一种等离子体辅助磁控溅射沉积方法
专利汇可以提供一种等离子体辅助磁控溅射沉积方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 等离子体 辅助 磁控溅射 沉积 镀 膜 技术。利用磁控溅射制备 金属化 合物 薄膜 时，为了克服靶中毒、 阳极 消失等现象，一般采用中频或脉冲直流反应磁控溅射方法。本 专利 提出一种新型的等离子体辅助沉积方法，通过在 真空 室内增加一等离子体放电区， 工件 架在随公转盘公转的同时高速自转，工件转过此等离子体放电区时，反应未完全的超薄层薄膜进一步与气体离子进行化和反应，从而得到更高化学计量比的化合物薄膜，大大提高了薄膜的沉积速率。与传统的等离子体源辅助沉积技术相比，本发明专利提出的新型等离子体产生技术成本更低，易于放大，可用于大规模工业化生产领域，具有重要的应用前景。，下面是一种等离子体辅助磁控溅射沉积方法专利的具体信息内容。
1.一种等离子体辅助磁控溅射沉积方法，采用磁控溅射镀膜机或采用磁控溅射镀膜设备，在磁控溅射镀膜机或磁控溅射镀膜设备的薄膜沉积真空室内设有绕公转轴旋转的公转盘、置于公转盘上的工件架、磁控溅射阴极；镀膜工件置于工件架上；主要用于制备高纯度的金属化合物薄膜，在磁控溅射镀膜机或磁控溅射镀膜设备的薄膜沉积真空室内单独设置有一辅助的非平衡磁场磁控溅射阴极，非平衡磁场磁控溅射阴极的靶材表面与工件的镀膜面相对设置，非平衡磁场磁控溅射阴极通过导线经射频自动匹配器与射频电源相连；于真空室内充入氩气和反应气体，非平衡磁场磁控溅射阴极作为等离子体发生源，于靶材表面与工件镀膜面间形成一等离子体辅助反应区；
通过该方法进行了致密透明氧化铝陶瓷薄膜的制备，其特征操作过程及参数如下：
1)采用磁控溅射镀膜设备；真空系统为机械泵与分子泵组合；用于制备氧化铝薄膜的磁控溅射阴极为闭合磁场孪生靶，靶材为纯度99.99％的金属铝靶，靶的面积为
563mm(长)×106mm(宽)；靶与基片的距离为120mm；溅射电源采用脉冲直流电源，电源总功率10kw；用作等离子体产生源的磁控溅射阴极面积仍为563mm(长)×106mm(宽)，表面靶材采用氧化铝陶瓷靶，采用射频电源与射频自动匹配器，射频电源最大功率为3.5kw；
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2)将镀膜室本底真空度抽至5×10 Pa以下，公转架转速为5r/min,公自转比为1：20，然后将待镀膜工件加热至100℃；
3)打开氩气流量计开关，流量调至260sccm，向真空室内充入纯度为99.999％的氩气；
4)打开射频电源和射频拼配器，将射频电源功率调至700w,真空室内出现辉光发电；
5)打开双极性脉冲偏压电源，工件偏压为-200V，占空比为30％；
6)打开脉冲直流偏压电源，电源频率设为40KHz,电流调至6A，占空比为50％，靶面起辉后预溅射不少于5分钟，对靶面进行清洗；
7)将氧气流量设为25sccm，打开氧气流量计开关，向真空室充入纯度为99.999％氧气；
8)打开靶前的气动挡板，开始氧化铝薄膜的沉积；
9)根据设计薄膜的厚度和薄膜的沉积速率，确定薄膜的沉积时间；
10)薄膜沉积完毕后，首先关闭挡板，然后依次关闭氧气开关、脉冲直流电源、偏压电源、射频电源与射频自动匹配器、氩气开关、工件转动与温度控制开关，关闭高阀，真空室放气，取出工件。
2.按照权利要求1所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
用作等离子体发生源的非平衡磁场磁控溅射阴极为矩形或圆柱形；采用非平衡磁场设计，配合在工件施加20-600伏的单极性或双极性脉冲偏压，使得等离子体区延伸到距离等离子体产生源表面200mm范围内，使得整个工件沉浸在等离体区内；
等离子体发生源为矩形，非平衡磁场溅射阴极与工件的镀膜面相对的靶材正表面采用具有高溅射功率的陶瓷材料或金属材料对磁场进行密封；背面采用水冷结构，对等离子体产生源进行冷却；
等离子体发生源为圆柱形，非平衡磁场溅射阴极的圆柱形外表面采用具有高溅射功率的陶瓷材料或金属材料对磁场进行密封；圆柱形中心采用水冷结构，对等离子体产生源进行冷却。
3.按照权利要求1所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
用作产生等离子体发生源的非平衡磁场溅射阴极,其表面靶材采用难溅射的金属或陶瓷材料；
无论采用何种材料，最终要将射频电源功率控制在一定范围内，保证在薄膜沉积过程中，用作等离子体产生源的靶材无任何材料被溅射出来，以免造成薄膜污染，即射频电源加到靶材的最大功率要小于靶材被溅出的最小功率。
4.按照权利要求1所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
用于制备金属化合物薄膜的磁控溅射阴极采用非平衡闭合磁场孪生靶，利用纯金属作为靶材，溅射电源为中频电源或脉冲直流电源；
真空室的内部空腔为圆柱形；
公转盘为圆形，公转盘绕公转轴快速旋转，公转转速在5-300r/min范围内可调；
工件架为圆柱形或圆筒形，工件架设置在公转盘上，二个以上的工件架的中心轴线分别与公转盘的圆心等距离分布在公转盘的圆周上，工件架间的距离可根据需要调整；
工件架在随公转盘公转的同时，绕工件架的自转轴自转；工件架和公转盘之间通过齿轮传动，工件架的自转速度由公转速度和它们间的转速比决定。
5.按照权利要求1所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
用于制备薄膜的磁控溅射阴极采用非平衡闭合磁场孪生靶技术，利用金属作为靶材，溅射电源为中频电源或脉冲直流电源；薄膜沉积时处于磁滞回线的金属模式状态，中频或脉冲直流溅射沉积的非化学计量比的超薄层金属化合物薄膜经过等离子体辅助反应区内，进一步与反应气体离子反应，生成高纯度化合物薄膜。
6.按照权利要求5所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
金属孪生靶前面安装有气动挡板，在每次溅射镀膜前，先进行预溅射，对靶材进行清洗，然后通入反应气体，待反应过程稳定后，再打开挡板进行薄膜制备。
7.按照权利要求1所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
工件装夹在圆柱形工件架上，圆柱形工件架均匀分布在上下公转盘间的圆周上；
圆柱形工件架表面与靶表面间的距离在60-300mm范围内；
公转盘与自转盘之间通过齿轮传动；
公转盘由伺服电机带动；
以上所述的工件架也可以为圆柱形或圆筒形工件。
8.按照权利要求1或3所述等离子体辅助磁控溅射沉积方法，其特征在于：
产生等离子体区的非平衡磁场溅射阴极与磁控溅射阴极均设置于真空室内的内壁面上，产生等离子体区的非平衡磁场溅射阴极与磁控溅射阴极相互平行间隔设置。
一种等离子体辅助磁控溅射沉积方法
技术领域
背景技术
具体实施方式
于5×10 Pa。溅射用气体为纯度为99.999％的氩气，反应气体为纯度为99.999％的氧气，氩气和氧气分别通过气体质量流量计导入真空室。溅射前基片加热到100℃，基片为厚度
1mm的K9玻璃和单晶硅抛光片。本溅射沉积系统有一个公转圆盘，圆盘上有若干带自转的工件架，每个工件架高度约为510mm。公转速度为5r/min,公自转比为1：20。
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