CN117107205A - 一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体，炉体中设有水平电场以及与水平电场高度正交的周向闭合磁场和/或垂直磁场，水平电场由磁控溅射靶和/或辅助电子源配合中心阳极和/或侧阳极构成，周向闭合磁场由周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，垂直磁场由垂直布置的两组电磁线圈构成。本申请在炉体中构建水平电场以及与水平电场高度正交的周向闭合磁场和/或垂直磁场，通过调节电磁线圈中的电流强度以调整约束强度，对电子形成约束，使得电子在朝向阳极运动过程中产生拉莫尔螺旋运动，增大电子的运动轨迹，产生大量的碰撞，提高等离子体的离化率，提高靶面前的等离子体密度和离化，提高溅射粒子的离化率。
Description
技术领域
本发明涉及真空电子设备领域，特别涉及一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备。
背景技术
磁控溅射技术是目前最重要的几种真空镀膜物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD)技术之一。磁控溅射技术因为具有低温沉积、膜厚容易控制、重复性好等优点，一直广泛的应用于功能涂层制备。磁控溅射为通过腔体内的等离子体轰击固体靶材之后，固体靶材溅射出离子、中性原子及二次电子，这些离子在外力引导作用下在基体表面沉积得到薄膜。但是由于磁控溅射的离化效率不高且靶材利用率低，溅射出来的离子产额只有不到10％，大部分为中性原子；传统的磁控溅射离化率低、离子密度小、离子能量低等缺点，导致出现涂层沉积速率低，生产效率低，涂层结构疏松，成膜质量差，SP3键含量低，待镀工件易打火，良品率低等问题。
所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，以解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体，所述炉体中设有水平电场以及与所述水平电场高度正交的周向闭合磁场和/或垂直磁场，所述水平电场由磁控溅射靶和/或辅助电子源配合中心阳极和/或侧阳极构成，所述周向闭合磁场由周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，所述垂直磁场由垂直布置的两组电磁线圈构成。
优选的技术方案为：所述辅助电子源采用灯丝放电组件，所述灯丝放电组件由水冷铜电极夹持直径0.5-3mm的钨丝构成。
优选的技术方案为：所述辅助电子源采用弧靶放电组件，所述弧靶放电组件的金属靶材采用Ti靶和Cr靶中的一种。
优选的技术方案为：所述弧靶放电组件的金属靶靶面前端固设有一悬浮电位的挡板。
优选的技术方案为：所述挡板为圆形、多边形、多层错位圆形、多层错位多边形，双层错位多孔圆形或双层错位多孔多边形结构。
优选的技术方案为：所述挡板的覆盖面积为所述弧靶放电组件的金属靶截面面积的2-4倍。
优选的技术方案为：所述电磁线圈由电磁线圈电源供电，所述电磁线圈电源采用可编程的直流电源或电压可调、波形可选、频率可调的多模式多波形励磁电源；所述多模式多波形励磁电源的波形包括矩形波、三角波、正弦波、余弦波。
优选的技术方案为：构成所述周向闭合磁场的多组电磁线圈中，相邻两组电磁线圈的极性相反；构成所述垂直磁场的两组电磁线圈的极性相反。
优选的技术方案为：还包括工件转架，所述工件转架设于所述炉体中并用于承载待镀工件。
优选的技术方案为：所述炉体上还设有抽真空口，所述抽真空口通过真空管路和外部真空发生装置连接。
由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：
本发明提出的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，通过磁控溅射靶和/或辅助电子源配合中心阳极和/或侧阳极构成水平电场，通过周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成周向闭合磁场，通过垂直布置的两组电磁线圈构成垂直磁场，水平电场与周向闭合磁场和/或垂直磁场高度正交，通过调节电磁线圈中的电流强度以调整约束强度，对电子形成约束，使得电子在朝向阳极运动过程中产生拉莫尔螺旋运动，增大电子的运动轨迹，产生大量的碰撞，提高等离子体的离化率，提高靶面前的等离子体密度和离化，提高溅射粒子的离化率。
附图说明
图1为本发明实施例1涉及的磁控溅射设备结构示意图。
图2为本发明实施例2涉及的磁控溅射设备结构示意图。
图3为本发明实施例3涉及的磁控溅射设备结构示意图。
图4为本发明实施例4涉及的磁控溅射设备结构示意图
图5为本发明实施例5涉及的磁控溅射设备结构示意图
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1-图5。须知，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1所示，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体1，炉体1周壁上设有多组磁控溅射靶2，炉体1中还设有中心阳极3和/或侧阳极，磁控溅射靶2与中心阳极3和/或侧阳极之间构成水平电场；炉体1的周壁上还设有多组电磁线圈4，相邻两组电磁线圈4的极性相反并构成周向闭合磁场，周向闭合磁场和水平电场高度正交。
实施例2：
如图2所示，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体1，炉体1周壁上设有多组磁控溅射靶2，炉体1中还设有中心阳极3和/或侧阳极，磁控溅射靶2与中心阳极3和/或侧阳极之间构成水平电场；炉体1的上下两侧还各自设有一组电磁线圈4，两组电磁线圈4的极性相反并构成垂直磁场，垂直磁场和水平电场高度正交。
实施例3：
如图3所示，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体1，炉体1周壁上设有辅助电子源5，炉体1中还设有中心阳极(未画出)和/或侧阳极6，辅助电子源5与中心阳极(未画出)和/或侧阳极6之间构成水平电场；炉体1的周壁上还设有多组磁控溅射靶2，多组磁控溅射靶2构成周向闭合磁场，周向闭合磁场和水平电场高度正交。
实施例4：
如图4所示，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体1，炉体1周壁上设有辅助电子源5，炉体1中还设有中心阳极3和/或侧阳极6，辅助电子源5与中心阳极3和/或侧阳极6之间构成水平电场；炉体1的周壁上还设有多组电磁线圈4，相邻两个电磁线圈4的极性相反并构成周向闭合磁场，周向闭合磁场和水平电场高度正交。
实施例5：
如图5所示，根据本发明的一个总体技术构思，提供一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体1，炉体1周壁上设有辅助电子源5，炉体1中还设有中心阳极3和/或侧阳极(未画出)，辅助电子源5与中心阳极4和/或侧阳极之间构成水平电场；炉体1的上下两侧还各自设有一组电磁线圈4，两组电磁线圈4的极性相反并构成垂直磁场，垂直磁场和水平电场高度正交。
作为一种优选的实施例，辅助电子源5采用灯丝放电组件，灯丝放电组件由水冷铜电极夹持直径0.5-3mm的钨丝构成。
作为一种优选的实施例，辅助电子源5采用弧靶放电组件，弧靶放电组件的金属靶材采用Ti靶和Cr靶中的一种。
作为一种优选的实施例，弧靶放电组件的金属靶靶面前端固设有一悬浮电位的挡板(未示出)。挡板为圆形、多边形、多层错位圆形、多层错位多边形，双层错位多孔圆形或双层错位多孔多边形结构。
作为一种优选的实施例，挡板的覆盖面积为弧靶放电组件的金属靶截面面积的2-4倍。
作为一种优选的实施例，电磁线圈4由电磁线圈电源供电，电磁线圈电源采用可编程的直流电源或电压可调、波形可选、频率可调的多模式多波形励磁电源；多模式多波形励磁电源的波形包括矩形波、三角波、正弦波、余弦波。
作为一种优选的实施例，构成周向闭合磁场的多组电磁线圈4中，相邻两组电磁线圈4的极性相反；构成垂直磁场的两组电磁线圈4的极性相反。
作为一种优选的实施例，还包括工件转架(未画出)，工件转架设于炉体1中并用于承载待镀工件。
作为一种优选的实施例，炉体1上还设有抽真空口11，抽真空口11通过真空管路和外部真空发生装置连接。
需要说明的是，本申请目的在于，通过提供增量电子(可单独设置，也可结合现有设备设置)，构建约束电磁场，二者结合来增加更多的粒子碰撞，从而提高离化率和密度。
所以，本发明具有以下优点：
本发明提出的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，通过电子源组件和阳极组件在炉体内形成电场，通过电磁线圈组件在炉体内形成与电场正交布置的磁场，通过调节电磁线圈组件中的电流强度以调整约束强度，对电子形成约束，使得电子在朝向阳极运动过程中产生拉莫尔螺旋运动，增大电子的运动轨迹，产生大量的碰撞，提高等离子体的离化率，提高靶面前的等离子体密度和离化，提高溅射粒子的离化率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，包括炉体，其特征在于：所述炉体中设有水平电场以及与所述水平电场高度正交的周向闭合磁场和/或垂直磁场，所述水平电场由磁控溅射靶和/或辅助电子源配合中心阳极和/或侧阳极构成，所述周向闭合磁场由周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，所述垂直磁场由垂直布置的两组电磁线圈构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述辅助电子源采用灯丝放电组件，所述灯丝放电组件由水冷铜电极夹持直径0.5-3mm的钨丝构成。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述辅助电子源采用弧靶放电组件，所述弧靶放电组件的金属靶材采用Ti靶和Cr靶中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述弧靶放电组件的金属靶靶面前端固设有一悬浮电位的挡板。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述挡板为圆形、多边形、多层错位圆形、多层错位多边形，双层错位多孔圆形或双层错位多孔多边形结构。
6.根据权利要求4所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述挡板的覆盖面积为所述弧靶放电组件的金属靶截面面积的2-4倍。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述电磁线圈由电磁线圈电源供电，所述电磁线圈电源采用可编程的直流电源或电压可调、波形可选、频率可调的多模式多波形励磁电源；所述多模式多波形励磁电源的波形包括矩形波、三角波、正弦波、余弦波。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：构成所述周向闭合磁场的多组电磁线圈中，相邻两组电磁线圈的极性相反；构成所述垂直磁场的两组电磁线圈的极性相反。
9.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：还包括工件转架，所述工件转架设于所述炉体中并用于承载待镀工件。
10.根据权利要求1所述的一种基于磁场和电场高度正交的高离化磁控溅射设备，其特征在于：所述炉体上还设有抽真空口，所述抽真空口通过真空管路和外部真空发生装置连接。
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