CN201309961Y - 批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滚筒式磁控溅射设备，包括溅射室及内置的靶托和放置试样的样品台，所述的溅射室为双开门可抽拉式结构，靶托与放置试样的样品台分别固定在两门上，两门分别通过支撑架安置于导轨上且可沿导轨移动。所述固定靶托的门上安装有扳手，靶托可随溅射室门上的扳手联动，门与扳手为可绕固定支点左右180°旋转的结构。所述的放置试样的样品台为内置滚筒式结构。滚筒与固定其门可实现左右双向120°旋转并可实现上、下角度倾斜。其可用于粉末或颗粒表面薄膜沉积批量的制备且可以满足均匀镀膜的要求。

Description

批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备

技术领域

本实用新型涉及一种磁控溅射设备，尤其是一种用于粉末或颗粒表面薄膜沉积批量制备的滚筒式磁控溅射设备。

背景技术

在物理气相沉积(PVD)制备薄膜工艺中，溅射法是薄膜制备的主要方法之一，其中磁控溅射技术近年来日益受到重视，并成为沉积各种功能化合物薄膜的一种重要方法，磁控溅射法制备薄膜的主要优点为：沉积速率高；沉积原子的能量较高，薄膜的组织致密、附着力强；制备合金薄膜时，其成分的可控性好。由于磁控溅射技术的应用越来越广泛，无论是实验室还是工业化生产尤其是电子产品领域，磁控溅射技术已经成为一种很重要的技术之一，国内外设备制造商越来越重视磁控溅射设备的研制和开发。在国外，德国、美国、日本等先进发达国家研制出了一系列的适合实验室科研和满足工业化生产的磁控溅射设备；在国内，中科院沈阳科学仪器设备有限公司、中科科仪、国投南光等公司也相继开发和生产了一系列的磁控溅射设备，满足了国内科研和生产的需求。

目前无论是国内还是国外的设备制造商开发的磁控溅射设备其样品台设计主要有三种类型，如图1所示。

从图1中可以看出目前国内外常见磁控溅射样品台下置型、上置型、侧挂型，且样品台主要为平台型，样品台主要适合搁置平板型或块状型被溅射试样，如单晶硅片、蓝宝石晶体、不锈钢片材、铜片、镍片等其它片状或块状试样。当被溅射试样为粉末形态或颗粒形态时，由于粉末颗粒团聚和比表面积大等问题，目前上述磁控溅射设备均不能满足均匀镀膜的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备，其可用于粉末或颗粒表面薄膜沉积批量的制备且可以满足均匀镀膜的要求。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备，包括溅射室及内置的靶托和放置试样的样品台，所述的溅射室为双开门可抽拉式结构，靶托与放置试样的样品台(滚筒装置)分别固定在两门上，两门分别通过支撑架安置于导轨上且可沿导轨移动。

所述固定靶托的门上安装有扳手，靶托可随溅射室门上的扳手联动，门与扳手为可绕金属管壳实现左右180°旋转的结构。

所述的放置试样的样品台为内置滚筒式结构。滚筒与固定其门可实现左右双向120°旋转并可实现上、下角度倾斜。

本实用新型的优点是：

1、溅射室为双开门可抽拉式结构，且靶托带有旋转功能及样品台带有倾斜功能，使得靶材的更换及样品粉末或颗粒的进出料都极为方便；

2、滚筒可实现双向120°旋转且外壁均匀安置真空加热电阻丝，可有助薄膜的均匀生长；

3、滚筒外壁顶部设有震动装置，薄膜沉积过程中可利用此装置敲击滚筒，提高粉末或颗粒的流动性。

4、本实用新型滚筒式磁控溅射设备的整体结构设计，可以使其用于粉末或颗粒表面薄膜沉积批量的制备且满足均匀镀膜的要求，填补了现有技术中的空白之处。

附图说明

图1为现有技术磁控溅射设备的样品台设置结构示意图(a、样品台下置；b、样品台上置；c、样品台侧挂)；

图2为本实用新型批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备结构示意图；

图3为本批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备结构示意图(双开门抽拉平移后状态)；

图4为滚筒平移及出料过程示意图(a为平移状态，b为滚筒倾斜出料状态)；

图5为靶托旋转结构示意图；

图6为震动装置示意图；

图7为空心玻璃微球未镀膜的光学显微图；

图8为空心玻璃微球镀Ag后的扫描电镜形貌(SEM)图；

图9为空心玻璃微球表面镀Ag后X射线衍射图。

具体实施方式

如图2、图3所示，本实用新型批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备包括有溅射室1本体，溅射室1内可容置靶托2和试样的样品台3，加热板4位于样品台3的底部。

本实用新型的主要改进点在于将溅射室设计为双开门可抽拉式结构：1)首先将靶托2与放置试样的样品台3分别固定在两门上并可随门的抽拉平行移动，两门分别通过炉门支撑架8安置于溅射室1外底部的导轨6上且可沿导轨移动。2)将放置试样的样品台3设计为内置滚筒式结构，滚筒材质为不锈钢，滚筒可通过旋转机构9实现左右旋转及前后倾斜。3)在固定靶托的门上安装有扳手5，靶托2可随溅射室门上的扳手5联动左右旋转180°(参见图5，靶托与炉门之间采用无缝金属管壳实现连接和真空密封，靶托可随手柄的转动实现靶托的180°左右旋转)。

图2～图4示出了本实用新型批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备的一实施例结构：

所述溅射室1为双开门，溅射室的两个门均通过支撑架安置于导轨6上，使得溅射室门可沿导轨移动。

所述的靶托2与溅射室其中的一门相连，可随此门抽拉出到适当位置(参见图3所示)，便于靶材的更换；另外靶托2通过溅射室门12上的扳手5可实现180°的旋转(参见图5)，便于靶材更换时的操作。

所述的放置粉体试样的样品台3设计为内置滚筒式结构，在滚筒的下方两侧有滚筒支撑7，滚筒与溅射室另一门相连，可随门抽拉平行移动，参见图3所示。滚筒可通过电机驱动旋转单元9(现有技术，此处不赘述)实现双向120°旋转(通过霍尔传感器实现双向定位，当电机带动滚筒向左旋转60°时，通过光路感应，电机自动反向旋转向右旋转，当电机旋转到右侧60°时，再通过光路感应，电机自动反向旋转向左旋转，依次循环旋转工作)，滚筒的旋转可带动粉末或颗粒的翻滚以实现粉末或颗粒表面薄膜的均匀生长；在滚筒两侧均设置60°的倒角挡板10，以免滚筒旋转过程中粉末或颗粒流失；滚筒还可在上下一定角度范围内倾斜(参见图4b)，滚筒倾斜驱动机构：滚筒与支撑架通过齿轮装置固定，齿轮与手柄采用橡胶皮带实现连接，通过转动手柄实现滚筒的倾斜)，有利于粉末或颗粒的进料和出料；滚筒外壁可均匀安置真空加热电阻丝，以利于保证粉末或颗粒在低于500℃条件下的薄膜生长；在滚筒外壁顶部设有震动装置(参见图6，震动装置采用电磁制动电机13与环形塑料圈震动触头14实现，环形塑料圈震动触头14用于敲击滚筒外壁)，薄膜沉积过程中可利用此装置敲击滚筒，提高粉末或颗粒的流动性，根据粉末或颗粒的密度的不同，滚筒内可一次进料80克~500克，可实现镀膜粉末或颗粒的批量制备。

利用本实用新型批量制备镀膜颗粒的滚筒式磁控溅射设备进行了空心玻璃微球的表面镀银薄膜实验。空芯玻璃微球为白色粉末状，粒度为10～70μm，壁厚约为1～2μm，主要成分为SiO₂，松装密度为0.13g/cm³，比表面积为1.16m²/g，粉末流动性一般，形貌如图7所示，从图中可以看出玻璃微球呈透明状。

空心玻璃微球的表面镀银薄膜实验流程如下：

1、打开溅射室双门，更换Ag靶，滚筒内壁放置80克空心玻璃微球；关闭溅射室门，打开机械泵抽低真空；

2、开扩散泵抽高真空至1×10^-3Pa，滚筒内壁加热至200℃；

3、开滚筒旋转电机，滚筒呈双向120°旋转，空心玻璃微球翻滚；

4、打开滚筒顶部震动装置，敲击滚筒壁，空心玻璃微球翻滚速度加快；

5、通氩气至0.1Pa，调节溅射电流至30mA，开始溅射Ag；

6、连续溅射16小时后停止溅射，取出测试试样进行分析。

图8是空心玻璃微球镀Ag后的扫描电镜形貌图，从图8中可以看出空心玻璃微球表面与未镀膜时有较大区别，薄膜呈非透明状，图9的X射线衍射物相分析出现了Ag的X射线衍射峰，表明玻璃微球表面已均匀沉积一定厚度的银薄膜。

此实验证明本发明所研制的滚筒式磁控溅射设备可成功实现批量粉体的薄膜均匀沉积。

本实用新型滚筒式磁控溅射设备可成功实现批量粉末或颗粒的薄膜均匀沉积，可应用于某些特殊领域的新材料的开发，在实验室科研活动或工业化生产中能得到广泛的应用，有着良好的应用前景。

上述实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围。

Claims (8)

1、一种滚筒式磁控溅射设备，包括溅射室及内置的靶托和放置试样的样品台，其特征在于：所述的溅射室为双开门可抽拉式结构，靶托与放置试样的样品台分别固定在两门上，两门分别通过支撑架安置于导轨上且可沿导轨移动。

2、根据权利要求1所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述固定靶托的门上安装有扳手，靶托可随溅射室门上的扳手联动，门与扳手为可绕固定支点左右180°旋转的结构。

3、根据权利要求1所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述的放置试样的样品台为内置滚筒式结构。

4、根据权利要求3所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述的滚筒与固定其门为可实现左右双向120°旋转的结构。

5、根据权利要求3所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述的滚筒与固定其门配置有可控制其实现上、下角度倾斜的驱动机构。

6、根据权利要求5所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：在滚筒两侧均设置60°的倒角挡板。

7、根据权利要求3所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述的滚筒外壁均匀安置真空加热电阻丝。

8、根据权利要求3所述的滚筒式磁控溅射设备，其特征在于：所述的滚筒外壁顶部设有震动装置。

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