CN113166926A - 用于与阴极电弧沉积一起使用的陶瓷阴极的石墨层下方的基底传导层 - Google Patents

用于与阴极电弧沉积一起使用的陶瓷阴极的石墨层下方的基底传导层 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阴极结构，其用于与用于在装置上，如在硬盘驱动器的滑动器上形成类金刚石碳(DLC)膜的脉冲式阴极电弧沉积系统一起使用。在说明性实例中，由导电和导热材料构成的基底层设置于所述阴极的陶瓷衬底与石墨涂料外涂层之间，其中所述基底层是粘附到陶瓷棒和所述石墨涂料的填银涂层。在一些实例中，提供所述基底层以在脉冲式电弧沉积期间实现和维持所述阴极结构内的相对低电阻(且因此相对高传导性)以避免在沉积进行时随着时间推移可由所述石墨涂料内的传导性的损失导致的问题。合适基底材料化合物的实例描述于本文中，其中，例如，所述基底层可耐受1700℉(927℃)的温度。

Description

用于与阴极电弧沉积一起使用的陶瓷阴极的石墨层下方的基 底传导层
相关申请案的交叉引用
本申请案主张2019年9月25日申请的名称为“用于与阴极电弧沉积一起使用的陶瓷阴极的石墨层下方的基底传导层(BASE CONDUCTING LAYER BENEATH GRAPHITE LAYEROF CERAMIC CATHODE FOR USE WITH CATHODIC ARC DEPOSITION)”的美国专利申请案第16/583,121号的优先权和权益，所述美国专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
在一些实施例中，本公开涉及用于与脉冲式阴极电弧沉积一起使用的阴极。更具体地说，但非排他地，本公开涉及用于在装置(如硬盘驱动器的滑动器)上形成类金刚石碳膜的陶瓷阴极。
背景技术
脉冲阴极电弧沉积是其中电弧汽化涂布在阴极结构上的材料(如石墨)的一种类型的物理气相沉积。汽化材料传播到装置或衬底和在装置或衬底上冷凝以形成薄膜。可经由阴极电弧沉积形成的一种类型的膜是类金刚石碳(DLC)膜，其可例如形成于硬盘驱动器(HDD)的滑动器上或得益于极硬和耐用保护膜或涂层的其它装置上。期望的是提供用于形成DLC膜或其它膜或涂层的阴极电弧沉积的改良方法和设备。
发明内容
下文呈现本公开的一些方面的简化概述以提供对这些方面的基本理解。本概述并非本公开的所有所涵盖特征的广泛综述，且既不希望识别本公开的所有方面的关键或至关重要要素，也不希望划定本公开的任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本公开的一些方面的各种概念以作为稍后呈现的更详细描述的序言。
本公开的一个实施例提供一种沉积系统中的阴极结构，阴极结构包括：陶瓷结构；第一层，其形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料；和第二层，其形成于第一层上且包括碳。
本公开的另一实施例提供一种用于形成膜的方法，方法包括：使电流传送通过陶瓷结构；使电流传送通过形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的基底层；和使电流传送通过形成于基底层上且包括碳的外部层以使得碳中的至少一些传输到装置以在装置上形成膜。
本公开的又一实施例包含一种沉积设备，其包括：阳极；阴极，其包括陶瓷结构、形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的第一层和形成于第一层上且包括碳的第二层；电源，其耦合到阴极且配置成使得阴极产生包含碳颗粒的等离子；电极，在其上安装用以接纳碳膜的装置；脉冲发生器，其与电极连接以施加偏压脉冲；和控制器，其配置成控制电源和脉冲发生器。
附图说明
图1示出用于脉冲式阴极电弧沉积系统或设备中的其中阴极结构包含基底传导层的示例性阴极结构。
图2示出包含裸陶瓷阴极和具有涂布在其上的基底传导层和外部石墨涂料层的陶瓷阴极的示例性棒形阴极。
图3示出具有垂直于阴极的长轴截取的横截面的图2的示例性棒形阴极的远端的横截面。
图4示出具有并行于长轴截取的横截面的图2的示例性棒形阴极的远端的一侧的纵向横截面。
图5是概述用于涂布和烘烤陶瓷阴极(如图1到4的阴极)的示例性方法或程序的流程图。
图6示出具有在其上可通过使用图1到4的阴极的沉积系统来沉积类金刚石碳(DLC)膜的滑动器的示例性磁盘驱动器。
图7示出用于在包含在其上可使用图1到4的阴极来沉积DLC膜的滑动器的磁盘驱动器内使用的组件的示例性组合件。
图8示出用于沉积设备中的示例性阴极结构。
图9示出用于沉积设备中的另一示例性阴极结构。
图10示出用于沉积设备中的又另一示例性阴极结构。
图11是概述用于形成膜或涂层的示例性方法或程序的流程图。
图12是概述用于形成膜或涂层的另一示例性方法或程序的流程图。
图13是概述用于形成膜或涂层的另一示例性方法或程序的流程图。
图14是示出具有如图8中的阴极结构的示例性沉积设备的框图。
图15示出其中阴极结构包含导电基底层和碳层的示例性阴极结构。
图16示出具有导电基底层和碳层的棒形阴极结构。
图17示出具有垂直于阴极的长轴截取的横截面的图16的示例性棒形阴极结构的远端的横截面。
图18示出具有并行于长轴截取的横截面的图16的示例性阴极结构的远端的一侧的纵向横截面。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，附图形成描述的一部分。除了上文描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考图式和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得显而易见。每个图式中的元件的描述可参考前述图式的元件。在图式中相似的数字可指代相似的元件，包含相似元件的替代实施例。
本文中所描述的方面是针对阴极电弧沉积结构、方法和设备。在至少一些阴极电弧沉积系统(确切地说，脉冲阴极电弧系统)中，系统的陶瓷阴极棒与阳极之间的传导路径是经由涂布到陶瓷棒上的石墨的薄层，其可以是例如石墨填充涂料或石墨涂料。在使用中，碳从石墨涂层发出且沉积于装置上以在装置(其可以是例如HDD的滑动器)上形成DLC膜。阴极棒的石墨涂层可受电弧脉冲工艺影响且例如可随着时间推移而损失传导性且导致沉积工艺变得不稳定，这可引起不符合要求的DLC膜。确切地说，传导性的损失可在沉积期间引起不良质量碳羽流，这转而可引起DLC膜的属性的降级和/或DLC膜厚度中的均一性的损失。如果未维持令人满意的传导性，那么沉积工艺可能需要暂停，使得不形成不符合要求的DLC膜，其中沉积工艺接着在已安装新阴极棒后重新开始。如果在形成DLC膜之前没有检测到问题，那么膜沉积于其上的装置可能需要被舍弃。迄今为止，通过改性石墨涂层来弥补这些问题的尝试和/或将石墨涂层涂覆到阴极棒的方式已基本上失败，且因此不同解决方案公开且描述于本文中。
公开本文中的结构、方法和设备，其中，例如，一层导电材料设置于陶瓷阴极棒与石墨涂层之间，其中导电材料由粘附到陶瓷棒(永久地或至少在用于实际目的的足够长时间内)的如含银(或填银)涂层的材料形成。(通过含银或填银涂层，其意谓涂层在其其它组分当中包含至少一些银，如在涂层的10％到90％的范围内的一定量的银，例如10％、50％、75％等。对于特定应用，银的合适或有效百分率可经由另外常规试验来确定以实现目标电特性和/或热特性，如目标传导性。下文描述特定实例。)导电材料也导热。这一涂层在本文中称为“基底”涂层或层，这是因为其形成或涂覆于石墨层下方且形成用于石墨层的基底。基底传导层也可称为“中间”涂层或层，这是由于其是阴极棒的陶瓷与石墨涂层(其可喷涂到基底层上或涂布在基底层上方以形成上方层)之间的中间件。基底涂层与石墨涂层的组合可称作两层涂层、双层涂层或多层涂层或其它合适的术语。
图1示出包含阴极的陶瓷衬底104与石墨涂料106之间的含银基底导电层或涂层102的示例性阴极结构100。在其中阴极的陶瓷衬底呈管形状的实施方案中，陶瓷衬底自身和涂布在其上的层可弯曲，且含银基底层102和石墨涂料106可被涂覆以涂布陶瓷的远端的外部表面和陶瓷的远端的内部表面两者(如图2中所展示，下文论述)。含银基底传导层102至少部分地用于提供阳极与阴极的陶瓷棒之间的较一致和稳定的传导性。这转而可得到在一或多个阴极棒使用寿命循环的过程中的较稳定电弧工艺。也就是说，在使用中，含银基底传导层提供用于电弧工艺的大体上均一、稳定和一致的传导路径以避免或缓解上文所论述的传导性问题的损失。含银基底传导层可称作传导性路径增强涂层或层、中间层、介入层、缓冲层、中间或中介涂层或层，或通过任何其它合适的术语。银仅是可用于基底传导层的传导材料的一个实例。下文论述其它实例，其中材料可以是例如镍、铜或金。
在本文中所描述的一些说明性实例中，含银基底传导层是耐高温导电和导热银片涂层。通过耐高温，其意谓材料耐受高温，如高于500℉的温度，而不显著损失其粘附性和传导性属性。在一些实例中，含银基底传导层是由可耐受1700℉(927℃)的材料形成的粘合剂或涂层，所述温度大体上高于通常在阴极电弧期间使用以形成DLC膜的温度(其通常低于500℉)。合适耐高温含银基底涂层的一个特定实例是由阿锐莫克产品有限公司(AremcoProducts,Inc.)提供的Pyro-DuctTM597-C涂层(其中Pyro-DuctTM是阿锐莫克产品有限公司的商标)。Pyro-DuctTM597-C由具有小于二十微米的D50粒度的高纯度银片构成，且材料具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率。(粒度分布D50也称作粒度分布的中值直径或中值，也就是说，其是累积分布中的50％处的粒径值。)Pyro-DuctTM597-C的所有组分是导电和导热的。其可例如通过浸渍、刷涂或利用气枪来涂覆。
含银涂层可使用与用于固化层的烘烤工艺相同或类似的用于涂覆石墨涂料传导层106的技术来涂覆，如下文所描述。说明性涂层材料(Pyro-DuctTM597-C)是水基粘合/涂层，其已发现提供对由氧化铝(Al2O3)或氧化铍(beryllium oxide)(BeO，又称为氧化铍(beryllia))形成的陶瓷阴极棒的极好粘合性。基底涂层的厚度可经过选择或调整以实现选定或所要传导性。
具有基底涂层的示例性阴极棒
图2示出由陶瓷材料201形成且具有开放远端202的裸或未涂布的陶瓷阴极管或棒200和两层涂层206已在其上涂覆到其开口远端208的类似陶瓷阴极管或棒204，其中两层涂层206包含前述外部石墨涂料层和含银基底导电层。应注意，在图式中，从视图来看遮挡两层涂层206的含银基底导电层，这是因为其在石墨涂料下方(其使用对角影线图案来展示)。还应注意，陶瓷管204的开放远端208的内部和外部表面两者涂布有两层涂层206。
图3是塑形成管或圆柱体的形式的具有陶瓷衬底302的示例性阴极棒或管300的远端的片层的横截面图解，其中横截面穿过远端且垂直于管的长轴截取。薄含银基底传导层304(使用方形交叉影线图案来展示)形成或涂布到陶瓷衬底302的开放远端的内部和外部表面两者上。石墨涂料层306(再次使用对角影线图案来展示)形成或涂布到传导层304上。(如图4中所展示，下文所论述，石墨涂料层和含银基底传导层可围绕管的远侧末端延伸以形成连续涂层。)应注意，图3的图解不按比例。
在其中阴极棒300用于阴极电弧沉积的实施方案中，陶瓷衬底302通常比石墨涂料层306厚得多，所述石墨涂料层306通常又比含银基底传导层304厚得多。在一些实例中，各种组件和层的厚度是：陶瓷衬底302厚度在2.7mm到2.8mm的范围内；含银基底传导层304厚度在0.015mm到0.02mm的范围内；石墨涂料层306厚度在0/02mm到0.03mm的范围内。还应注意，为允许吾人较容易地区分图3中的各种组件和层，石墨涂料层306加暗灰色阴影，含银基底层304加阴影为浅灰色，且陶瓷衬底302使用又一浅灰色加阴影。图式中展示的色调未必对应于实际装置中的组件的实际颜色。
图4是示例性阴极棒或管400(如图2中所配置的阴极棒或管)的远端的一个端部分的横截面图解，其中横截面平行于管的长轴截取。如所展示，含银基底导电层404(再次使用方形交叉影线图案来展示)和石墨涂料层406(再次使用对角影线图案来展示)围绕陶瓷衬底402的远端延伸。应注意，图4展示穿过圆柱形陶瓷管的远端的仅一个部分的横截面。直径上相对部分不展示于图4中但具有相同组件和层。图4的图解不按比例。
示例性涂覆和固化工艺
图5是示出用于涂布和烘烤陶瓷阴极(如图1到4中所展示的所涂布阴极)或其它衬底的示例性方法或程序500的流程图。在框502处，技术员或合适地编程的设备将含银导电涂层涂覆到衬底，如涂覆到由BeO或Al203形成的圆柱形陶瓷阴极棒或管的远端。含银导电涂层可使用任何合适涂覆技术来喷涂到阴极上或涂覆。在一些实例中，含银导电涂层是上文提到的Pyro-DuctTM597-C涂层。在框504处，合适烘箱或其它加热系统用于在约200℉(或约94℃)下烘烤具有含银涂层的阴极至少两个小时以实现约10欧姆的接触电阻。框504的烘烤程序可视为第一烘烤阶段。在框506处，技术员或合适地编程的设备将石墨涂料涂覆到所烘烤含银涂层，这可通过将石墨材料喷涂到含银涂层上或通过使用任何其它合适的涂覆方法来实现，所述涂覆方法如将阴极的远端浸渍到含有呈流体形式的石墨涂料的容器中。
在框508处，合适烘箱或其它加热系统用于在约320℉(或约160℃)下烘烤具有含银涂层和石墨涂料的阴极约四十八个小时。这显著长于可实际上烘烤石墨涂料仅一个小时到四个小时的一些替代烘烤程序。图5的工艺也使用比可实际上在260℃下烘烤的一些替代烘烤程序在某种程度上更低的烘烤温度。框508的烘烤程序可视为第二烘烤阶段。在框510处，烘箱用于在约446℉(或约230℃)下烘烤具有含银涂层和石墨涂料的阴极约另外两个小时以实现在10到50欧姆的范围内(取决于涂层厚度)的接触电阻。框504的烘烤程序可视为第三烘烤阶段。如上文所提及，示例性含银涂层材料(Pyro-DuctTM597-C)可耐受高达1700℉(927℃)且因此其可容易地耐受第三烘烤阶段的446℉。如果不同传导材料用作基底涂佈层，那么应小心选择可耐受高烘烤温度的材料(由于可用于实现特定所要或目标电阻)。合适石墨涂料的特定实例是由宾夕法尼亚州西切斯特的结构探针有限公司(StructureProbe,Inc.；SPI)提供的产品型号：SPI#05006-AB。出于实际目的，通常合乎需要的是在用于脉冲式电弧沉积的阴极的远端涂层内实现和维持相对低接触电阻(且因此相对高传导性)。这避免上文所论述的可由涂层内的传导性的损失引起的问题。举例来说，可能需要在数十万脉冲循环内将接触电阻实现和维持在300欧姆以下。在一些实例中，发现使用图5的程序涂布和烘烤的测试阴极(具有作为一层石墨涂料下方的含银基底层的Pyro-DuctTM597-C)在超过140,000个脉冲内维持小于300欧姆的接触电阻。相比之下，发现使用相同石墨涂料(在约260℃下烘烤两个小时)但不具有含银基底涂层的测试阴极在小于50,000个脉冲之后达到300欧姆。如上文所论述，传导性的损失可能需要暂停沉积程序且接着重启利用新的阴极的程序。且因此在长脉冲计数使用寿命内维持令人满意的的传导性是有益的。应注意，实际接触电阻值可取决于各种涂层的厚度和均一性以及在其中测量接触电阻的阴极上的特定位置，以及取决于阴极的特定陶瓷材料。在一些测试阴极中，发现BeO引起比Al203更低的接触电阻值。一般来说，所烘烤涂层可提供比非烘烤涂层更低的电阻值。此外，一般来说，应注意，在沉积期间用作阴极的部分的高电阻性顶部石墨涂佈层用以“遮蔽”下伏银涂料层以防止其“见到”电弧和在所得DLC膜中引起污染。
如本文中所描述而形成的类型的阴极可用于各种不同脉冲式阴极电弧沉积机器或其它沉积系统、机器或设备。在一些特定实例中，阴极用于维易科器具有限公司(VeecoInstruments Inc.)的NEXUS DLC-X类金刚石碳系统或维易科器具有限公司的装置的其它系统内。
可适用于阴极的基底层的其它金属包含铜、金和镍，或其组合，或具有足够高熔点和适当传导率值的其它过渡金属。举例来说，取决于特定金属，金属的片或颗粒可悬浮或混合于合适涂层或粘合剂化合物内。可执行另外常规实验以识别一起实现和维持对陶瓷衬底和石墨上方层的足够传导性和足够粘附性以耐受用于与特定沉积系统一起使用所需的温度的金属和悬浮液化合物的组合。另外常规实验可用于识别用于化合物和金属的选定组合的特定烘烤温度和持续时间。已发现图5的示例性温度和持续时间在与Pyro-DuctTM597-C一起使用以形成用于与维易科器具有限公司的NEXUS DLC-X类金刚石碳系统一起使用的阴极上是令人满意的。在至少一些沉积系统和方法内用作阴极上的基底层的可令人满意的其它化合物包含：Pyro-DuctTM598-A(其是镍填充粘合剂)和598-C(其是镍填充涂层)。来自其它公司的其它化合物也可令人满意，且本文中识别的阿锐莫克产品有限公司的产品仅是示例性的。
具有DLC涂层的用于存储装置的示例性滑动器
DLC膜可涂布到HDD的组件或装置上，且出于完整性起见，现将提供具有滑动器的示例性HDD的简要描述，其中滑动器的至少一个表面涂布于使用具有如上文所描述来配置的阴极的脉冲式阴极电弧沉积工艺形成的DLC膜中。HDD的特定实例配置成用于热辅助磁记录(HAMR)，但DLC膜可用于具有其它记录技艺的其它HDD设计，且滑动器仅是可具有DLC膜涂层的HDD组件的一个组件。因此，以下内容仅是说明性而非限制性的。
图6示出配置成用于HAMR的磁盘驱动器600。磁盘驱动器600包含一或多个介质602、转子组合件604、驱动器壳体606、滑动器608和控制电路610。滑动器608可包含滑动器头部612(在其形成于滑动器608的远端的下侧上时以虚线展示。滑动器608可用于定位激光器(图6中未展示)。一或多个介质602可配置成存储数据。介质602可以是呈磁盘形式的磁记录介质，如HAMR介质，或用于存储数据的任何其它合适的方式。介质602定位于安装到驱动器壳体606的转子组合件604上。数据可在介质602的磁记录层中沿着轨迹存储。数据的读取和写入利用与滑动器608一起定位的读取元件和写入元件来实现。写入元件用于变更介质602的磁记录层的属性且由此将信息写入到其上。在一些实施方案中，滑动器608可包含电感式读取/写入头部或霍耳效应(Hall Effect)头部。在磁盘驱动器600的操作期间，转子马达(未展示)旋转转子组合件604，且由此旋转介质602。滑动器608和激光器(未展示)可在特定位置处沿着所要磁盘轨迹(如以虚线展示的轨迹607)定位于介质602上方。滑动器608和激光器相对于介质602的位置可由控制电路610控制。
图7示出包含滑动器702和HAMR介质704的示例性组合件700的侧视图，其中滑动器702的底部表面705包含使用具有如上文所描述来配置的阴极的脉冲式阴极电弧沉积工艺形成的DLC涂层706。在图7的实例中，DLC涂层706在滑动器702的底部表面705的仅一个示例性部分上方延伸，但另外或替代地，滑动器的其它部分(或组合件700的其它组件)也可具有DLC涂层或膜。DLC涂层706未按比例展示。组合件700还包含基板(sub-mount)708、激光器710、波导712、近场换能器(NFT)714、写入器716和读取器718。组合件700定位于HAMR介质704上方。滑动器702可以是一个组件或若干组件。举例来说，滑动器702可包含滑动器和滑动器头部(未单独地展示)。在一些实施方案中，滑动器头部可以是安装到滑动器702的独立组件。在一些实例中，DLC涂层706可形成于滑动器头部上。基板708、激光器710、波导712、NFT 714、写入器716和读取器718可实施于滑动器、滑动器头部或其组合中。
滑动器702的底部(第一)表面705面向介质704。底部表面705可称作空气轴承表面(ABS)。滑动器702还包含背离介质704的顶部(第二)表面709。基板708耦合到顶部表面709。激光器710耦合到基板708，且在一些实例中，耦合到滑动器702。波导712、NFT 714、写入器716和读取器718可接近或沿着滑动器702的ABS 705定位。写入器716可配置为用于在介质704上写入数据的写入元件或构件，且读取器718可配置为用于读取介质704上的数据的读取元件或构件。
激光器710配置成产生光能(例如，激光束)且将其传输到波导712中，所述波导712将光能引导到接近滑动器702的ABS 705的NFT 714和/或接近NFT 714。在接收和/或接近光能后，NFT 714可使得介质704的一部分变热，和/或穿过波导的光能可加热介质704的一部分。举例来说，在接收和/或接近光能后，NFT 714可产生加热介质的一部分的局部热量。因此，光能可穿过波导712，使得NFT 714将热量发射到介质704的一部分。在图7的实例中，定位DLC涂层706，使得热量和/或光能的至少一部分传递通过DLC涂层706(其配置成足够薄以准许热量和/或光能的部分穿过其)。在其它实例中，DLC涂层可定位在滑动器702的底部(ABS)表面705上的别处。
额外示例性结构和方法
图8示出包含陶瓷结构802、形成于陶瓷结构802上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的第一层804和形成于第一层上且包括碳(如呈石墨形式的碳)的第二层806的示例性阴极结构800。阴极结构800可用于沉积系统，如脉冲式阴极电弧沉积系统。
图9示出示例性阴极结构900，其包含：陶瓷结构902，其由氧化铍或氧化铝或其它合适的陶瓷材料形成；基底层904，其形成于陶瓷结构902上且由永久地(或大体上永久地，例如在用于实际脉冲式阴极电弧沉积目的的足够长时间内)粘附到陶瓷结构的耐高温(例如>500℉)导电和导热金属(或金属填充)涂层构成，其中金属包含例如银、铜、金或镍或其组合中的一或多个；和外部层906，其形成于基底层上且由石墨材料构成。(通过金属或金属填充涂层，其意谓涂层在其其它组分当中包含至少一些金属，如在涂层的10％到90％的范围内的一定量的金属，例如，10％、50％、75％等。对于特定应用，金属的合适或有效百分率可经由另外常规试验来确定以实现目标电特性和/或热特性，如目标传导性。确切地说，实例公开于本文中的别处。)阴极结构900可用于沉积系统，如脉冲式阴极电弧沉积系统。
图10示出示例性阴极结构1000，其包含：陶瓷结构1002；基底层1004，其形成于陶瓷结构1002上且由经过选择以耐受至少500℉的阴极电弧沉积温度的材料构成，所述材料如耐受1700℉且包括具有小于二十微米的D50粒度的银片且具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率的含银涂层或粘合剂；和外部层1006，其形成于基底层上且由石墨材料构成。阴极结构1000可用于沉积系统，如脉冲式阴极电弧沉积系统。如上文所解释，如具有金属片的涂层或粘合剂的其它类型的金属化合物可用于至少一些沉积系统和方法。
图11示出用于形成膜或涂层的示例性方法或程序1100。在框1102处，脉冲式阴极电弧沉积系统或其它合适的沉积设备将电流路由通过阴极的陶瓷结构。在框1104处，沉积设备将电流路由通过形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的基底层。在框1106处，沉积设备将电流路由通过形成于基底层上且包括碳的外部层以使得至少一些碳传输到装置以在装置上形成膜。应注意，利用与独立阳极结合使用的阴极结构，电流可视为从电流源流动到阴极的陶瓷结构中，接着通过基底层，接着通过外部碳层，且接着到达阳极(通过等离子)。电流流动是在相反方向上。
图12示出用于形成膜或涂层的示例性方法或程序1200。在框1202处，脉冲式阴极电弧沉积系统或其它合适的沉积设备将电流路由通过由氧化铍或氧化铝或其它合适的陶瓷材料或化合物形成的陶瓷结构。在框1204处，沉积设备将电流路由通过形成于陶瓷结构上且由永久地(或大体上永久地)粘附到陶瓷结构的耐高温(>500℉)导电和导热金属涂层或粘合剂(如金属涂料)构成的基底层，其中金属包含例如以下中的一或多个的片：银、铜、金或镍或其组合。在框1206处，沉积设备将电流路由通过形成于基底层上的石墨涂料层以使得至少一些碳从石墨涂料传输到装置以在装置上形成DLC膜或涂层。装置可以是例如HDD的滑动器。
图13示出用于形成膜或涂层的示例性方法或程序1300。在框1302处，脉冲式阴极电弧沉积系统或其它合适的沉积设备将电流路由通过由氧化铍或氧化铝或其它合适的陶瓷材料或化合物形成的陶瓷结构。在框1304处，沉积设备将电流路由通过形成于陶瓷结构上且由经过选择以耐受至少500℉的阴极电弧沉积温度的材料构成或包括经过选择以耐受至少500℉的阴极电弧沉积温度的材料的基底层，所述材料如耐受1700℉、包含具有小于二十微米的D50粒度的银片且具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率的含银化合物。在框1306处，沉积设备将电流路由通过形成于基底层上的石墨涂料层以使得至少一些碳从石墨层传输到装置以在装置上形成DLC膜或涂层。装置可以是例如HDD的滑动器。
图14是示出用于在装置或衬底上形成膜或涂层的示例性脉冲式阴极电弧沉积系统或设备1400的框图。沉积设备1400包含阳极1402和具有陶瓷结构、形成于陶瓷结构上的第一层和形成于第一层上且由碳(如石墨)构成或包括碳的第二层的阴极1404，其中第一层是粘附到陶瓷结构的导电材料。电源1406耦合到阳极1402和阴极1404且配置成使得阴极1404产生用于沉积的包含碳颗粒的等离子(未展示)。沉积设备还包含在其上安装用以接纳碳膜或涂层的装置或衬底的电极1408。脉冲发生器1412连接到电极1408以施加一或多个偏压脉冲。控制器1414配置成控制电源1406和脉冲发生器1412以例如使得阴极1404产生包含接着以受控制方式沉积于装置或衬底1410上的碳颗粒的等离子以具有所要或选定属性，如厚度、密度、硬度等。应注意，图14的框图并不示出可包含于脉冲式阴极电弧沉积系统或设备中的所有组件。举例来说，可提供磁性包容组件以含有等离子且以受控制方式将碳颗粒引导到装置或衬底以供沉积在其上。
本文中所描述的组件和装置中的至少一些可使用用于执行相关联功能的任何合适构件来配置。借助于实例，用于形成膜的设备可包含：用于使电流传送通过陶瓷结构的构件；用于使电流传送通过形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的第一层的构件；和用于使电流传送通过形成于第一层上且包括石墨的第二层以使得至少一些碳从石墨传输到衬底以在衬底上形成膜的构件。
具有基底涂层的额外示例性阴极结构
图15示出包含阴极的陶瓷衬底1504与碳层1506之间的导电基底层或涂层1502的示例性阴极结构1500。导电基底层1502可以是例如含银层或涂层，如上文所论述的含银层或涂层。碳层1506可以是例如石墨涂层，如上文所论述的石墨涂料。在其中陶瓷衬底1504呈管或棒的形状的实施方案中，陶瓷衬底和涂布在其上的层可弯曲，且导电基底层1502和碳层1506可被涂覆以涂布陶瓷的远端的外部表面和陶瓷的远端的内部表面两者(如图16中所展示，接下来所论述)。
图16示出由具有开放远端1602的陶瓷衬底材料1601形成的所涂布陶瓷阴极管或棒1600，其中涂层包含外部碳层1604(使用对角影线图案来展示)和导电基底层1606(使用方形交叉影线图案来展示)。在图式中，外部碳层1604的一部分展示为切开的，使得可见到内部导电基底层1606的一部分。这仅是出于说明性目的。应注意，在这一实例中，陶瓷管1600的开放远端1602的内部和外部表面两者涂布有两层涂层1604/1606。碳层1604可以是例如石墨涂层，如上文所论述的石墨涂料。导电基底层1606可以是例如含银层或涂层，如上文所论述的含银层或涂层。
图17是塑形成管或圆柱体的形式的具有陶瓷衬底1702的示例性阴极棒或管1700的远端的片层的横截面图解，其中横截面穿过远端且垂直于管的长轴截取。薄导电基底层1704(使用方形交叉影线图案来展示)形成或涂布到陶瓷衬底1702的开放远端的内部和外部表面两者上。碳层1706(再次使用对角影线图案来展示)形成或涂布到传导层1704上。碳层1706可以是例如石墨涂层，如上文所论述的石墨涂料。导电基底层1704可以是例如含银层或涂层，如上文所论述的含银层或涂层。应注意，图17的图解不按比例。
图18是示例性阴极棒或管1800(如图18中所配置的阴极棒或管)的远端的一个末端部分的横截面图解，其中横截面平行于管的长轴截取。如所展示，导电基底层1804(再次使用方形交叉影线图案来展示)和碳层1806(再次使用对角影线图案来展示)围绕陶瓷衬底1802的远端延伸。应注意，图18展示穿过圆柱形陶瓷管的远端的仅一个部分的横截面。直径上相对部分不展示于图18中但具有相同组件和层。碳层1806可以是例如石墨涂层，如上文所论述的石墨涂料。导电基底层1804可以是例如含银层或涂层，如上文所论述的含银层或涂层。图18的图解不按比例。
提供本文中所阐述的实例以示出本公开的某些概念。上文所示的设备、装置或组件可配置成执行本文中所描述的方法、特征或步骤中的一或多个。本领域的普通技术人员将了解，这些本质上仅是说明性的，且其它实例可落在本公开和所附权利要求书的范围内。基于本文中的教示，本领域的技术人员应了解，本文中公开的方面可独立于任何其它方面实施，且可以各种方式组合这些方面中两个或更多个方面。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备或实践方法。另外，使用除了在本文中所阐述的方面中的一或多个之外或不同于在本文中所阐述的方面中的一或多个的其它结构、功能或结构和功能，可实施此类设备或可实践此类方法。
上文已经参考根据本公开的实施例的方法、设备、系统和计算机程序产品的示意性流程图和/或示意性框图描述了本公开的各方面。应理解，可通过计算机程序指令来实施示意性流程图和/或示意性框图的每个框以及示意性流程图和/或示意性框图中的框的组合。这些计算机程序指令可提供给计算机的处理器或其它可编程数据处理设备以产生机器，从而使得经由处理器或其它可编程数据处理设备执行的指令创建用于实施示意性流程图和/或示意性框图的一或多个框中指定的功能和/或动作的构件。
本文中所描述的主题可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如此，本文中所使用的术语“功能”、“模块”和类似术语可指代硬件，其也可包含用于实施所描述的特征的软件和/或固件组件。在一个示例实施方案中，本文中所描述的主题可使用在其上存储有计算机可执行指令的计算机可读或机器可读介质来实施，所述计算机可执行指令当由计算机(例如，处理器)执行时控制计算机以执行本文中所描述的功能。适合于实施本文中所描述的主题的机器可读介质的实例包含非暂时性计算机可读介质，如磁盘存储器装置、芯片存储器装置、可编程逻辑装置和专用集成电路。另外，实施本文中所描述的主题的机器可读介质可定位于单一装置或计算平台上或可跨越多个装置或计算平台分布。
借助于实例，机器可读存储介质可具有一或多个指令，所述一或多个指令当由控制器(如图14的控制器1414)执行时使得控制器：将电流路由通过陶瓷结构；将电流路由通过形成于陶瓷结构上且包括粘附到陶瓷结构的导电材料的第一层；和将电流路由通过形成于第一层上且包括石墨的第二层以使得至少一些碳从石墨传输到衬底以在衬底上形成膜。
还应注意，在一些替代实施方案中，框中标注的功能可不按图式中标注的次序发生。举例来说，取决于所涉及的功能性，连续展示的两个框实际上可大体上并行地执行，或所述框有时可按相反次序执行。可构想其它步骤和方法，这些步骤和方法在功能、逻辑或效果上等同于所示出图式的一或多个框或其部分。尽管在流程图和/或框图中可采用各种箭头类型和线类型，但应理解，它们不限制对应实施例的范围。举例来说，箭头可指示所描绘实施例的所列步骤之间的未指定持续时间的等待或监视周期。
上文描述的各种特征和工艺可独立于彼此使用，也可以各种方式组合。所有可能组合和子组合旨在落入本公开的范围内。另外，在一些实施方案中可省略某些方法、事件、状态或过程框。本文中描述的方法和过程还不限于任何特定序列，且与其相关的框或状态可以其它适当的序列执行。举例来说，所描述的任务或事件可以不同于具体公开的次序来执行，或可在单个框或状态中组合多个任务或事件。示例任务或事件可以串行、并行或以某一其它合适的方式执行。任务或事件可添加到所公开的示例实施例或从其中去除。本文中所描述的示例系统和组件可与所描述不同地配置。举例来说，元件可添加到所公开的示例实施例、从其中去除或相对于其重新布置。
本领域的技术人员将了解，可使用多种不同技艺(technology)和技术(technique)中的任一种来表示信息和信号。举例来说，可用电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示在整个上文描述中可能参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
词语“示例性”在本文中用于意指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面未必应解释为比其它方面优选或有利。同样地，术语“方面”不要求所有方面包含所论述的特征、优点或操作模式。
尽管以上描述含有本发明的许多特定实施例，但这些不应解释为对本发明的范围的限制，而应解释为其特定实施例的实例。因此，本发明的范围不应由所示出的实施例来确定，而应由所附权利要求书和其等同形式来确定。此外，贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意谓结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”和类似语言的出现可以但不是必须全部指代相同实施例，而是指“一或多个但并非所有实施例”，除非另有明确说明。
本文中列出的某些组件(包含层、涂层或其它组件)可描述为“包括”材料或材料组合、“由”材料或材料组合“制成”、“包含”材料或材料组合，或类似此类术语。在一个方面中，那些组件中的每一个也可由所述材料或材料组合组成。在另一方面中，那些组件中的每一个也可主要由所述材料或材料组合组成。
本文中所使用的术语仅是出于描述特定方面的目的，且并不希望限制各方面。如本文中所使用，单数形式“一(a/an)”和“所述”预期也包含复数形式(即，一或多个)，除非上下文另外明确指示。除非另有明确指定，否则列举的项目列表并不暗示任何或所有项目都是相互排斥和/或相互包含的。应进一步理解，除非另外明确指定，否则术语“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including)”、“具有”、其变体在用于本文中时表示“包含但不限于”。也就是说，这些术语可指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件或组件的存在，但不排除一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件或其群组的存在或添加。此外，应理解，除非另外明确陈述，否则词语“或”具有与布尔(Boolean)算子“OR”相同的含义，也就是说，其涵盖“或”和“都”的可能性，且不限于“异或”(“XOR”)。还应理解，除非另外明确陈述，否则两个相邻单词之间的符号“/”具有与“或”相同的含义。此外，除非另外明确陈述，否则如“连接到”、“耦合到”或“与…连通”的短语不限于直接连接。
如果用于本文中，那么术语“确定”涵盖广泛多种动作。举例来说，“确定”可包含运算、计算、处理、导出、研究、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、断定和类似操作。此外，“确定”可包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，存取存储器中的数据)和类似操作。此外，“确定”可包含解析、选择、挑选、建立和类似操作。
本文中使用如“第一”、“第二”等等对元件进行任何参考通常不限制那些元件的数量或次序。实际上，这些标示可在本文中用作区别两个或更多个元件或元件例子的方便方法。因此，对第一和第二元件的参考并不意味着此处可使用仅两个元件，或第一元件必须以某一方式先于第二元件。此外，除非另外阐述，否则一组元件可包含一或多个元件。另外，在说明书或权利要求书中使用的形式“A、B或C中的至少一个”或“A、B、C或其任何组合”的术语表示“A或B或C或这些元件的任何组合”。举例来说，这一术语可包含A，或B，或C，或A和B，或A和C，或A和B和C，或2A，或2B，或2C，或2A和B等等。作为另一实例，“A、B或C中的至少一个”预期涵盖A、B、C、A-B、A-C、B-C和A-B-C，以及多个相同构件(例如，包含AA、BB或CC的任何列表)。同样，“A、B和C中的至少一个”预期涵盖A、B、C、A-B、A-C、B-C和A-B-C，以及多个相同构件。类似地，如本文中所使用，指代与“和/或”有关的项目列表的短语指项目的任何组合。作为实例，“A和/或B”预期涵盖单独A、单独B，或A和B一起。作为另一实例，“A、B和/或C”预期涵盖单独A、单独B、单独C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或A、B和C一起。

Claims (30)

1.一种用于沉积设备中的阴极结构，其包括：
陶瓷结构；
第一层，其形成于所述陶瓷结构上且包括粘附到所述陶瓷结构的导电材料；和
第二层，其形成于所述第一层上且包括碳。
2.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述第一层包括金属涂层。
3.根据权利要求2所述的阴极结构，其中所述金属涂层包含金属片。
4.根据权利要求2所述的阴极结构，其中所述金属涂层包括含银涂层。
5.根据权利要求4所述的阴极结构，其中所述含银涂层包括具有小于二十微米的D50粒度的银片。
6.根据权利要求4所述的阴极结构，其中所述含银涂层具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率。
7.根据权利要求2所述的阴极结构，其中所述金属涂层的金属选自由以下组成的群组：银、镍、铜和金。
8.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述导电材料由经过选择以耐受至少500℉的阴极电弧沉积温度的材料形成。
9.根据权利要求1所述的阴极结构，其中所述第二层包括石墨涂料。
10.一种用于形成膜的方法，所述方法包括：
使电流传送通过陶瓷结构；
使所述电流传送通过形成于所述陶瓷结构上且包括粘附到所述陶瓷结构的导电材料的基底层；和
使所述电流传送通过形成于所述基底层上且包括碳的外部层以使得所述碳中的至少一些传输到装置以在所述装置上形成膜。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述基底层包括金属涂层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属涂层包括含银涂层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述含银涂层包括具有小于二十微米的D50粒度的银片。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述含银涂层具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属涂层包含金属片。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属涂层的金属选自由以下中的一或多个组成的群组：银、镍、铜和金。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述导电材料由经过选择以耐受至少500℉的阴极电弧沉积温度的材料形成。
18.根据权利要求11所述的方法，其中形成的所述膜是类金刚石碳(DLC)膜。
19.一种沉积设备，其包括：
阳极；
阴极，其包括
陶瓷结构，
第一层，其形成于所述陶瓷结构上且包括粘附到所述陶瓷结构的导电材料，和
第二层，其形成于所述第一层上且包括碳；
电源，其耦合到所述阴极和所述阳极且配置成使得所述阴极产生包含碳颗粒的等离子；
电极，在其上安装用以接纳碳膜的装置；
脉冲发生器，其与所述电极连接以施加偏压脉冲；和
控制器，其配置成控制所述电源和所述脉冲发生器。
20.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述第一层包括金属涂层。
21.根据权利要求20所述的沉积设备，其中所述金属涂层包括含银涂层。
22.根据权利要求21所述的沉积设备，其中所述含银涂层包括具有小于二十微米的D50粒度的银片。
23.根据权利要求21所述的沉积设备，其中所述含银涂层具有在室温下约0.0002欧姆-厘米的体电阻率。
24.根据权利要求20所述的沉积设备，其中所述金属涂层包含金属片。
25.根据权利要求20所述的沉积设备，其中所述金属涂层的金属包括以下中的一或多个：银、镍、铜和金。
26.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述导电材料由经过选择以耐受至少500℉的沉积温度的材料形成。
27.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述第二层是石墨涂料。
28.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述控制器配置成：
使电流传送通过陶瓷结构；
使所述电流传送通过形成于所述陶瓷结构上且包括粘附到所述陶瓷结构的导电材料的基底层；和
使所述电流传送通过形成于所述基底层上且包括碳的外部层以使得所述碳中的至少一些传输到装置以在所述装置上形成膜。
29.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述控制器配置成控制所述沉积设备以在所述装置上形成类金刚石碳(DLC)膜。
30.根据权利要求19所述的沉积设备，其中所述控制器配置成控制所述设备以在磁盘驱动器的滑动器上形成类金刚石碳(DLC)膜。
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