一種低吸收率氧化硅薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低吸收率氧化硅薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SiCV薄膜是一種重要的功能薄膜材料，氧化硅薄膜具有良好的絕緣性、耐磨性、較 低的透濕透氧性、耐化學(xué)性以及良好的透光性，廣泛應(yīng)用在微電子、抗腐蝕、高阻隔包裝、環(huán) 境防護(hù)等領(lǐng)域。在空間環(huán)境防護(hù)的應(yīng)用領(lǐng)域，Si02薄膜由于具有優(yōu)秀的耐輻照、耐原子氧 性能，因而具有很大的應(yīng)用潛力，而在空間環(huán)境下，由于航天器熱控的需求，需要防護(hù)薄膜 具有盡可能低的太陽(yáng)吸收率。
[0003] SiCV薄膜的制備方法有很多種，如：磁控濺射、離子束輔助沉積（IBAD)、脈沖激光 沉積（PLD)、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積（CVD)、原子層沉積（ALD)和溶膠-凝膠 (Sol-Gel)等。脈沖反應(yīng)磁控濺射因可以在大面積范圍內(nèi)保持薄膜的均勻性，并能有效地解 決制備介質(zhì)膜如SiCV薄膜時(shí)的放電效應(yīng)，成為研宄的熱點(diǎn)。但是，脈沖反應(yīng)磁控濺射方法制 備SiCV薄膜時(shí)受到遲滯現(xiàn)象的影響，所制備的薄膜致密度較低，導(dǎo)致反射率較低、吸收率較 高（在基礎(chǔ)吸收率為0. 25的鋁合金片材上制備SiCV薄膜后吸收率0. 35左右），這限制了 SiCV薄膜在空間環(huán)境防護(hù)方面的應(yīng)用。離子束輔助沉積技術(shù)制備的薄膜具有膜基結(jié)合強(qiáng)度 高、薄膜密度大等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的離子束輔助沉積方法中，氧化物薄膜的制備一般采用氬離 子輔助的電子束蒸發(fā)沉積方法（該方法在基礎(chǔ)吸收率為〇. 25的鋁合金片材上制備SiCV薄 膜后吸收率0.33左右）。這一方法的沉積速率低、薄膜成分難于控制。因此，急需開(kāi)發(fā)一種 新的制備方法，來(lái)降低沉積溫度、提高沉積速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低吸收率氧化硅薄膜的制備方法，該方法能夠利用 氧離子進(jìn)行氧化反應(yīng)的同時(shí)借助氬離子對(duì)薄膜進(jìn)行轟擊而改善薄膜的質(zhì)量，提高薄膜性 能，并且能夠提高氧化硅薄膜的沉積速率。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種低吸收率氧化硅薄膜的制備方法，具體步驟如下：
[0007] 步驟一、在真空腔內(nèi)設(shè)置硅靶和離子源，將基底放在真空腔內(nèi)，打開(kāi)真空泵組，使 真空腔本底真空度高于2. OX KT3Pa ;
[0008] 步驟二、用氬離子束對(duì)基底進(jìn)行清潔活化；
[0009] 步驟三、采用氧離子束輔助脈沖反應(yīng)磁控濺射技術(shù)沉積氧化硅薄膜；
[0010] 至此，完成低吸收率氧化硅薄膜的制備。
[0011] 步驟三的具體過(guò)程為：
[0012] 將脈沖反應(yīng)磁控濺射的工作氣體氬氣通過(guò)真空腔的氣體管道通到硅靶表面，氧氬 混合氣體通入離子源被電離為氧離子與氬離子，氧氬混合氣體的氣體流量通過(guò)質(zhì)量流量計(jì) 進(jìn)行控制，打開(kāi)與硅靶連通的脈沖濺射電源，硅靶表面濺射出硅粒子，氧離子使濺射的硅粒 子在基底上氧化沉積為氧化硅薄膜，氬離子對(duì)氧化硅薄膜進(jìn)行轟擊；
[0013] 工藝參數(shù)如下：
[0014] 工作氣體：濺射高純氬氣（99. 99% )，流量9?15sccm
[0015] 氧氬混合氣體中的氧氣分量：85%?90%
[0016] 真空腔內(nèi)的氣壓：0. 3?0. 5Pa
[0017] 離子源電壓：300?600V
[0018] 離子源電流：0. 80?IA
[0019] 硅靶濺射功率：500?700W
[0020] 濺射脈沖頻率：20?25KHz
[0021] 進(jìn)一步地，步驟三中較優(yōu)的工藝參數(shù)為：氬氣流量15SCCm，氧氬混合氣體中的氧 氣分量86 %，真空腔內(nèi)的氣壓0. 45Pa，離子源電壓400V，離子源電流0. 9A，硅靶濺射功率 600W，濺射脈沖頻率25kHz。
[0022] 有益效果：
[0023] 本發(fā)明通過(guò)氧離子束輔助脈沖反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，利用氧離子高的化學(xué)活性以及 離子的動(dòng)能來(lái)增強(qiáng)氧化硅薄膜對(duì)鋁合金基底表面吸附、解離以及擴(kuò)散效果，從而提高氧化 硅薄膜致密度和氧化硅薄膜的沉積速率，進(jìn)而制得了高質(zhì)量低吸收率氧化硅薄膜。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為氧化硅薄膜的制備裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種低吸收率氧化硅薄膜的制備方法，具體過(guò)程如下：
[0027] 步驟一、在真空腔內(nèi)設(shè)置硅靶和離子源，將基底放在真空腔室內(nèi)，打開(kāi)真空泵組， 使真空腔室本底真空高于2. OX KT3Pa ;
[0028] 在本發(fā)明中，基底選用Imm厚錯(cuò)合金片材；
[0029] 步驟二、用氬離子束對(duì)基底進(jìn)行清洗活化；
[0030] 在鍍膜前用離子源對(duì)基底進(jìn)行氬離子轟擊處理，離子轟擊的目的有兩個(gè)：1、通過(guò) 氬離子轟擊，將吸附在基底表面的水分、有機(jī)污染物、雜質(zhì)氣體等濺射掉；2、可通過(guò)氬離子 轟擊改善基底表面活性，進(jìn)而加強(qiáng)膜與基底之間的鍵結(jié)合強(qiáng)度。較高的離子束能量有助于 提高清洗活化的效果，但若離子束能量過(guò)大會(huì)造成基底的輻射損傷。此步驟中較為優(yōu)選的 一個(gè)處理技術(shù)的條件如下：氬氣=15sccm，離子束放電電壓=300V，離子束電流：1A。
[0031] 步驟三、采用氧離子束輔助脈沖反應(yīng)磁控濺射技術(shù)沉積氧化硅薄膜。
[0032] 派射用的娃革E純度為99. 99%，形狀為長(zhǎng)方體，娃革E工作面的面積為560mmX80mm， 靶和基底之間的距離為90mm，濺射工作氣體為純度99. 99 %的氬氣，脈沖濺射電源是美國(guó) AE公司產(chǎn)的脈沖電源，輸出功率最高5kW。
[0033] 硅靶濺射的工作氣體氬氣通過(guò)真空腔的氣體管道直接通到硅靶表面，用質(zhì)量流量 計(jì)調(diào)節(jié)氬氣流量為8?15 Sccm，氧氬混合氣體直接通入離子源電離為氧離子與氬離子，氧 氬混合氣體的氣體流量通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行控制，打開(kāi)脈沖濺射電源。硅靶表面濺射出硅 粒子，氧離子使濺射的硅粒子在基底上氧化沉積為氧化硅薄膜，氬離子對(duì)氧化硅薄膜的轟 擊用于進(jìn)一步改善薄膜質(zhì)量，提高其性能，實(shí)現(xiàn)高致密度氧化硅薄膜的鍍制。薄膜沉積過(guò)程 中基底均處于自然溫升狀態(tài)，不另加熱。
[0034] 采用氧離子束輔助脈沖反應(yīng)磁控濺射技術(shù)低溫、快速制備氧化硅薄膜的工藝參數(shù) 如下：
[0035] 工作氣體 濺射高純氣氣（99.99°/。），流量9?15sccm 氧氬混合氣體中的氧氣分量：85%?90% 真空腔內(nèi)的氣壓 0 3?0.5Pa 離子源電壓 300?600V 離子束