專利名稱：一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，主要應(yīng)用于高離化率的反應(yīng)磁控濺射鍍膜領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁控濺射作為ー種低溫、高速的鍍膜方式被廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)電、儀表、航天等各個(gè)領(lǐng)域。磁控濺射所鍍薄膜的性能分為ニ大類一種是功能性薄膜，另ー種是裝飾性薄膜；其中最重要的是功能性薄膜，功能性薄膜對(duì)成膜過程中的離化率指標(biāo)要求很高，現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜方式的離化率不能滿足某些功能性薄膜的要求，這樣就限制了磁控濺射的應(yīng)用范圍。磁控濺射的基本原理是在一定的真空下(10_2pa)，向鍍膜室內(nèi)充入工作氣體到特定的真空度(I(T1Pa),然后給磁控祀施加幾百伏的負(fù)電壓；由于磁控祀本身有磁場(chǎng),在磁控 靶與鍍膜室之間形成了一個(gè)正交的電磁場(chǎng)，鍍膜室中的游離電子在正交電磁場(chǎng)的作用下向正極(鍍膜室)加速行進(jìn)，在行進(jìn)過程中與工作氣體碰撞，把工作氣體電離，產(chǎn)生正離子和電子，正尚子在電場(chǎng)的作用下與祀材撞擊，祀材原子被撞擊出來，沉積在エ件上，電子繼續(xù)電離工作氣體。這個(gè)過程稱為濺射，磁控靶本身的磁場(chǎng)控制電子沿著磁力線螺旋形運(yùn)動(dòng)，來増加電子的行進(jìn)路程，從而提高電子與工作氣體的碰撞次數(shù)；電子行進(jìn)路程越長(zhǎng)、電子的數(shù)量越多，磁控靶的離化率就越高；這種靶表面帶有正交電磁場(chǎng)的濺射叫做磁控濺射，這種靶叫磁控靶。磁控靶是磁控濺射鍍膜設(shè)備的核心，磁控靶的磁場(chǎng)布置和磁路設(shè)計(jì)是各個(gè)鍍膜企業(yè)的核心技木。目前，現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜設(shè)備的磁控靶及磁路設(shè)計(jì)如圖I所示，從圖I中可以看出磁控靶的磁路設(shè)計(jì)相同，每個(gè)磁控靶參與濺射的電子在能量耗盡后就直接落到陽極鍍膜室上面；電子的利用率低，離化率自然也低?，F(xiàn)有提高磁控濺射鍍膜設(shè)備的離化率的方法有I、在設(shè)備中增加燈絲組件，由燈絲組件為磁控靶提供更多的電子，由于有更多的電子參與到磁控靶的濺射當(dāng)中，從而提高了磁控靶的離化率；但由于燈絲組件發(fā)射電子的能力有限，所以該種方法對(duì)離化率的提高幫助非常有限；2、在設(shè)備中增加離子源，由離子源電離工作氣體，直接為磁控靶提供大量的正離子，該種方法極大的提高了磁控靶的離化率；但是由于需要単獨(dú)配備離子源和與之配套的電源，而離子源和配套的電源價(jià)格很高，整套設(shè)備操作復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜設(shè)備離化率偏低的問題，本實(shí)用新型提供一種離化率高的閉合磁場(chǎng)非平衡磁控派射鍍膜設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，ー種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，包括鍍膜室、鍍膜室門、エ件轉(zhuǎn)架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣ロ，所述鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在所述鍍膜室的外壁上設(shè)有真空抽氣ロ，在鍍膜室的下蓋上設(shè)有エ件轉(zhuǎn)架，在鍍膜室的上蓋上設(shè)有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，所述エ件轉(zhuǎn)架與偏壓電源相連接；其特點(diǎn)是，所述圓柱磁控靶的設(shè)置數(shù)量為大于或等于4的偶數(shù)個(gè)，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍エ件設(shè)置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；其中，奇數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N，偶數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，偶數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N。所述奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)。所述奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯。所述偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，S極磁鐵 的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)。所述偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯。為了阻擋靶材濺射出來的靶材原子，在所述鍍膜室的上蓋上設(shè)有靶擋板。如圖2和圖3所示，對(duì)于單個(gè)圓柱磁控靶而言，磁力線從N極出發(fā)回到S扱，形成一個(gè)封閉的磁場(chǎng)；對(duì)于相鄰的圓柱磁控靶而言，I號(hào)靶、3號(hào)靶的左右磁鐵是N極面向靶材，2號(hào)靶、4號(hào)靶的左右磁鐵是S極面向靶材，由于每個(gè)圓柱磁控靶采用的是非平衡磁場(chǎng)，其多余的磁力線就從I號(hào)靶、3號(hào)靶的N極出發(fā)回到2號(hào)靶和4號(hào)靶的S極，這樣就在I到4號(hào)靶之間，由磁力線形成了ー個(gè)封閉的圓環(huán)即閉合磁場(chǎng)；對(duì)于單個(gè)圓柱磁控靶而言，采用非平衡磁場(chǎng)，所以這種濺射方式是閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射。本實(shí)用新型的有益效果I、本實(shí)用新型的單個(gè)圓柱磁控靶的磁場(chǎng)采用非平衡磁場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)于所述奇數(shù)圓柱磁控祀S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)，如無特殊要求，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯；對(duì)于偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)，如無特殊要求，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯；對(duì)于單個(gè)圓柱磁控祀而言,磁力線從N極出發(fā)回到S極，自己形成一個(gè)封閉的磁場(chǎng)，由于N、S極的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，每個(gè)圓柱磁控靶本身的磁場(chǎng)是不平衡的，即奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁場(chǎng)有剰余，偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁場(chǎng)有剰余；2、本實(shí)用新型的整個(gè)設(shè)備的圓柱磁控靶之間由磁力線形成閉合的磁回路由于單個(gè)的圓柱磁控靶本身磁場(chǎng)是不平衡的，對(duì)于相鄰的圓柱磁控靶而言，I號(hào)靶、3號(hào)靶剩余的磁力線就從I號(hào)靶、3號(hào)靶的N極出發(fā)回到2號(hào)靶和4號(hào)靶的S極，這樣在I到4號(hào)靶之間，由磁力線形成了一個(gè)封閉的圓環(huán)。I號(hào)靶到4號(hào)靶之間的磁場(chǎng)相互連接，形成ー個(gè)閉合磁場(chǎng)，這樣在磁控派射過程中，電子就在這個(gè)閉合磁場(chǎng)的控制下，沿著磁力線螺旋運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)圓柱磁控靶參與濺射后，在電場(chǎng)的作用下又來到相鄰的圓柱磁控靶參與濺射，直到電子的能量完全耗盡后，落到陽極(鍍膜室)上，電子的行進(jìn)路程提高了 2 3倍，這樣就最大限度的電離工作氣體，從而提高了磁控濺射的離化率；由于離化率的提高，使在成膜過程中有更多的離子轟擊膜層，使膜層的附著力、膜層質(zhì)量有大幅度的提高；這就是閉合磁場(chǎng)非平衡磁控派射；3、本實(shí)用新型的圓柱磁控靶的布置方式靈活多祥圖2、3所示只是本實(shí)用新型的一種應(yīng)用形式，只要圓柱磁控靶的數(shù)量是大于或等于4的偶數(shù)，即4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、10個(gè)等都可以應(yīng)用本實(shí)用新型；4、被鍍エ件的溫升低由于電子是耗盡能量后才脫離濺射區(qū)域，電子與被鍍エ件撞擊時(shí)的能量與普通的磁控濺射相比要低很多，被鍍エ件的溫升只有幾十度，這對(duì)ー些對(duì)溫度敏感的被鍍エ件是至關(guān)重要的。

圖I是現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型采用圓周鍍膜方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型采用直線鍍膜方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中ト被鍍エ件，2-靶材，3-磁鐵，4-磁力線，5-電子，6_鍍膜室，7鍍膜室門，8-エ件轉(zhuǎn)架，9-圓柱磁控靶，10-充氣系統(tǒng)，11靶擋板，12真空抽氣ロ。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步的解釋說明如圖4所示，一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，包括鍍膜室6、鍍膜室門7、エ件轉(zhuǎn)架8、圓柱磁控靶9、充氣系統(tǒng)10、靶擋板11及真空抽氣ロ 12，所述鍍膜室門7通過鉸鏈固定在鍍膜室6上，在所述鍍膜室6的外壁上設(shè)有真空抽氣ロ 12，在鍍膜室6的下蓋上設(shè)有エ件轉(zhuǎn)架8，在鍍膜室6的上蓋上設(shè)有圓柱磁控靶9和充氣系統(tǒng)10，所述エ件轉(zhuǎn)架8與偏壓電源相連接，偏壓電源、エ件轉(zhuǎn)架8和圓柱磁控靶9構(gòu)成了離子清洗轟擊系統(tǒng)；所述圓柱磁控靶9的設(shè)置數(shù)量為大于或等于4的偶數(shù)個(gè)，圓柱磁控靶9磁鐵的磁極面向被鍍エ件I設(shè)置，并使各圓柱磁控靶9之間形成閉合的磁回路；其中，奇數(shù)圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是N-S-N，偶數(shù)圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數(shù)圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是S-N-S,偶數(shù)圓柱磁控靶9磁鐵的磁極是N-S-N。為了阻擋靶材2濺射出來的靶材原子，在所述鍍膜室6的上蓋上設(shè)有靶擋板11。所述奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯；所述偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500高斯或5500高斯。所述充氣系統(tǒng)10為現(xiàn)有技術(shù)，其包括質(zhì)量流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)控制器、截止閥及
管路等。所述靶材2設(shè)置在圓柱磁控靶9磁鐵的四周。
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的一次使用過程首先，拉開鍍膜室門7，將不銹鋼管或不銹鋼板安裝在エ件轉(zhuǎn)架8上，關(guān)閉鍍膜室門7，然后通過真空抽氣ロ 12對(duì)鍍膜室6抽真空；達(dá)到規(guī)定的真空度后，エ件轉(zhuǎn)架8開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過充氣系統(tǒng)10向鍍膜室6內(nèi)充工作氣體；達(dá)到規(guī)定的真空度后，開啟偏壓電源，在圓柱磁控靶9和エ件轉(zhuǎn)架8之間施加1-1000伏的電壓。由于工作氣體被電離而產(chǎn)生輝光放電，在圓柱磁控靶9和エ件轉(zhuǎn)架8之間形成等離子區(qū)，產(chǎn)生具有較低動(dòng)能的正離子，正離子在電場(chǎng)的作用下轟擊被鍍エ件1，對(duì)被鍍エ件I進(jìn)行離子轟擊清洗；清洗結(jié)束后，通過充氣系統(tǒng)10向鍍膜室6內(nèi)通反應(yīng)氣體；達(dá)到規(guī)定真空度后，在圓柱磁控靶9和エ件轉(zhuǎn)架8之間施加幾百伏的負(fù)電壓，圓柱磁控靶9處于負(fù)電位，在圓柱磁控靶9和エ件轉(zhuǎn)架8之間形成等離子體區(qū)，等離子體區(qū)的正離子轟擊圓柱磁控靶9，將所需要的靶材2原子濺射出來，靶材2原子與被電離的反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后沉積在被鍍エ件I上。本實(shí)施例共有六套圓柱磁控靶9，根據(jù)太陽能吸收膜層的需要，分別開啟不同圓柱磁控靶9，在被鍍エ件I上沉積不同材質(zhì)的膜層，這些不同材質(zhì)的膜層共同組成所需要的太陽能吸收膜層。待最后ー層膜層沉積完畢后，向鍍膜室6中充大氣，開啟鍍膜室門7，將被鍍エ件I從エ件轉(zhuǎn)架8上取下來，開始下ー個(gè)工作循環(huán)。目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的是玻璃管太陽能熱水器，最高耐溫200°C，而使用太陽能發(fā)電，要求水溫至少達(dá)到400°C，這就要求在不銹鋼板或不銹鋼管上鍍太陽能吸收層?，F(xiàn)有的太陽能吸收層在400°C下無法長(zhǎng)期工作，解決的辦法是在現(xiàn)有膜層的最外層鍍高純度的ニ氧化硅。但是現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜設(shè)備的離化率不夠，需要增加離化源，這樣就大幅度的增·加了設(shè)備的投資和操作復(fù)雜性。應(yīng)用本實(shí)用新型后，在不增加設(shè)備投資的情況下，成功的在不銹鋼上鍍出了耐高溫的太陽能吸收層。樣品在500°C加熱爐內(nèi)加熱4小時(shí)后，膜層沒有任何變化，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的要求。
權(quán)利要求1.一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，包括鍍膜室、鍍膜室門、工件轉(zhuǎn)架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣口，所述鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在所述鍍膜室的外壁上設(shè)有真空抽氣口，在鍍膜室的下蓋上設(shè)有工件轉(zhuǎn)架，在鍍膜室的上蓋上設(shè)有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，所述工件轉(zhuǎn)架與偏壓電源相連接；其特征在于所述圓柱磁控靶的設(shè)置數(shù)量為大于或等于4的偶數(shù)個(gè)，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍工件設(shè)置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；其中，奇數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N，偶數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，或者奇數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是S-N-S，偶數(shù)圓柱磁控靶磁鐵的磁極是N-S-N。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種閉合磁場(chǎng)非 平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于所述奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于所述奇數(shù)圓柱磁控靶S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500聞斯或5500聞斯。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于所述偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在6000 8000高斯范圍內(nèi)，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度在4000 6000高斯范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于所述偶數(shù)圓柱磁控靶N極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為6500高斯或7500高斯，S極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度為4500聞斯或5500聞斯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于在所述鍍膜室的上蓋上設(shè)有靶擋板。
專利摘要一種閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備，主要應(yīng)用于高離化率的反應(yīng)磁控濺射鍍膜領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括鍍膜室、鍍膜室門、工件轉(zhuǎn)架、圓柱磁控靶、充氣系統(tǒng)、靶擋板及真空抽氣口，鍍膜室門通過鉸鏈固定在鍍膜室上，在鍍膜室的外壁上設(shè)有真空抽氣口，在鍍膜室的下蓋上設(shè)有工件轉(zhuǎn)架，在鍍膜室的上蓋上設(shè)有圓柱磁控靶和充氣系統(tǒng)，工件轉(zhuǎn)架與偏壓電源相連接；其特點(diǎn)是圓柱磁控靶的設(shè)置數(shù)量為大于或等于4的偶數(shù)個(gè)，圓柱磁控靶磁鐵的磁極面向被鍍工件設(shè)置，并使各圓柱磁控靶之間形成閉合的磁回路；奇數(shù)圓柱磁控靶的磁極是N-S-N，偶數(shù)圓柱磁控靶的磁極是S-N-S，或者奇數(shù)圓柱磁控靶的磁極是S-N-S，偶數(shù)圓柱磁控靶的磁極是N-S-N。
文檔編號(hào)C23C14/00GK202643826SQ20122020954
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者金廣福 申請(qǐng)人:愛發(fā)科中北真空(沈陽)有限公司