CN202246844U - 磁水分离型平面磁控溅射靶 - Google Patents

Abstract

一种磁水分离型平面磁控溅射靶，包括冷却进水管1、冷却出水管2、导磁板3、阴极体4、靶材压环5、螺钉6、靶材7、中心极靴8、中心永磁块9、边极靴10、边永磁块11和下密封圈13，阴极体4上有圆环形矩形槽41，其中心有圆形盲孔42，圆环形矩形槽41的圆心与圆形盲孔42的圆心重合，冷却进水管1和冷却出水管2向上穿过导磁板3和阴极体4上的通孔，并用水管密封圈43与阴极体4形成密封，中心极靴8和中心永磁块9位于圆形盲孔42内，边极靴10和边永磁块11位于圆环形矩形槽41内。本实用新型由于采用阴极磁路与冷却水路分离的新结构，磁铁的使用寿命大大延长，同时冷却水也不会被污染堵塞，镀膜质量也得到稳定地提高。

Description

磁水分离型平面磁控溅射靶

技术领域

本实用新型涉及一种新材料领域的真空磁控溅射镀膜装置，特别是一种磁水分离型平面磁控溅射靶。

背景技术

磁控溅射技术自从20世纪70年代诞生以来，在高速制备金属、半导体和介电薄膜方面取得了巨大进步，广泛用于半导体器件、集成电路微型化和光学器件等领域。所涉及的太阳能利用能效薄膜，不论是全玻璃真空集热管、全金属平板集热器、以及作为太阳能热发电核心元件的高温集热管，在研发过程中都完全使用了磁控溅射制膜技术，而其中一种关键装备就是园柱型和平面型磁控溅射靶。由于热发电的高温集热管所使用的耐高温吸收膜系（多层膜称膜系或膜堆），有的靶材（薄膜的源料）难于获得管材，就得放弃园柱靶，而板材就容易获取，故高温集热管镀膜机就采用靶材是板材的平面磁控溅射靶。

平面磁控溅射靶根据被镀工件的尺寸，有平面圆型靶和平面矩型靶，原理完全一样，把平面圆型靶沿直径方向拉长，就是平面矩型靶。现有平面磁控溅射靶的结构如图1-4所示（省略阳极屏蔽绝缘和水管紧固结构），其包括冷却进水管1、冷却出水管2、导磁板3、阴极体4、靶材压环5、螺钉6、靶材7、中心极靴8、中心永磁块9、边极靴10、边永磁块11和上、下密封圈12、13，导磁板3上有冷却进水管1和冷却出水管2通过的通孔，其位于阴极体4的上面，靶材压环5和靶材7位于阴极体4的下面，导磁板3、阴极体4和靶材压环5通过螺钉6固定，上密封圈12位于导磁板3与阴极体4之间，下密封圈13位于阴极体4与靶材7之间，阴极体4中心为一通孔，冷却进水管1、冷却出水管2、中心极靴8、中心永磁块9、边极靴10和边永磁块11位于阴极体4中心的通孔内，且中心永磁块9和边永磁块11之间用隔条14隔开，冷却进水管1和冷却出水管2向上穿过导磁板3并用水管密封圈15与导磁板3形成密封。

工作时，靶材7的背面的中心永磁块9、边永磁块11产生的磁力线B从中心永磁块9的N极出发，穿过靶材7，回到边永磁块11的S极，磁场形状如同在靶材7前面“搭建”起一个环形磁力线“棚子”。当同时充当电极的冷却进水管1和冷却出水管2接上磁控溅射电源300～700伏负极时，电场的方向如电力线E所示，靶材7前面形成交叉的电磁场，在0.2Pa～2Pa的压强下，产生气体辉光放电形成等离子体，由于离子和电子迁移率的差别，在阴极区正离子从等离子体分离出来，并被加速轰击靶材7，导致靶材7溅射，使固体靶材7原子脱离靶材7表面飞溅到靶面前方的工件表面形成膜层的同时，部分能量使靶材7升温，所以必须采用循环水冷却。由于其中心永磁块9和边永磁块11与循环水是相通的，而中心永磁块9和边永磁块11是一种稀土钕铁硼（NdFeB）合金，虽然其磁性能优良，但其缺点是耐蚀性差，尽管表面镀有镍层保护，但在磁路装配过程中，永磁块的边角或局部表面镍层有微小破损，造成永磁块局部腐蚀，时间长了，永磁块整块粉末化，使靶面前方磁场崎变，造成溅射镀膜不均匀，不得不重新更换永磁块；同时，粉末化了的永磁块粉末也易堵塞水道，造成水流不畅，冷却效果变差，严重的可能烧坏靶材7和下密封圈13而造成事故。由于稀土元素是一种越来越少的资源，价格很高，从而导致生产成本（经济成本、时间成本）高，镀膜质量差。

发明内容

本实用新型的目的之一是克服现有技术的上述不足，而提供一种磁水分离型平面磁控溅射靶。

本实用新型的技术方案是：一种磁水分离型平面磁控溅射靶，包括冷却进水管、冷却出水管、导磁板、阴极体、靶材压环、螺钉、靶材、中心极靴、中心永磁块、边极靴、边永磁块和下密封圈，导磁板上有冷却进水管和冷却出水管通过的通孔，其位于阴极体的上面，靶材压环和靶材位于阴极体的下面，导磁板、阴极体和靶材压环通过螺钉固定，下密封圈位于阴极体与靶材之间，阴极体上有矩形槽，其中心有盲孔，阴极体上还有冷却进水管和冷却出水管通过的通孔，冷却进水管和冷却出水管向上穿过导磁板和阴极体上的通孔，并用水管密封圈与阴极体形成密封，中心极靴和中心永磁块位于盲孔内，边极靴和边永磁块位于矩形槽内。

本实用新型进一步的技术方案是: 导磁板、阴极体、靶材压环和靶材均为长方形，阴极体上的矩形槽为长方形，其中心的矩形槽为长条形。

本实用新型进一步的技术方案也可以是: 导磁板、阴极体、靶材压环和靶材均为圆形，阴极体上的矩形槽为圆环形，其中心盲孔为圆形。

本实用新型再进一步的技术方案是：圆环形矩形槽的圆心与圆形盲孔的圆心重合。

本实用新型由于采用磁铁和水流分离的结构设计，与现有技术相比，磁铁不再被腐蚀，长期保持磁感应强度（B）这一重要技术参数的稳定性，同时冷却水也不会被污染，水道不被堵塞，温度稳定性也得到提高，既能大大延长磁铁的使用寿命，又能长期稳定地提高平面靶镀膜质量。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为现有平面圆型磁控溅射靶的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为现有平面矩型磁控溅射靶的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5本实用新型平面圆型磁控溅射靶的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7本实用新型平面矩型磁控溅射靶的结构示意图；

图8为图7的俯视图。

具体实施方式

实施例一

如图5、6所示，一种磁水分离型平面磁控溅射靶，包括冷却进水管1、冷却出水管2、导磁板3、阴极体4、靶材压环5、螺钉6、靶材7、中心极靴8、中心永磁块9、边极靴10、边永磁块11和下密封圈13，导磁板3、阴极体4、靶材压环5和靶材7均为圆形，导磁板3上有冷却进水管1和冷却出水管2通过的通孔，其位于阴极体4的上面，靶材压环5和靶材7位于阴极体4的下面，导磁板3、阴极体4和靶材压环5通过螺钉6固定，下密封圈13位于阴极体4与靶材7之间，阴极体4上有圆环形矩形槽41，其中心有圆形盲孔42，圆环形矩形槽41的圆心与圆形盲孔42的圆心重合，阴极体4上还有冷却进水管1和冷却出水管2通过的通孔，冷却进水管1和冷却出水管2向上穿过导磁板3和阴极体4上的通孔，并用水管密封圈43与阴极体4形成密封，中心极靴8和中心永磁块9位于圆形盲孔42内，边极靴10和边永磁块11位于圆环形矩形槽41内。

实施例二

如图7、8所示：一种磁水分离型平面磁控溅射靶，包括冷却进水管1、冷却出水管2、导磁板3、阴极体4、靶材压环5、螺钉6、靶材7、中心极靴8、中心永磁块9、边极靴10、边永磁块11和下密封圈13，导磁板3、阴极体4、靶材压环5和靶材7均为长方形，导磁板3上有冷却进水管1和冷却出水管2通过的通孔，其位于阴极体4的上面，靶材压环5和靶材7位于阴极体4的下面，导磁板3、阴极体4和靶材压环5通过螺钉6固定，下密封圈13位于阴极体4与靶材7之间，阴极体4上有长方形的矩形槽44，其中心有长条形的矩形槽45，阴极体4上还有冷却进水管1和冷却出水管2通过的通孔，冷却进水管1和冷却出水管2向上穿过导磁板3和阴极体4上的通孔，并用水管密封圈43与阴极体4形成密封，中心极靴8和中心永磁块9位于长方形的矩形槽44内，边极靴10和边永磁块11位于长条形的矩形槽45内。 

以一台生产太阳能发电用高温集热管的镀膜设备为例，一台设备4个靶，每靶用20 mm×11 mm×10 mm钕铁硼磁铁816块，4靶用3264块，若采用原来磁水不分离结构的靶，由于磁铁腐蚀问题平均使用一年就需更换新磁铁，加上人力、时间成本，使用和维护费用相当昂贵。采用本实用新型阴极磁路与冷却水路分离的新结构后，由于其中心永磁块（9）和边永磁块（11）被水管密封圈43和导磁板3上的密封圈13隔离在水路之外，不再浸在水流中，NdFeB磁铁处在清洁干燥的环境中，不再产生电化学腐蚀问题，长期保持磁性能稳定，具有显著的经济效益和社会效益。

Claims (4)

1.一种磁水分离型平面磁控溅射靶，包括冷却进水管、冷却出水管、导磁板、阴极体、靶材压环、螺钉、靶材、中心极靴、中心永磁块、边极靴、边永磁块和下密封圈，导磁板上有冷却进水管和冷却出水管通过的通孔，其位于阴极体的上面，靶材压环和靶材位于阴极体的下面，导磁板、阴极体和靶材压环通过螺钉固定，下密封圈位于阴极体与靶材之间，阴极体上还有冷却进水管和冷却出水管通过的通孔，其特征是阴极体上有矩形槽，其中心有盲孔，冷却进水管和冷却出水管向上穿过导磁板和阴极体上的通孔，并用水管密封圈与阴极体形成密封，中心极靴和中心永磁块位于盲孔内，边极靴和边永磁块位于矩形槽内。

2.根据权利要求1所述的磁水分离型平面磁控溅射靶，其特征是导磁板、阴极体、靶材压环和靶材均为长方形，阴极体上的矩形槽为长方形，其中心的矩形槽为长条形。

3.根据权利要求1所述的磁水分离型平面磁控溅射靶，其特征是导磁板、阴极体、靶材压环和靶材均为圆形，阴极体上的矩形槽为圆环形，其中心盲孔为圆形。

4.根据权利要求3所述的磁水分离型平面磁控溅射靶，其特征是圆环形矩形槽的圆心与圆形盲孔的圆心重合。

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