專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射方法，采用一對(duì)相對(duì)的附加了同軸線(xiàn)圈的非平衡磁控濺射靶，可在更大的范圍內(nèi)提高沉積區(qū)域的等離子體的密度和調(diào)整沉積參數(shù)。
背景技術(shù)：
磁控濺射沉積技術(shù)用于表面工程領(lǐng)域內(nèi)的材料改性和薄膜沉積，普通的磁控濺射裝置中采用陰極表面的封閉磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體，其中離子在陰極電壓的作用下轟擊陰極材料形成濺射效應(yīng)，所形成的沉積材料離子和原子擴(kuò)散到被鍍工件的表面沉積成薄膜形態(tài)，薄膜沉積的過(guò)程中等離子體密度影響沉積到被鍍工件表面的薄膜性能，因此設(shè)計(jì)者不斷采用各種技術(shù)措施來(lái)提高等離子體密度和轟擊到被鍍工件表面的離子電流密度?！稙R射沉積技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀》(《真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)》Vol.25，No.3，2005)和《磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用》(《現(xiàn)代儀器》No.5，2005)介紹了目前各種磁控濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，普通的磁控濺射裝置中等離子體被陰極表面的磁場(chǎng)約束，沉積區(qū)域的等離子體的密度很低，難以獲得理想的等離子體狀態(tài)，沉積粒子的能量在幾個(gè)電子伏特左右，在磁控濺射靶前30-50毫米處，等離子體的密度更進(jìn)一步急劇降低。所沉積的薄膜由于缺乏離子轟擊，殘留大量的缺陷和應(yīng)力，影響了薄膜的性能，由于磁控濺射裝置的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)是開(kāi)放的空間結(jié)構(gòu)，所以參數(shù)可以調(diào)節(jié)的范圍很小。當(dāng)前磁控濺射沉積技術(shù)存在著前面所述的技術(shù)缺點(diǎn)，為了解決這些技術(shù)缺陷，研究者開(kāi)發(fā)了有閉和磁場(chǎng)的非平衡磁控濺射系統(tǒng)，這種非平衡磁控濺射系統(tǒng)雖然磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)，但是基本采用永磁鐵作為磁場(chǎng)源，永磁鐵形成陰極表面的增強(qiáng)放電的磁路，同時(shí)也作為約束等離子體的磁路，但是這種結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在于，永磁鐵的兩種作用不能夠同時(shí)發(fā)揮到最好的匹配效果，參數(shù)不能夠調(diào)整，而且封閉性不好，普通閉合場(chǎng)非平衡濺射系統(tǒng)中非平衡磁場(chǎng)不是完全封閉的，沉積參數(shù)調(diào)整范圍較小，實(shí)際上對(duì)等離子體的約束程度不理想，其中一個(gè)重要的問(wèn)題是，在目前文獻(xiàn)中公布的閉合場(chǎng)非平衡濺射系統(tǒng)，總會(huì)有磁場(chǎng)的漏洞，破壞閉合磁場(chǎng)的封閉性，這種閉合磁場(chǎng)的漏洞出現(xiàn)在磁力線(xiàn)無(wú)法閉合的非平衡濺射靶的端頭。普通閉合場(chǎng)非平衡濺射系統(tǒng)中非平衡磁場(chǎng)的這種缺陷能夠在相關(guān)的結(jié)果參考文獻(xiàn)中得到反映，采用本發(fā)明中提供的方案徹底克服了這種缺陷，在沉積區(qū)域上形成的等離子體密度比普通的非平衡磁控濺射系統(tǒng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種與現(xiàn)有磁控濺射系統(tǒng)相比可更好的，能夠通過(guò)改變磁鏡場(chǎng)磁感強(qiáng)度的空間分布、有效的約束和形成高密度的等離子體、且放電過(guò)程更穩(wěn)定，可在更寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沉積參數(shù)，從而獲得具有良好性能薄膜的沉積技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用在兩個(gè)相對(duì)放置的永磁式磁控濺射靶周?chē)S放置的兩個(gè)亥姆霍茲線(xiàn)圈構(gòu)成磁鏡場(chǎng)，應(yīng)用的過(guò)程中，永磁式磁控濺射靶內(nèi)部的永磁鐵在磁控濺射靶表面形成封閉的磁場(chǎng)，形成磁控濺射放電，形成等離子體，兩個(gè)磁控濺射靶的放電功率能夠分別調(diào)節(jié)，兩個(gè)磁控濺射靶的材料可以不同，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)沉積多層薄膜、梯度薄膜、合金薄膜等功能。
兩個(gè)同軸線(xiàn)圈的作用如下1.對(duì)單獨(dú)的磁控濺射靶和相應(yīng)的同軸線(xiàn)圈情況，同軸線(xiàn)圈能夠提高濺射效率，增強(qiáng)陰極表面的等離子體電離率，提高陰極表面的等離子體引出。
2.當(dāng)兩個(gè)線(xiàn)圈同時(shí)作用時(shí)，兩個(gè)同軸線(xiàn)圈的電流能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，形成磁鏡場(chǎng)約束放電等離子體，同時(shí)同軸線(xiàn)圈也加強(qiáng)了陰極區(qū)域的電離效應(yīng)，同時(shí)能夠在更大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沉積參數(shù)。
同軸線(xiàn)圈的參數(shù)設(shè)計(jì)傾向于形成廣泛、均勻的空間分布，使薄膜的沉積過(guò)程中厚度分布更加均勻。同軸的磁鏡場(chǎng)約束等離子體，沉積區(qū)域的等離子體密度的到顯著的提高，顯著提高了等離子體的離化率；同軸線(xiàn)圈對(duì)于穩(wěn)定放電過(guò)程也有很好的效果，在放電過(guò)程中采用雙靶同時(shí)作用，使放電過(guò)程更加穩(wěn)定。
本發(fā)明的效果和益處是和現(xiàn)有的各種磁控濺射系統(tǒng)相比，磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射方法，采用一對(duì)相對(duì)的附加了同軸線(xiàn)圈的非平衡磁控濺射靶，通過(guò)調(diào)整同軸線(xiàn)圈的電流，可在更大的范圍內(nèi)提高沉積區(qū)域的等離子體的密度和調(diào)整沉積參數(shù)，使等離子體的狀態(tài)可調(diào)，等離子體離化率高，離子原子到達(dá)比高等優(yōu)點(diǎn)，在提高薄膜質(zhì)量方面有應(yīng)用價(jià)值。


圖1是磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由同軸線(xiàn)圈1；同軸線(xiàn)圈2；磁控濺射靶A；磁控濺射靶B；平面偏壓電極組；真空室；等離子體組成。
圖2是磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)的陰極電壓隨線(xiàn)圈電流之間的變化關(guān)系。
圖中虛線(xiàn)對(duì)應(yīng)磁控濺射靶A的各種恒定電流條件下，陰極電壓隨線(xiàn)圈電流的變化關(guān)系；實(shí)線(xiàn)對(duì)應(yīng)磁控濺射靶B的各種恒定電流條件下，陰極電壓隨線(xiàn)圈電流的變化關(guān)系。
圖3、圖4是磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)在恒定的陰極電流，分別對(duì)應(yīng)3.6Pa和0.3Pa兩種放電氣壓條件下，線(xiàn)圈電流在0-6A之間變化時(shí)，離子電流在不同位置上的分布情況，其中離子電流的測(cè)量使用直徑40mm的平面偏壓電極組5，電極除了收集離子電流的表面之外采用了屏蔽措施，電極上連接-150V的偏壓。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
一種磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射方法采用兩個(gè)永磁的磁控濺射靶A和磁控濺射靶B相對(duì)放置，同時(shí)將兩個(gè)同軸線(xiàn)圈1和同軸線(xiàn)圈2是兩個(gè)亥母霍茲線(xiàn)圈，同軸放置于磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的外圍，兩個(gè)相對(duì)放置的永磁式磁控濺射靶A和磁控濺射靶B周?chē)S放置的兩個(gè)亥姆霍茲同軸線(xiàn)圈1和同軸線(xiàn)圈2在通電流以后構(gòu)成磁鏡場(chǎng)，應(yīng)用的過(guò)程中，永磁式磁控濺射靶A和磁控濺射靶B內(nèi)部的永磁鐵在磁控濺射靶表面形成封閉的磁場(chǎng)，形成磁控濺射放電，形成等離子體，磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的放電功率能夠分別調(diào)節(jié)，磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的材料可以不同，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)沉積多層薄膜、梯度薄膜、合金薄膜等功能。
同軸線(xiàn)圈1和同軸線(xiàn)圈2通直流電以后，能夠形成一個(gè)磁鏡場(chǎng)，約束非平衡磁控濺射放電形成的等離子體，沉積區(qū)域的等離子體密度能夠大幅提高，增強(qiáng)薄膜沉積過(guò)程的離子轟擊，薄膜質(zhì)量得以提高。從圖中能夠看出離子電流在同軸線(xiàn)圈1和同軸線(xiàn)圈2電流提高時(shí)能夠顯著增加。診斷磁控濺射靶A和磁控濺射靶B之間不同位置上的離子電流使用直徑40mm的平面偏壓電極組，電極除了收集離子電流的表面之外采用了屏蔽措施，電極上連接-150V的偏壓，分別放置于磁控濺射靶A和磁控濺射靶B之間不同位置上，采集數(shù)據(jù)繪圖。
權(quán)利要求
1.一種磁鏡場(chǎng)約束雙靶非平衡磁控濺射方法，其特征在于在兩個(gè)相對(duì)放置的永磁式磁控靶的外圍設(shè)置兩個(gè)通電的同軸線(xiàn)圈，形成和兩個(gè)永磁式磁控靶同軸的完全封閉的磁鏡場(chǎng)，通過(guò)調(diào)整相對(duì)放置的同軸線(xiàn)圈的電流來(lái)調(diào)整沉積區(qū)域放電等離子體狀態(tài)和沉積參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁鏡場(chǎng)約束的對(duì)靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)，主要用于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于有兩個(gè)通電的同軸線(xiàn)圈和兩個(gè)永磁式磁控靶相對(duì)放置，通電線(xiàn)圈能夠形成和兩個(gè)永磁式磁控靶同軸的完全封閉的磁鏡場(chǎng)；通過(guò)調(diào)整兩對(duì)相對(duì)放置的同軸線(xiàn)圈的電流來(lái)控制濺射靶的外圍的封閉磁鏡場(chǎng)，精細(xì)調(diào)整放電等離子體狀態(tài)、沉積參數(shù)；同時(shí)電磁線(xiàn)圈增強(qiáng)陰極放電，增加陰極區(qū)域等離子體引出，提高沉積區(qū)域等離子體密度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用同軸的磁鏡場(chǎng)約束等離子體，附加同軸線(xiàn)圈后，增大了沉積參數(shù)的調(diào)整范圍，這種非平衡磁控濺射技術(shù)和常規(guī)磁控濺射技術(shù)相比具有等離子狀態(tài)可調(diào)，等離子體離化率高，離子原子到達(dá)比高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1948548SQ200610134220
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者牟宗信, 賈莉, 李國(guó)卿, 趙華玉, 劉升光 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)