一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法
专利汇可以提供一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种高离化率高功率脉冲 磁控溅射 沉积 薄膜 的方法，涉及薄膜材料技术领域。它主要解决了现有的靶材离化率低、 等离子体 不均匀以及薄膜均匀性差的问题。本发明的方法为：一，清洗腔室，并将试样固定于行星台上；二，将行星台放入密封腔室，抽 真空 ，去除试样上的 水 分及 吸附 的空气；三，在试样上加负 偏压 ，通高纯Ar气；四，向腔室通入Ar气以及N2， 溅射靶材 施加脉冲 电压 ，进行表面 镀 膜 ；五，采用步进 电机 控制行星台运动轨迹来控制镀膜；六，待真空室内 温度 降至室温即可取出试样。本发明改变了薄膜制备时的靶材 磁场 控制以及镀膜时靶材电压施加形式，使得膜厚及致 密度 易于控制，结合 力 和均匀度高。，下面是一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法专利的具体信息内容。
1.一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
1）选用需沉积的材料作为靶材，并将清洗后的试样固定在可三维旋转的行星台上，加热装置为红外电加热管，位于腔室后方内壁；
2）将真空腔室密封，通过机械泵以及分子涡轮泵抽至本底真空
-5 -5
3.5×10 mbar~5.0×10 mbar，红外电加热管设置为400℃~600℃，加热去除试样表面水分及吸附的空气杂质；
-5 -5
3）真空稳定在3.5×10 mbar~5.0×10 mbar后，红外电加热管设置为300℃~500℃，-2 -2
试样加偏压，通Ar气，腔室气压保持1.0×10 mbar~2.0×10 mbar，利用电弧增强辉光放电进行等离子体清洗40min~60min；
4）向真空腔室定流量通入Ar气以及工作气体A，红外电加热管设置为400℃~600℃，试样施加直流偏压200V~600V，靶材施加脉冲偏压，溅射平均功率为5kW~10kW，进行预溅射
0.5~5min，然后进行镀膜2h~4h；
5）采用步进电动机来连续控制行星台的转速，转速控制在2~10转/min，以保证试样均匀镀膜；
6）步骤5)完成后，切换到16℃~18℃冷水进行冷却，待真空腔室内温度降至室温即可取出试样，得到本发明的薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于,步骤1）所采用的红外电加热管布满整个腔室后壁，腔室内的实际温度由腔室前侧热电偶测量，且设置上、中、下三个位置。
3.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征-5 -5
在于：步骤2）所述的机械泵以及分子涡轮泵能抽至本底真空3.5×10 mbar~5.0×10 mbar。
4.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：步骤3）所述的固定在行星台上的试样加偏压为200~600V，脉冲频率为10 KHz~20KHz，占空比为60%~80%。
5.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于：步骤3）所述的电弧增强辉光放电的靶材电流为60~90A，牵引电子的阳极棒电流为
60~100A。
6.根据权利要求5所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于,电弧增强辉光放电技术，是通过电弧靶激发的电子电离Ar原子成为Ar+，然后对试样表面进行轰击清洗。
7.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特-2
征在于,步骤3）所述的气压控制在1×10 mbar，而Ar气流量通过气压控制，流量范围为
120sccm~240sccm。
8.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于,步骤4）所述的靶材溅射功率为5kW~8kW，脉冲占空比为0.5%~5%。
9.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于,步骤4）所述的Ar气流量控制在120sccm~180sccm;所述工作气体A流量控制在
10sccm~40sccm；工作气体A为氧气、氮气与乙炔中的一种或几种气体的混合气体。
10.根据权利要求1所述的一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法，其特征在于,步骤1）所述的需沉积的材料为金属或者非金属材料；所述的试样为硬质合金或模具钢。
一种高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积薄膜的方法
技术领域
背景技术
发明内容
1）选用需沉积的材料（金属或者非金属）作为靶材，并将清洗后的试样（如硬质合金、模具钢等）固定在可三维旋转的行星台上，加热装置为红外电加热管，位于腔室后方内壁；
2）将真空腔室密封，通过机械泵以及分子涡轮泵抽至本底真空
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3.5×10 mbar~5×10 mbar，红外电加热管设置为400℃~600℃加热去除试样表面水分及吸附的空气杂质；
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3）真空稳定在3.5×10 mbar~5×10 mbar后，红外电加热管设置为300℃~500℃，试-2 -2
样加负偏压，通Ar气，腔室气压保持1.0×10 mbar~2.0×10 mbar，利用电弧增强辉光放电技术进行等离子体清洗40min~60min；
4）向真空腔室定流量通入Ar气以及工作气体A，红外电加热管设置为400℃~600℃，试样施加直流偏压200V~600V，靶材施加脉冲偏压，溅射平均功率为5kW~10kW，进行预溅射
0.5~5min，然后进行高功率脉冲磁控溅射镀膜2h~4h；
5）采用步进电动机来连续控制行星台的转速，转速控制在2~10转/min，以保证试样均匀镀膜；
6）步骤5)完成后，切换到16℃~18℃冷水进行冷却，待真空腔室内温度降至室温即可取出试样，得到本发明的薄膜。
辉光放电的Ar刻蚀增加了膜基结合力，其次也达到了高效预离化作用；
二、本方法高功率脉冲镀膜阶段占空比仅为0.3%~4%，由于占空比低，因此可以实现高功率溅射，而且保证试样温度不会太高；
所以，本发明方法既可有效的提高离化率，又可以获得致密、均匀和高结合力的薄膜。
附图说明
图3为抛光态M2钢高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜表面图；
图4为抛光态M2钢高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜截面图；
图5 为抛光态M2钢高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜物相分析图；
图6为抛光态M2钢高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜压痕法评级图；
图7为研磨态YG6硬质合金高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜表面图；
图8为研磨态YG6硬质合金高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜截面图；
图9为研磨态YG6硬质合金高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜压痕法评级图；
图10为抛光态纳米硬质合金高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜表面图；
图11 为抛光态纳米硬质合金高离化率高功率脉冲磁控溅射沉积的TiN薄膜表面压痕法评级图。
具体实施方式
1）选用Ti金属作为靶材，并将经丙酮酒精超声波清洗的M2高速钢试样吹干，固定在可三维旋转的行星台上，并放入经清洁的真空腔室中，靶基距离为10cm；
2）将真空腔室密封，用高纯Ar气，通过机械泵以及分子涡轮泵将腔室抽至本底真空-5
4×10 mbar，然后将红外电加热管设置为600℃加热来去除试样表面水分及吸附空气杂质；
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3）真空稳定在4×10 mbar后，红外电加热管设置为500℃，试样加负偏压300V，脉冲-2
频率为20KHz，占空比为80%。通入高纯Ar气，腔室气压保持1×10 mbar，利用电弧增强辉光放电进行等离子体清洗60min；图1为电弧增强辉光放电的Ar离子刻蚀原理图；
4）向真空腔室定流量通入Ar气以及N2，红外电加热管设置为600℃，试样施加直流偏压200V，靶材施加脉冲偏压，其峰值电压为1000V，占空比为0.38%，溅射平均功率为7kW，首先进行预溅射0.8min，然后镀膜，镀膜时间为3h；图2为高功率脉冲磁控溅射电源配置的线路图。
3，表面很平整且无任何大颗粒，其表层硬度由790.5 HV0.1升至为1047.6HV0.1，厚度约为
700nm~1000nm，其膜基结合界面致密，见图4。物相分析显示表面主要为TiN涂层，见图5。
NK 21.20 47.91
TiK 78.80 52.09
Matrix Correction ZAF
实施例2
本实施方式与具体实施方式一不同的是：选择市售研磨态的YT14作为试验材料，粗糙度为144nm，维氏硬度为1725HV0.2，其他与实施例1相同。
1787HV0.2，可能因为压头压入太深，显示为复合维氏硬度。其他与实施例1相同。
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