CN201169620Y - 弧光离子源增强磁控溅射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种弧光离子源增强中频磁控溅射装置，用于硬质保护涂层的快速制备。本装置由真空室、磁控溅射装置、弧光离子源和基片架构成，磁控靶垂直安装于真空室侧面，配备有大功率中频开关电源，背面通有循环冷却水；弧光离子源阴极灯丝置于真空室的顶部，阴极灯丝由一个交流电源为灯丝供电，同时接弧电源的阴极，旋转基片架的转轴位于真空室中心，基片竖直放置，基片架下安置电极板，与弧电源的阳极相连接。使用本装置镀膜分为离子清洗和气相沉积两个过程。本装置充分发挥了弧光离子源和磁控溅射的优点，沉积速度快、表面光洁度好，最适合用于氮化铬等硬质保护涂层的快速制备，属于环境友好型替代电镀铬的装置，生产过程无污染。

Description

弧光离子源增强磁控溅射装置

技术领域

本实用新型涉及一种弧光离子源增强磁控溅射装置，具体地说是一种弧光离子源增强闭合场多靶非平衡磁控溅射离子镀装置，属于通过真空溅射或离子注入进行镀覆领域。

背景技术

磁控溅射是固体薄膜制备的重要方法，但其沉积速率较慢，膜基附着力不强，限制了该技术的应用。上世纪90年代发展了中频磁控溅射技术，成功地解决了靶中毒的问题，沉积速率有所提高，但没有根本解决附着力的问题。因此，通过增加离子源、多弧源或提高溅射功率等技术手段，以提高沉积速率，提高成膜品质，是国内外研究开发的重要方向。目前离子源辅助的主要方法是安装阳极层离子源。但此种离子源产生的离子束流较小，因此，对基片进行离子清洗时需要花费很长时间，不利于降低运行成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可有效地克服现有磁控溅射装置的不足，具有热丝发射电子和弧放电的优点，可产生强离子束流，成膜速度快、膜基附着力强且生产过程无污染、成本低的弧光离子源增强磁控溅射装置。

本实用新型为了到达上述目的，提供了一种弧光离子源增强磁控溅射装置，由真空室、工作气体入口、真空泵接口、电路系统、磁控溅射系统和基片架构成，真空室内安装有磁控溅射系统、弧光离子源和基片架，磁控溅射系统的磁控靶垂直安装于真空室侧面，连接有中频开关电源，磁控靶背面通有循环冷却水；弧光离子源配备有阴极灯丝电源和弧电源，阴极灯丝置于真空室的顶部；旋转基片架的转轴位于真空室中心，基片竖直放置，旋转基片架下方安置有电极板，接有弧电源阳极。

本实用新型所述的磁控溅射系统每两个磁控靶配备有一台大功率中频交流开关电源，频率大于40kHz，功率高于20kW。所述的弧光离子源由阴极灯丝电源和弧电源驱动，弧光离子源的阴极灯丝是钽丝制作的，接通电源后加热至白炽状态，在钽丝加热时产生高能量电子流，达到发射热电子的温度而发射大量电子。所述的弧电源电压70V，电流150A。接通弧电源，高密度的热电子流受电场作用向镀膜区运动，形成弧柱，电子运动过程真空室中气体分子发生碰撞，使之电离，形成高密度的等离子体。整个镀膜工艺可分为两个过程：(1)离子清洗。在进行磁控溅射镀膜之前，单独使用弧光离子源产生的等离子体对基片进行表面离子清洗。(2)气相沉积镀膜。在磁控溅射镀膜过程中，由弧光离子源产生的等离子体与溅射产物发生相互作用，增大溅射产物的离化率，从而大幅度提高磁控溅射镀膜效率。本装置可替代电镀，用于环境友好型替代镀铬装置。弧光离子源兼具有离子源清洗和离子源增强沉积两种功能，其清洗作用使基片在镀膜前具有清洁的表面，可提高膜基附着力；其增强沉积作用可确保溅射产物具有较高的离化率，可提高沉积速率。

本装置镀膜速率快，膜层厚度可达20微米，因此可替代电镀铬。镀膜过程以纯金属为原材料，氩气和氮气为工作气体，因此不存在有害废物排放，不需要额外投入排污处理设施。本装置提供的生产工艺具有环境友好的特征，可替代目前使用的污染严重的电镀铬装置。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型镀膜前由高束流离子对基片进行表面清洗，离子清洗效率高、速度快，有利于降低运行成本。

2、弧光离子源由阴极热丝发射电子，发射密度大，可在镀膜区形成高密度的等离子体，溅射产物离化率高，因此成膜速度大幅度提高。

3、本实用新型充分发挥了弧光离子源和磁控溅射的优点，具有沉积温度低、沉积速度快、成膜面积大、膜基附着力强、表面光洁度好的特点。可替代电镀，用于环境友好型替代镀铬装置，生产过程无污染。

附图说明

本实用新型弧光离子源增强磁控溅射装置用附图作进一步说明。

图1为本实用新型构成示意图，图中(1)为真空室、(2)为弧光离子源、(3)为阴极灯丝、(4)为工作气体入口、(5)为磁控靶、(6)为基片架、(7)为基片、(8)为电极板、(9)为真空泵接口、(10)为电路系统。

图2是使用本实用新型制备的氮化铬薄膜的X射线衍射图。

具体实施方式

本实用新型弧光离子源增强磁控溅射装置用实施例作进一步说明。

实施例1：安装本实用新型弧光离子源增强磁控溅射装置，如图1所示，包含有真空室(1)、弧光离子源(2)和磁控溅射系统，真空室设有工作气体入口(4)、真空泵接口(9)；在真空内室内安装磁控溅射系统和弧光离子源(8)，磁控溅射系统的磁控靶(5)垂直安装于真空室侧面，靶背面通有循环冷却水，并为每两个磁控靶连接一台大功率中频交流开关电源，频率大于40kHz，功率高于20kW；将弧光离子源的阴极灯丝安装于真空室的顶部，为弧光离子源接上阴极灯丝电源和弧电源；将基片架(6)的旋转轴安装于真空室中心，旋转轴上竖直安装基片架，基片架上放置基片(7)，在基片架下方安置电极板(8)，电极板接弧电源阳极。

实施例2：将实施例1的装置用于氮化铬薄膜的快速制备。镀膜过程：

(1)离子清洗。首先把真空室抽至气压低于1.5×10^-3Pa，弧光离子源通入氩气，接通灯丝电源，电流80-100A，把阴极灯丝(3)加热至白炽状态，达到发射热电子的温度发射大量电子；接通15kW弧电源，高密度的热电子流受电场作用向镀膜区运动，形成弧柱，电子运动过程中与气体分子发生碰撞，使之电离，形成高密度的弧光等离子体，对基片表面进行离子清洗20分钟。

(2)气相沉积。在完成基片清洗后，随即通入氮气，使真空室气压到达0.4-1.0Pa，接通磁控溅射电源，进行离子源增强磁控溅射镀膜，在磁控溅射镀膜过程中，由弧光离子源产生的等离子体与溅射产物相互作用，提高溅射产物的离化率，从而大幅度提高磁控溅射镀膜效率。

本实用新型制备的氮化铬薄膜膜层表面光洁度好，膜层与基片之间结合牢固。见图2所示的氮化铬薄膜的X射线衍射图。

本实用新型充分发挥了弧光离子源和磁控溅射的优点，沉积速度快、得到的膜层表面光洁度好，最适合用于汽车活塞环等部件表面氮化铬镀层的快速制备。本装置在生产过程中没有污染物排放，用于环境友好型替代镀铬装置，可替代电镀。

Claims (3)

1、一种弧光离子源增强磁控溅射装置，包含真空室(1)、工作气体入口(4)、真空泵接口(9)、电路系统(10)、磁控溅射系统和基片架(6)构成，其特征在于真空室内安装有磁控溅射系统、弧光离子源(2)和基片架(6)，磁控溅射系统的磁控靶(5)垂直安装于真空室侧面，连接有中频开关电源，磁控靶背面通有循环冷却水；弧光离子源配备有阴极灯丝电源和弧电源，阴极灯丝(3)置于真空室的顶部；旋转基片架(6)的转轴位于真空室中心，基片(7)竖直放置，旋转基片架下方安置有电极板(8)，接有弧电源阳极。

2、根据权利要求1所述的弧光离子源增强磁控溅射装置，其特征在于磁控溅射系统的磁控靶(5)垂直安装于真空室侧面，每两个磁控靶连接有一台大功率中频交流开关电源，频率大于40kHz，功率高于20kW。

3、根据权利要求1所述的弧光离子源增强磁控溅射装置，其特征在于弧光离子源配备的弧电源，电压70V，电流150A。

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