中所述进料装置110用于输送气态和/或液态经气化后的气体原料至所述设备主体120，其中所述设备主体120基于所述气体原料制备所述薄膜于所述基材600的表面。换句话说，当制备所述第一膜层时，所述进料装置110输送气态的原料于所述设备主体120，由所述设备主体120制备所述第一膜层。当制备所述第二膜层时，所述进料装置110将所述液态的原料气化为气态的原料并输送至所述设备主体120，以制备所述第二膜层。当制备所述第三膜层时，所述进料装置110输送气态的原料至所述设备主体120，并且将液体的原料气化为气态的原料并输送至所述设备主体120，以制备所述第三膜层。
进一步地，所述进料装置110包括一液体进料装置111和一气体进料装置112，其中所述气体进料装置112被连通于所述设备主体120以用于输送气态的气体原料至所述设备主体120，其中所述液体进料装置111被连通于所述设备主体120以用于输送液态经气化后的气体原料至所述设备主体120。
本实施例进一步提供了一镀膜方法，其中所述基材600被置于所述设备主体120，包括在所述基材600的表面制备所述第一膜层的步骤：
S10、输送气态的原料(气体原料)至所述设备主体120；和
S20、所述设备主体120基于气态的原料制备所述第一膜层于所述基材600的表面。
可选地，在制备所述第二膜层时，所述步骤S10被替换为步骤S11、将液体的原料气化为气态的原料(气体原料)并输送至所述设备主体120；和所述步骤S20被替换为步骤S21、所述设备主体120基于所述气态的原料(气体原料)制备所述第二膜层于所述基材600的表面。
可选地，在制备所述第三膜层时，所述步骤S10被替换为步骤S12、将气态的原料(气体原料)输送至所述设备主体120，并将液态(液体)的原料气化为气态的原料(气体原料)并输送至所述设备主体120，并混合在一起，即各所述气态的原料均被充入所述设备主体120的同一腔室内；和所述步骤S20被替换为步骤S22、所述设备主体120基于所述气态的原料(气体原料)制备所述第三膜层于所述基材600的表面。
进一步地，所述镀膜方法包括在所述基材600的所述第一膜层的表面继续制备所述第二膜层的步骤：
S30、将液体的原料气化为气态的原料(气体原料)并输送至所述设备主体120；和
S40、所述设备主体120基于所述气态的原料(气体原料)制备所述第二膜层于所述基材600的所述第一膜层的表面，即所述第一膜层和所述第二膜层被层叠地形成于所述基材600的表面。可选地，所述第一膜层和所述第二膜层的位置可以互换。
进一步地，所述镀膜方法包括在所述第二膜层的表面继续制备所述第三膜层的步骤：
S50、将气体的原料(气体原料)输送至所述设备主体120，并将液态的原料气化为气态的原料(气体原料)并输送至所述设备主体120；
S60、所述设备主体120基于所述气态的原料(气体原料)制备所述第三膜层于所述第二膜层的表面。即所述第一膜层、所述第二膜层以及所述第三膜层被层叠形成于所述基材600的表面。可选地，所述第一膜层、所述第二膜层以及所述第三膜层之间的位置可以任意互换。
也就是说，所述镀膜设备100能够通过三次镀膜依次在所述基材600的表面制备所述第一膜层、所述第三膜层以及所述第二膜层，或者所述镀膜设备100能够通过三次镀膜依次在所述基材600的表面制备所述第二膜层、所述第一膜层以及所述第三膜层，或者所述镀膜设备100能够通过三次镀膜依次在所述基材600的表面制备所述第二膜层、所述第三膜层以及所述第一膜层，或者所述镀膜设备100能够通过三次镀膜依次在所述基材600的表面制备所述第三膜层、所述第一膜层以及所述第二膜层，或者所述镀膜设备100能够通过三次膜层依次在所述基材600的表面制备所述第三膜层、所述第二膜层以及所述第一膜层。
如图2所示，优选地，所述设备主体120包括一腔体10、至少一抽气装置30、至少一抽气管路40、一供电装置50以及至少一支架60，其中所述腔体10具有一可封闭的腔室101，其中所述支架60被设置于所述腔体10的所述腔室101，其中所述支架60用于支撑所述基材600。如图3所示，所述液体进料装置111包括至少一气化装置1111和至少一第一输送管路201，其中所述气化装置1111用于气化液态的原料为气体原料，其中液态的原料经所述气化装置1111气化为气体原料并经由所述第一输送管路201输送至所述设备主体120。所述气体进料装置112包括至少一第二输送管路202，其中气态的原料经由所述第二输送管路202输送至所述设备主体120。所述气体原料如氮气、四氟化碳或者氦气、氩气等惰性气体的等离子体源气体、氢气、碳氢气体等的反应气体或者N、Si、F、B等掺杂元素的辅助气体。所述抽气装置30通过所述抽气管路40连通所述腔体10的所述腔室101并通过所述抽气管路40持续地抽出所述腔室101内的气体，以控制所述腔室101内的气压，其中所述供电装置50用于提供射频和/或脉冲电压作用于所述腔室101内的气体，以供所述镀膜设备100通过化学气相沉积的方式在所述基材600的表面制备所述薄膜或者膜层。
可选地，所述第一输送管路201能够被接入用于储存液态原料的储存器，其中该储存器储存着液态的原料，其中液态的原料在一定压力作用下经由所述第一输送管路201输送，并由所述气化装置1111气化为气体原料后输送至所述设备主体120。可选地，所述第二输送管路202能够被接入用于储存气态的原料的储存器，其中气态的气体原料在一定压力作用下经由所述第二输送管路202输送至所述设备主体120。
需要指出的是，所述第一输送管路201和所述第二输送管路202能够部分共用，以减少管道的使用量和减小占用空间，节省成本。
可以理解的是，通过对掺杂元素的辅助气体的加入种类或者加入量的控制，所述镀膜设备100能够实现制备不同性能或者种类的薄膜或者膜层。也就是说，在一次镀膜工艺中，一种所述基材600被置入所述镀膜设备100的所述腔室101内进行镀膜，通过对加入原料的控制，在所述基材600的表面制备出一种薄膜，然后，在下一次镀膜工艺中，另一种基材600被置入所述镀膜设备100的所述腔室101内进行镀膜，通过对加入原料的控制，在所述另一种所述基材600的表面制备另一种薄膜。以此实现由同一台所述镀膜设备100制备出不同种类或者性能的所述薄膜。
如图4所示，进一步地，所述腔体10具有与所述腔室101相通的至少一抽气口11、至少一进气口12以及至少一进料口13，其中所述输送管路(即所述第一输送管路201或所述第二输送管路202)包括至少一气源管道21、至少一氢气管道22以及至少一反应原料管道23，其中所述抽气口11被接入所述抽气管路40以供所述抽气装置30通过所述抽气管路40抽出所述腔室101内的气体，其中所述进气口12被接入所述气源管道21以供向所述腔室101内通入氮气、四氟化碳或氦气、氩气等惰性气体或等离子体源气体，其中所述进料口13被接入所述氢气管道22和所述反应原料管道23，其中所述氢气管道22用于向所述腔室101内通入氢气，其中所述反应原料管道23用于向所述腔室101内通入碳氢气体等反应原料，所述碳氢气体例如1-6碳原子数的烷烃、烯烃、炔烃等气态原料的其中一种或者多种组合，或者由更高碳原子数的液态的碳氢原料气化而成的气态原料等的其中一种或者多种组合。也就是说，所述反应原料管道23可以用来输送液态的反应原料，然后将经气化后的反应原料通过所述进料口13通入所述腔室101内。可以理解的是，所述气源管道21、所述氢气管道22、所述反应原料管道23以及所述掺杂原料管道24均能够被分别设置一开关阀以分别控制管道的开关，实现气体的流通与关闭，或者所述开关阀能够控制被充入所述腔室101内的气体的流量大小，在此不受限制。
更进一步地，所述进料口13被实施为两个，其中一个所述进料口13用于接入所述氢气管道22以供向所述腔室101内单独通入氢气，另一所述进料口13用于接入所述反应原料管道23以供向所述腔室101内单独通入反应原料。可选地，所述进料口13也可以被实施为一个，其中所述氢气管道22和所述反应原料管道23被共同接入同一所述进料口13，以供分别经由同一所述进料口13向所述腔室101内通入氢气或者反应原料。
更优选地，所述输送管路进一步包括一掺杂原料管道24，其中所述掺杂原料管道24被接入所述进料口13以供向所述腔室101内充入N、Si、F、B等掺杂元素的辅助气体。例如，掺杂的Si元素的反应原料包括但不限于含硅有机化合物，包括有机直链硅氧烷、环硅氧烷、烷氧基硅烷、含不饱和碳碳双键硅氧烷的其中一种或者多种组合。进一步地，选择六甲基二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷。例如，掺杂的N元素的辅助气体包括但不限于N2、含氮碳氢化合物。例如，掺杂的F元素的辅助气体包括但不限于氟碳化合物，进一步地，选自四氟化碳、四氟乙烯。例如，掺杂的B元素的辅助气体包括但不限于常压下沸点低于300℃的硼烷，进一步地，选择戊硼烷、己硼烷。
可选地，所述掺杂原料管道24可以被接入额外独立的所述进料口13以单独向所述腔室101内充入所述掺杂元素的辅助气体。或者，所述掺杂原料管道24可以与所述氢气管道22或者所述反应原料管道23共用同一个所述进料口13以向所述腔室101分别充入气体等。
值得一提的是，在制备所述薄膜时，掺杂元素的含量在所述薄膜中的原子数比例优选地小于10％，经所述镀膜设备100制备的所述薄膜中，掺杂元素含量低于40％，所述薄膜厚度优选为10-800nm。熟知本领域技术人员应当理解的是，Si、Cu、N、F、Al等元素的掺杂含量不宜太多，这些掺杂元素与所述薄膜中的碳元素会产生成键作用，破坏原来的所述薄膜的微观结构，改变沉积过程中的生长模式，当掺杂元素的含量进一步提高时，可能出现相分离或者完全改变所述薄膜中类金刚石结构，使所述薄膜丧失了耐磨、高硬度的性能。此外，根据不同的镀膜工艺需求，所述掺杂元素的辅助气体也可以增加含碳气源的离化率，有利于实现镀膜。
在本实施例中，所述抽气口11被设置于所述腔体10的所述腔室101的中部位置，其中所述进气口12和所述进料口13均被设置于所述腔体10的所述腔室101的侧壁位置，以使气体从所述腔室101的侧壁的所述进气口12和所述进料口13被充入，并从所述腔室101的中部位置的所述抽气口11被抽出，以确保被充入的气体尽量均匀地扩散至每个所述基材600的表面，从而尽可能地使每个基材600的表面被均匀地镀上所述薄膜。
可选地，所述抽气口11可以被设置于所述腔室101的底壁或者顶壁的中部，所述抽气口11也可以被连通于被设置于所述腔室101的中部的一抽气柱，其中所述进气口12和所述进料口13可以位于所述腔室101的同一侧壁，也可以分别位于所述腔室101的不同侧壁。可选地，所述抽气口11可以被设置于所述腔室101的侧壁位置，所述进气口12和所述进料口13可以被设置于所述腔室101的中部位置或者与所述抽气口11相反的侧壁位置等，在此不受限制。
可以理解的是，所述抽气口11、所述进气口12以及所述进料口13在所述腔室101的相对位置能够被根据实际需求进行预设，以尽可能地满足大批量的所述基材被均匀镀膜的需求，以确保规格统一化。
为了防止各原料在输送之前因掺杂而发生物理化学反应，各原料能够分别独立储存，并分别通过独立的所述输送管路输送各原料。或者，对于有些能够掺杂在一起的相互不易反应的原料，可通过同一所述输送管路输送这些相互不易反应的各原料。
进一步地，所述液体进料装置111还包括至少一液体储存器1112，其中所述液体储存器1112用于储存液态的原料并向所述第一输送管路201输送液态的原料。所述气体进料装置112还包括至少一气体储存器1121，所述气体储存器1121用于储存气态的原料并由所述第二输送管路202输送至所述腔室101内。
优选地，所述气体储存器1121包括用于储存等离子气源的容器、用于储存氢气的容器以及用于储存气态的反应原料的容器，并且分别被连通于所述等离子气源管道21、所述氢气管道22以及所述反应原料管道23。进一步地，所述液体储存器1112包括用于储存液态的反应原料的容器，并被连通于所述反应原料管道23，其中所述气化装置1111被连接于所述反应原料管道23以供气化经该反应原料23输送的反应原料。当然，所述液体储存器1112还可以包括用于储存液态的氢气或者其他液态的原料的容器等，在此不受限制。也就是说，所述气体储存器1121和所述液体储存器1112分别储存的原料均为制备有机薄膜或者无机薄膜等的原料。
举例地，所述气化装置1111被实施为加热装置，用于通过加热或者升高温度并使液态的原料气化为气体原料。或者，所述气化装置1111被实施为降压装置，用于降低液态的原料的压力并气化为气态原料。
更具体地，如图6B所示，所述气化装置1111能够被连接于所述液体储存器1112与所述第一输送管路201之间，使得所述液体储存器1112内储存的液态原料经所述气化装置1111气化后形成气体原料，并由所述第一输送管路201输送至所述腔室101内，即所述第一输送管路201仅输送气态的原料，而不用输送液态的原料，从而防止液态的原料残留在所述第一输送管路201中，而造成堵塞，或者寒冷环境下在所述第一输送管路201中结冰等现象。如图6A所示，或者所述气化装置1111被设置于所述腔体10与所述第一输送管路201之间，使得所述液体储存器1112内储存的液体原料经所述第一输送管路201输送，并由所述气化装置1111气化后形成气体原料充入所述腔室101内，对于一些不易阻塞所述第一输送管路201的液态原料，所述第一输送管路201能够输送液态的原料，以降低对所述第一输送管路201的材质要求或者降低成本。如图6C所示，或者，所述气化装置1111被设置于所述第一输送管路201的两端之间，如中部位置等，均能够实现气化液态的原料为气态原料并输送至所述腔室101内，且所述气化装置1111并未直接地连接于所述液体储存器1112或者所述腔体10，对安装工艺的要求较低，而且便于独立安装与拆卸等，在此不受限制。
进一步地，所述镀膜方法中，在制备所述第一膜层时，所述步骤S10包括步骤：
S101、储存气态的原料于所述气体储存器112；和
S102、输送所述气态的原料于所述设备主体120的所述腔体10的所述腔室101。
进一步地，在制备所述第二膜层时，所述步骤S11包括步骤：
S111、储存液态的原料于所述液体储存器1112；和
S112、气化所述液态的原料为气态的原料并输送至所述设备主体120的所述腔体10的所述腔室101。
进一步地，在制备所述第三膜层时，所述步骤S12包括步骤：
S121、储存液态的原料于所述液体储存器1112，和储存气态的原料于所述气体储存器112；
S122、输送所述气态的原料至所述腔室101；以及
S123、气化所述液态的原料为气态的原料并输送至所述腔室101。
可选地，所述步骤S122后于所述步骤S123执行，或者所述步骤S122和所述步骤S123同时进行。
进一步地，可以通过加热或者降压的方式气化所述液态的原料为所述气体原料。
需要指出的是，所述气态的原料与所述液态的原料的元素种类可以相同或者不相同，也就是说，所述液态的原料经气化后形成的气态的原料可以与所述气体储存器112内储存的气态的原料相同或者不相同，在此不受限制。优选地，所述抽气装置30包括至少一第一真空泵31和至少一第二真空泵32，其中所述第一真空泵31和所述第二真空泵32分别通过所述抽气管路40被连通于所述抽气口11，其中所述第二真空泵32作为所述第一真空泵31的前级泵共同协作地通过所述抽气管路40对所述腔室101进行负压操作如抽真空并维持所述腔室101内的气压处于预设范围内。进一步地，所述腔室101被抽出气体以接近真空状态，优选地，所述腔室101内的气压被降至0.01Pa以下，甚至0.001Pa以下。在镀膜过程中，所述抽气装置30用于通过所述抽气管路40持续地将所述腔室101内的气体抽出以使维持所述腔室101内的气体的浓度在一定范围内，优选地，所述腔室101内的气压被维持在0.01至100Pa之间。
在所述镀膜设备100镀膜前，工作人员将所述腔体10的所述腔室101打开，其中所述基材600被放置于所述支架60，其中所述支架60位于所述腔室101，然后，工作人员将所述腔体10的所述腔室101密封关闭，然后开启所述镀膜设备100进行镀膜。
进一步地，本实施例还提供了所述镀膜设备100的所述设备主体120的镀膜方法，包括步骤：
S01、对所述腔室101进行负压产生操作如抽真空，在镀膜时，通过所述抽气装置30将所述腔室101内的空气抽出以使控制所述腔室101内的气压在预设范围内，以尽量降低所述腔室101内残留的空气影响镀膜质量，直到所述腔室101内气压达到预设气压范围。
S02、进入对所述基材600表面进行表面刻蚀处理或者表面清洗与活化阶段，具体地，气体经由所述气源管道21被持续充入所述腔室101以供对所述基材进行表面刻蚀处理，优选地，通过所述气源管道21向所述腔室101内通入氩气或者氦气，其中通入所述气体的流量大致为10sccm～1000sccm，优选为80或100sccm。同时，所述抽气装置30用于持续地一定量地抽出所述腔室101内的气体并维持所述腔室101内的气压保持在0.01-100Pa以内，优选为8Pa或10Pa或者100Pa。同时，所述供电装置50提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体，以清洗和活化所述基材600的表面，从而实现对所述基材600的表面进行刻蚀处理。优选地，所述供电装置50提供-100V至-5000V的高压脉冲偏压，占空比1％至90％，供电时间为1-60分钟以内(供电时间即为步骤S02中对所述基材600表面进行清洗与活化的时间)，优选地，所述供电装置50提供电压为-3000V，占空比为20％或30％，频率为10kHz或者40kHz，供电时间为5、10、20、或者30min等。
可选地，在所述步骤S02结束后，关闭所述气源管道21以停止向所述腔室101内充入所述气体，具体地，所述气源管道21具有所述开关阀，其中所述开关阀用于控制所述气源管道21的开关，以实现打开或者关闭所述气源管道21。
可选地，在所述步骤S02结束后，继续通过所述气源管道21向所述腔室101内通入所述气体，以供后续通过等离子体化学气相沉积的方式在所述基材600的表面制备所述薄膜。可选地，被通入所述腔室101内的气体流量能够被适应性地改变。
值得一提的是，在对所述基材600表面进行清洗与活化阶段的过程中，通过所述气源管道21充入所述腔室101内的气体流量能够被预设在合理范围内，以防止被充入所述腔室101内的气体的流量过高或者过低均会影响所述基材600表面离化效果的现象。所述供电装置50提供的所述脉冲电压被预设在合理范围内，以防止电压过低达不到对所述基材600表面进行良好的清洗与活化效果，或者电压过高存在损坏所述基材600的风险。所述供电装置50的供电时间能够被预设在合理范围内，以防止供电时间过短达不到对所述基材600表面进行良好的清洗与活化效果，或者供电时间过长会延长整个镀膜工艺的周期，造成不必要的浪费。
S03、在所述基材600表面进行镀膜，具体地，通过所述气源管道21向所述腔室101内充入所述气体，通过所述氢气管道22向所述腔室101内充入氢气，和通过所述反应原料管道23向所述腔室101内充入碳氢气体或者经气化后碳氢气体等反应原料，或者进一步地通过所述掺杂原料管道24向所述腔室101内充入掺杂元素的辅助气体。优选地，被充入所述腔室101内的气体流量为10-200sccm、氢气的气体流量为0-100sccm、碳氢气体等反应原料的气体流量为50-1000sccm或者掺杂元素的辅助气体的气体流量为0-100sccm。同时，所述抽气装置30用于持续地一定量地抽出所述腔室101内的气体并维持所述腔室101内的气压保持在0.01-100Pa以内，优选为8Pa或10Pa或者100Pa。同时，利用所述供电装置50提供射频电场和/或高压脉冲偏压辅助等离子体化学气相沉积的方式制备所述薄膜于所述基材600的表面，其中所述供电装置50提供射频电压的功率为10-800W，或者提供脉冲偏压的电压为-100V至-5000V，占空比为10％-80％，所述供电装置50的供电时间为5-300分钟，即所述步骤S03中，对所述基材600进行镀膜的时间大致为5-300分钟。
需要理解的是，在所述步骤S03中，所述供电装置50的电压或者功率能够被预设，在所述供电装置50提供的电压作用下，所述腔室101内的所有的气体基本上均能够被离化为等离子体，使得所述腔室101内形成等离子体环境，以便于所述镀膜设备100以化学气相沉积的方式在所述基材600的表面制备所述薄膜。
在所述步骤S03中，具体地，所述供电装置50能够提供射频和/或高压脉冲偏压作用于所述腔室101内的气体，其中所述供电装置50通过提供射频电场对所述腔室101内的所述气体进行放电以使所述腔室101内处于等离子体环境和所述反应气体原料处于高能量状态。所述供电装置50通过提供高压脉冲偏压中的强电压在所述腔室101内产生强电场，以使处于高能量状态的活性粒子受到强电场作用加速沉积于所述基材600的表面，并形成非晶态碳网络结构。所述供电装置50通过提供高压脉冲偏压中的空电压或者低电压的状态，以使被沉积于所述基材600表面的非晶态碳网络结构进行自由驰豫，并在热力学作用下碳结构向稳定相--弯曲石墨烯片层结构转变，并埋置于非晶态碳网络中，从而在所述基材600表面形成所述薄膜。
值得一提的是，在所述步骤S03中，所述气源管道21能够被关闭，以停止向所述腔室101内充入所述气体，或者通过所述气源管道21向所述腔室101内充入的气体流量能够被预设在合理范围内。所述氢气管道22能够被关闭，以不向或者中途停止向所述腔室101内充入氢气，或者通过所述氢气管道22向所述腔室101内充入的氢气的气体流量能够被预设在合理范围内。所述反应原料管道23能够被控制开关，其中通过所述反应原料管道23向所述腔室101内充入反应原料的气体流量能够被预设在合理范围内。所述掺杂原料管道24能够被关闭，以不向或者中途停止向所述腔室101内充入所述掺杂元素的辅助气体，或者通过所述掺杂原料管道24被充入所述腔室101内的掺杂元素的辅助气体的气体流量能够被预设在合理范围内。
需要理解的是，被充入所述腔室101内的待离化的气体如氮气或氦气、所述氢气、所述反应原料气体或者所述掺杂元素的辅助气体的气流流量的比例决定了所述薄膜中的原子比，从而影响所述薄膜的质量。通过预设所述供电装置50提供的射频和/或脉冲偏压的功率大小或者电压大小等参数，能够实现调控在镀膜过程中的温度大小、离化率或者沉积速率等相关参数，或者通过预设所述供电装置50的供电时间，防止因镀膜时间过短而导致所述薄膜较薄、硬度表现差等现象，或者因镀膜时间过长而导致所述薄膜较厚而影响透明性等现象的发生。
也就是说，在所述步骤S03中，能够不向所述腔室101内充入不同流量的氢气，或者向所述腔室101内充入一定量的氢气，以制备含不同氢含量的DLC薄膜。可以理解的是，氢含量较高的DLC薄膜相较于氢含量较低的DLC薄膜有着更高的润滑性和透明性，而在所述步骤S03中，向所述腔室101内充入一定量的氢气，有利于镀膜过程中SP3键的形成，在一定程度上可以提高了所述薄膜的硬度，但随着氢含量的进一步提高，所述薄膜的硬度会逐步下降，因此根据不同的镀膜需求，在所述步骤S03中，可以选择性地通过所述氢气管道22向所述腔室101内充入预设量的氢气气体。
相应地，在所述步骤S03中，能够选择性地通过所述掺杂原料管道25向所述腔室101内充入一定量的指定的掺杂元素反应原料。例如，向所述腔室内充入含氟元素的反应原料，使得制备的所述薄膜具有更高的膜层疏水效果和透明度，但当氟原子含量超过20％时，所述薄膜的硬度会显著降低(低于莫氏硬度4H)。
S04、当所述步骤S03的镀膜时间结束后，所述输送管路(即所述第一输送管路201和所述第二输送管路202)的所述气源管道21、所述氢气管道22、所述反应原料管道23以及所述掺杂原料管道24的开关阀均被关闭，同时关闭所述供电装置50，关闭所述抽气装置30的所述抽气装置30。进一步地，所述输送管路进一步包括一空气输送管道25，其中所述腔体10进一步具有连通所述腔室101的至少一空气进口14，其中所述空气输送管道25连通所述腔室101的所述空气进口14，其中所述空气输送管道25用于向所述腔室101内充入空气以使所述腔室101处于常压状态。即通过所述空气输送管道25向所述腔室101内充入一定量的空气使所述腔室101回归常压状态，以便于工作人员打开所述腔室101并取出所述基材600，至此一次镀膜工艺结束。在整个镀膜工艺过程中，所述镀膜设备100在制备薄膜的过程中工艺可控性较好，有利于快速制备目标薄膜。
可以看出的是，在整个镀膜过程中，所述腔室101内能够始终处于常温或者低温状态，即所述镀膜设备100能够在常温或者低温下完成镀膜，所需时间较短，有利于节省成本。也就是说，所述镀膜设备100能够用于对一些不耐高温的基材进行镀膜，实现在镀膜过程中不易损坏基材。相较于磁控溅射等物理气相沉积的方式实现镀膜的方法，本发明的所述镀膜设备100在整个镀膜过程中能够始终保持所述基材600处于温度相对较低的状态，而不会过度升高所述基材600的温度。
优选地，所述镀膜设备100进一步包括一尾气处理装置70，其中所述尾气处理装置70被连通于所述抽气管路40，其中所述尾气处理装置70用于处理经所述抽气装置30抽出的气体并进行排放，其中所述尾气处理装置70包括但不限于对所述氮气或者氦气等气体、氢气、碳氢气体等反应原料或者掺杂元素的辅助气体等进行回收处理或者无污染处理等，然后排放至外界，以防止对环境造成污染，并且能够实现回收利用。
进一步地，所述第一真空泵31被实施为一分子泵，其中所述第二真空泵32包括一罗茨泵和一干泵，其中所述腔室101的所述抽气口11、所述第一真空泵31、所述罗茨泵、所述干泵以及所述尾气处理装置70之间均由所述抽气管路40连通。具体地，所述腔室101内的气体依次经所述干泵、所述罗茨泵以及所述分子泵抽出，即所述第二真空泵32作为前级泵先对所述腔室101进行抽气，其中所述第一真空泵31作为后级泵对所述腔室101进行进一步地抽真空，并其中所述腔室101内被抽出的气体经所述尾气处理装置70处理或者回收后排放至外界。
需要指出的是，所述第二真空泵32包括至少一个机械泵，并作为对所述腔室101抽气的前级泵，其中所述分子泵作为二级泵组地对所述腔室进行进一步地抽真空，以使所述腔室101内的气压能够尽量地维持在较低的范围内。
在本实施例中，所述腔室101与所述罗茨泵之间的管道的型号参数为DN100，接口IOS100。所述罗茨泵与所述干泵之间的管道的型号参数为DN63，接口不限。所述尾气处理装置70的管道的型号参数为NB32，接口不限。熟知本领域的人员应当理解的是，所述腔室101与所述罗茨泵之间的管道、所述罗茨泵与所述干泵之间的管道以及所述尾气处理装置70的管道的型号规格能够根据实际镀膜需求被预设，在此不做限制。
进一步地，所述供电装置50包括一射频电源51和一脉冲电源52，其中所述射频电源51通过直接加载在电极板上在所述腔体10的所述腔室101内产生射频电场，以作用于所述腔室101内的气体，其中所述脉冲电源52用于提供高压脉冲偏压作用于所述腔室101内的气体。具体地，在镀膜时，所述射频电源51通过提供射频电场对所述腔室101内的气体进行放电以使所述腔室101内处于等离子体环境和所述反应气体原料处于高能量状态。所述脉冲电源52通过提供高压脉冲偏压中的强电压在所述腔室101内产生强电场，以使处于高能量状态的活性粒子(即正离子)受到强电场作用定向地加速沉积于所述基材600的表面，并形成非晶态碳网络结构，和所述脉冲电源52通过提供高压脉冲偏压中的空电压或者低电压的状态，以使被沉积于所述基材600表面的非晶态碳网络结构进行自由驰豫，并在热力学作用下碳结构向稳定相--弯曲石墨烯片层结构转变，并埋置于非晶态碳网络中，从而在所述基材600表面形成所述薄膜。
所述射频电源51也可以作为等离子体配套电源，其中所述射频电源51由射频功率源、阻抗匹配器以及阻抗功率计组成，其中所述射频电源51被安装于所述腔体10，以提供射频电场作用于所述腔室101内的气体。所述射频电源51优选地提供射频功率为13.56MHz。
进一步地，所述射频电源51通过直接加载在被设置于所述腔体10的一电极板上的射频电压，在所述腔体10的所述腔室101内形成所述射频电场，以作用于所述腔室101内的气体，从而满足镀膜需求。可选地，所述射频电源51还可以被实施为通过线圈的电感耦合作用，即作为ICP在所述腔室101内产生交变磁场，以通过快速变化的磁场确保了所述腔室101内的气体充分和均匀地电离，也能够满足所述镀膜设备100的镀膜需求，在此不受限制。
进一步地，当制备不同性能或者种类的薄膜时，所述供电装置50的所述射频电源51和所述脉冲电源52均分别被选择性地开启。换句话说，所述设备主体120除了上述的通过所述射频电源51和所述脉冲电源52同时提供电压作用于所述腔室101内的气体原料制备上述薄膜。可选地，所述设备主体120还可以制备其他种类的薄膜，例如，当制备一种薄膜时，所述供电装置50的所述射频电源51被开启，所述脉冲电源52处于关闭状态，以仅提供射频电场作用于所述腔室101内的气体原料，从而制备该薄膜。或者，当制备另一种薄膜时，所述供电装置50的所述脉冲电源52被开启，所述射频电源51被关闭，以仅提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体原料，从而制备该另一种薄膜。
举例地，在制备所述第一膜层时，所述射频电源51提供射频电场作用于所述腔室101内的气体原料，在所述基材600的表面制备所述第一膜层。在制备所述第二膜层时，所述脉冲电源52提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体原料，在所述基材600的表面制备所述第二膜层。在制备所述第三膜层时，所述射频电源51提供射频电场和所述脉冲电源52提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体原料，在所述基材600的表面制备所述第三膜层。可选地，在制备所述第一膜层时，由所述脉冲电源52提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体原料，在所述基材600的表面制备所述第一膜层。可选地，在制备所述第一膜层时，由所述射频电源51提供射频电场和所述脉冲电源52提供脉冲电压作用于所述腔室101内的气体原料，在所述基材600的表面制备所述第一膜层。
如图5所示，优选地，所述脉冲电源52被实施为单向负脉冲电源，其中所述脉冲电源52具有一负极端521和一正极端522，其中所述负极端521被电连接于所述支架60并提供负压，其中所述正极端522被电连接于所述腔体10并接地处于正极或者零电位，其中所述支架60和所述腔体10均由导电材料如金属材料制成，其中所述支架60与所述腔体10之间绝缘。也就是说，在镀膜过程中，整个所述支架60均为负极且具有负压，整个所述腔体10接地为正极，且所述支架60与所述腔体10之间绝缘，以使整个所述腔室101处于强电场，由于所述基材600被放置于所述支架60，因此，在所述强电场的作用下，处于高能量状态的活性粒子会加速沉积于所述基材600的表面，从而实现镀膜。
需要说明的是，所述脉冲电源52通过辉光放电效应使所述腔室101内的气体电离，同时对所述腔室101内的正离子具有定向牵引加速的作用，使得所述正离子具有轰击效果地加速沉积于所述基材600的表面，从而在所述基材600表面制备致密的高硬度的所述薄膜。
可以看出的是，由于整个所述支架60均为负极端，所述支架60能够提供尽量大的空间可用于安装布置大量的所述基材600，且一次镀膜过程能够对所述支架60上的所有的所述基材600完成镀膜，从而实现大面积镀膜，从而实现大批量制备薄膜。
值得一提的是，在所述步骤S03中，所述射频电源51和所述脉冲电源52共同提供电压作用于所述腔室101内的气体，其中所述射频电源51提供的低功率射频放电维持所述腔室101内的等离子体环境，并抑制高压放电过程中的弧光放电现象(由于弧光放电是在辉光放电进一步加强的放电形式，瞬间电流可以达到几十甚至几百安培以上，这些高电流通过基材表面将会损坏基材，因此为了确保所述基材600的安全性，因此在镀膜过程中需要抑制弧光放电现象)。同时，所述脉冲电源52增加了正离子到达所述基材600表面时的能量，以制备出致密透明的所述薄膜。
需要指出的是，本优选实施例中的所述供电装置50由所述射频电源51和所述脉冲电源52共同组成，以满足镀膜需求。在可选的情况下，根据不同的镀膜需求，所述供电装置50也可以仅被实施为所述射频电源51或者所述脉冲电源52中的其中一种，也能够满足镀膜需求。熟知本领域的人员应当理解的是，所述供电装置50也可以被实施为微波电源等其他电源以满足镀膜需求，在此不受限制。
值得一提的是，根据对不同基材的镀膜需求，所述射频电源51的射频电压功率和供电时间能够被调整预设，其中所述射频电源51的射频电压的功率优选为10-800W，相应地，所述脉冲电源52提供的脉冲偏压、脉冲频率、占空比以及供电时间均能够被调整预设，其中所述脉冲电源52提供脉冲偏压的电压为-100V至-5000V，脉冲频率为20-300KHz，占空比为10％-80％，在此不受限制。
由于所述脉冲电源52提供的负压偏值的大小直接关系到所述腔室101内的气体的离化率和正离子到达所述基材600表面的迁移能力，因此所述脉冲电源52的负压电压越高，使得所述正离子的能量越高，从而使制备的所述薄膜的硬度就越高。但是需要注意的是，能量越高的所述正离子对所述基材600表面的轰击能量就越高，在微观尺度上，在所述基材600的表面上会产生轰击坑，同时会加速所述基材600表面的温度升高，因此所述脉冲电源52的负压电压不宜过高，以防止所述基材600表面的温度过度升高而损坏所述基材600。另外，所述脉冲电源52的脉冲频率越高，可以避免所述基材600的绝缘部分的表面的电荷持续累积，从而实现抑制大电弧现象和增加所述薄膜的沉积厚度极限。
进一步地，所述镀膜设备100包括一温度检测器80，其中所述温度检测器80用于检测在镀膜过程中所述腔室101内的反应温度并进行反馈，如以画面展示的方式提示工作人员或者语音警报等，进一步确保所述基材的温度不易过高。具体地，所述温度检测器80具有一热电偶，其中所述热电偶被与所述基材600等效位置地设置于所述支架60，其中所述热电偶能够检测所述腔室101内的反应温度，从而根据所述热电偶检测到的所述反应温度，所述温度检测器80判断是否超过所述基材600的温度阈值，若超过，则所述温度检测器80反馈温度过高的异常信号，以提醒工作人员及时处理或者暂停所述镀膜设备100等，若不超过，则所述基材600表面的反应温度正常，即所述基材600安全。
优选地，所述支架60被实施为多层结构的金属板，其中每层均能够放置一定量的所述基材600，其中所述支架60具有至少一绝缘件61，其中所述绝缘件61被设置于所述支架60与所述腔室101的壁之间，以使所述支架60与所述腔体10之间绝缘。优选地，所述绝缘件61被实施为由聚四氟乙烯等绝缘材料制成。
在本优选实施例的另一种实施方式中，所述腔室101并未连接于所述脉冲电源52，其中所述支架60被实施为多层金属板，且相邻层之间相互绝缘，其中所述脉冲电源52的所述正极端522和所述负极端521分别相间地电连接于所述支架60的各层金属板，使得所述支架60的相邻的金属板互为正负极。进一步地，所述脉冲电源52能够被实施为正负双向脉冲电源，使得所述支架60的各金属板分别交替式地形成正极或者负极，且相邻的金属板始终互为正负极，以使每一层的所述金属板上均能够被放置所述基材600，且使得所有的所述金属板上的所述基材600的表面均能够被镀上所述薄膜，且所述薄膜的质量更加优秀。
可选地，所述脉冲电源52也能够被实施为对称式双向脉冲电源，即所述脉冲电源52提供的正压与负压的值的大小相同。或者所述脉冲电源52被实施为非对称式双向脉冲电源，其中所述脉冲电源52提供的负压值的大小大于正压值的大小，以提供所述薄膜的质量，在此不受限制。
需要指出的是，所述支架60的形状结构不做限制，在所述腔室101的容积大小内，所述支架60的形状大小或者数量能够做适应性的调整。优选地，所述腔体10的尺寸大小为：800mm×638mm×740mm，材料选用不锈钢。进一步地，所述腔体10具有一可开合的密封门15，以供工作人员打开或者密封关闭所述腔室101，以放置或者取出所述基材600与所述腔室101。
进一步地，所述支架60被可拆卸地支撑于所述腔室101，以使所述支架60能够被取出于所述腔室101，以便于工作人员在外界预先安装所述基材600于所述支架60，然后将所述支架60放置于所述腔室101内，同时在一次镀膜工艺结束后，工作人员能够通过将所述支架60取出，以取出全部的所述基材600，以尽量降低对所述基材600的损伤，保证所述基材600的安全，同时便于清洁所述腔室101和所述支架60。此外，所述支架60能够被重复利用，即在第二次镀膜时，所述支架60能够被用于再次安装另一批量的所述基材600，然后被置于所述腔室101内实现再次镀膜，有利于大批量生产。
举例地，所述镀膜设备100在镀膜过程中的各参数如下：进气量：Ar/N2/H2/CH4：50-500sccm，C2H2/O2：10-200sccm；镀膜前(即所述步骤S02阶段)所述腔室101的真空度：小于2×10-3Pa；镀膜时(即所述步骤S03阶段)所述镀膜腔101的真空度：0.1～20Pa；镀膜电压：-300～-3500V，占空比：5～100％，频率：20～360KHz；镀膜时间：0.1～5hrs，所述薄膜的厚度小于50纳米，在此仅作举例，并不对本发明作为限制。
进一步地，所述镀膜设备100还包括一壳体90，其中所述腔体10、所述进料装置110、所述输送管路(即所述第一输送管路201或所述第二输送管路202)、所述抽气装置30、所述抽气管路40、所述供电装置50、所述尾气处理装置70以及所述温度检测装置80均能够被安装于所述壳体90。进一步地，所述壳体90具有一控制面板，其中所述控制面板用于工作人员控制所述抽气装置30和所述供电装置50的开关或者工作状态，以及显示所述镀膜设备100的镀膜工艺的进程和相关参数等。
进一步地，本实施例还提供了所述薄膜，其中所述薄膜由所述镀膜设备100制备，并形成于所述基材600的表面。可以理解的是，所述薄膜可以由所述镀膜设备100经一次或者多次镀膜在所述基材600表面形成的一层或者多层薄膜。
进一步地，本实施例还提供了由所述镀膜设备100在同一基材表面制备多层不同种类或者性能薄膜的方法：
S10、藉由所述基材600被置于所述镀膜设备100的所述腔室101内，由所述镀膜设备100通过一次上述的镀膜方法在所述基材600的表面制备一第一薄膜；和
S20、由所述镀膜设备100再次通过上述的镀膜方法在所述基材600的表面的所述第一薄膜的外侧制备一第二薄膜，以实现由同一所述镀膜设备100在所述基材600的表面制备两层薄膜。
即在所述步骤S10中，通过所述镀膜设备100在所述基材600的表面制备形成一层所述第一薄膜，然后在所述步骤S10结束后，通过对所述镀膜设备100的参数的设置和对重新加入所述腔室101内的反应原料的种类或者量的控制，在所述步骤S20中，对所述基材600进行第二次镀膜，从而在所述基材600的所述第一薄膜的外侧沉积形成所述第二薄膜。
进一步地，在所述步骤S10之后和在所述步骤20之前，还包括步骤S30、清理所述镀膜设备100的所述腔室101，以使经所述步骤S10镀膜完成后的所述腔室101内的残留的气体被清理，以防止对所述步骤S20的镀膜过程产生干扰，或者对所述第二薄膜的性能产生影响。可选地，所述步骤S30的清理方法如向所述腔室101内充入空气，以排出所述腔室11内残留的气体。
当然，由所述镀膜设备100在同一基材表面制备多层薄膜的方法还包括步骤S40，由所述镀膜设备100再次通过上述的镀膜方法在所述基材600的表面的所述第二薄膜的外侧制备一第三薄膜，从而实现由同一所述镀膜设备100在所述基材600表面制备三层薄膜。可以理解的是，由同一所述镀膜设备100还可以继续地在所述基材600的表面制备四层、五层甚至更多层的薄膜。
值得一提的是，通过对每次镀膜时的所述镀膜设备100的参数的设置和对加入的反应原料的种类或者量的控制，所述第一薄膜、所述第二薄膜以及所述第三薄膜可以具备相同的种类或者性能，或者所述第一薄膜、所述第二薄膜以及所述第三薄膜中的其中两个具备相同的种类或者性能而另外一个具备不同的种类或者性能，或者所述第一薄膜、所述第二薄膜以及所述第三薄膜分别具有不同的种类或者性能，在此不受限制。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (31)
1.一镀膜设备，用于在基材表面镀膜，其特征在于，包括：
一进料装置；和
一设备主体，其中所述进料装置被连接于所述设备主体，其中所述进料装置包括一气体进料装置和一液体进料装置，其中所述气体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送气态的气体原料至所述设备主体，其中所述液体进料装置被连通于所述设备主体以用于输送液态经气化后的气体原料至所述设备主体，其中所述设备主体基于所述气体原料制备薄膜。
2.根据权利要求1所述镀膜设备，其中所述液体进料装置包括至少一气化装置和至少一第一输送管路，其中所述气化装置用于气化液态的原料，其中液态的原料经所述气化装置气化为气体原料并经由所述第一输送管路输送至所述设备主体。
3.根据权利要求2所述镀膜设备，其中所述液体进料装置进一步包括至少一液体储存器，其中所述液体储存器用于储存液态的原料，其中所述液体储存器经由所述第一输送管路连通于所述设备主体，以供液态的原料经所述气化装置气化为气体原料并输送至所述设备主体。
4.根据权利要求3所述镀膜设备，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路与所述液体储存器之间。
5.根据权利要求3所述镀膜设备，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路与所述设备主体之间。
6.根据权利要求3所述镀膜设备，其中所述气化装置被设置于所述第一输送管路的两端之间。
7.根据权利要求3所述镀膜设备，其中所述气化装置被实施为加热装置或者降压装置。
8.根据权利要求1至7任一所述镀膜设备，其中所述气体进料装置包括至少一第二输送管路，其中所述第二输送管路被连通于所述设备主体，其中气态的原料经由所述第二输送管路输送至所述设备主体。
9.根据权利要求8所述镀膜设备，其中所述气体进料装置进一步包括至少一气体储存器，其中所述气体储存器用于储存气态的原料，其中所述气体储存器经由所述第二输送管路连通于所述设备主体以供气态的原料被输送至所述设备主体。
10.根据权利要求1所述镀膜设备，其中所述设备主体进一步包括一供电装置和一腔体，其中所述腔体具有一腔室，其中所述液体进料装置和气体进料装置均连通于所述腔体的所述腔室以供输送气体原料至所述腔室，其中所述供电装置提供电压作用于所述腔室内的气体原料，以化学气相沉积的方式在该基材的表面制备该薄膜。
11.根据权利要求8所述镀膜设备，其中所述设备主体进一步包括一供电装置和一腔体，其中所述腔体具有一腔室，其中所述液体进料装置和气体进料装置均连通于所述腔体的所述腔室以供输送气体原料至所述腔室，其中所述供电装置提供电压作用于所述腔室内的气体原料，以化学气相沉积的方式在该基材的表面制备该薄膜。
12.根据权利要求11所述镀膜设备，其中所述供电装置包括一射频电源，其中所述射频电源提供射频电场作用于所述腔室内的气体原料。
13.根据权利要求11所述镀膜设备，其中所述供电装置包括一脉冲电源，其中所述脉冲电源提供脉冲电压作用于所述腔室内的气体原料。
14.根据权利要求11所述镀膜设备，其中所述供电装置包括一射频电源和一脉冲电源，其中所述射频电源提供射频电场对所述腔室内的气体原料进行放电以形成等离子体环境并使反应气体处于高能状态，其中所述脉冲电源提供脉冲电压使处于高能量状态的气体粒子沉积以形成该薄膜。
15.根据权利要求14所述镀膜设备，其中所述设备主体进一步包括一支架，其中所述支架被设置于所述腔体的所述腔室以供支撑该基材，其中所述脉冲电源的正极端被电连接于所述腔体并接地，其中所述脉冲电源的负极端被电连接于所述支架，其中所述支架与所述腔体之间绝缘。
16.根据权利要求1所述镀膜设备，其中所述气体原料为制备一类金刚石薄膜的原料，以供所述镀膜设备制备该类金刚石薄膜。
17.一镀膜设备的镀膜方法，其特征在于，包括步骤A：制备第一膜层于基材表面，其中所述步骤A包括步骤：
A1、输送气态的原料至一设备主体；和
A2、所述设备主体基于气态的原料制备所述第一膜层于该基材的表面。
18.根据权利要求17所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤A被替换为步骤B：制备第二膜层于该基材的表面，其中所述步骤B包括步骤：
B1、将液态的原料气化为气态的原料并输送至所述设备主体；和
B2、所述设备主体基于气态的原料制备第二膜层于该基材的表面。
19.根据权利要求18所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述镀膜方法包括先后进行的所述步骤A和所述步骤B，以在该基材的表面依次制备所述第一膜层和所述第二膜层，或者所述步骤A后于所述步骤B执行，以在该基材的表面依次制备所述第二膜层和所述第一膜层。
20.根据权利要求17所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤A被替换为步骤C：制备第三膜层于该基材的表面，其中所述步骤C包括步骤：
C1、将气态的原料输送至所述设备主体，并将液体的原料气化为气态的原料输送至所述设备主体；和
C2、所述设备主体基于气态的原料制备第三膜层于该基材的表面。
21.根据权利要求20所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述镀膜方法包括先后进行的所述步骤A和所述步骤C，或者所述步骤A后于所述步骤C执行。
22.根据权利要求20所述镀膜设备的镀膜方法，进一步包括步骤B：制备第二膜层于该基材的表面，其中所述步骤B包括步骤：
B1、将液态的原料气化为气态的原料并输送至所述设备主体；和
B2、所述设备主体基于气态的原料制备第二膜层于该基材的表面。
23.根据权利要求21所述镀膜设备的镀膜方法，进一步包括步骤B：制备第二膜层于该基材的表面，其中所述步骤B包括步骤：
B1、将液态的原料气化为气态的原料并输送至所述设备主体；和
B2、所述设备主体基于气态的原料制备第二膜层于该基材的表面。
24.根据权利要求17所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤A1包括步骤：A11、储存气态的原料于一气体储存器；和A12、输送气态的原料于所述设备主体的一腔室。
25.根据权利要求18所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤B1包括步骤：B11、储存液态的原料于一液体储存器；和B12、气化液态的原料为气态的原料并输送至所述设备主体的一腔室。
26.根据权利要求20所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤C1包括步骤：C11、储存液态的原料与一液体储存器，和储存气态的原料于一气体储存器；C12、输送气态的原料至所述设备主体的一腔室；和C13、气化液态的原料并输送至所述腔室。
27.根据权利要求26所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤C12后于所述步骤C13执行，或者所述步骤C12和所述步骤C13同时进行。
28.根据权利要求26所述镀膜设备的镀膜方法，通过加热或降压的方式气化液态的原料为气态的原料。
29.根据权利要求17所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤A2包括步骤：提供射频电场作用于气态的原料以制备所述第一膜层。
30.根据权利要求18所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤B2包括步骤：提供脉冲电压作用于气态的原料以制备所述第二膜层。
31.根据权利要求20所述镀膜设备的镀膜方法，其中所述步骤C2包括步骤：提供射频电场对气态的原料进行放电以形成等离子体环境并使反应气体处于高能状态，和提供脉冲电压使处于高能量状态的气体粒子沉积以形成所述第三膜层。
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