[发明专利]电磁加速联合等离子体辅助增强电子束物理气相沉积系统

说明书

技术领域

本发明属于物理气相沉积技术领域，特别涉及一种电磁加速联合等离子体辅助增强电子束物理气相沉积系统。

背景技术

电子束物理气相沉积技术自20世纪80年代被发明以来，由于其独特的沉积技术已受到广泛的关注，它是以电子束作为热源的一种蒸镀方法，相对于其他薄膜制备方法，其具有蒸发速率高，几乎可以蒸发所有的物质，所获得的组织为柱状晶结构，电子束功率易于调节，束斑尺寸和位置易于控制，有利于精确控制膜厚和均匀性，因此其技术具有广泛的应用前景。然而，电子束物理气相沉积技术也具有一些缺点，主要为沉积速率低，沉积效率低，沉积的驱动力较低等缺点。

发明内容

为了能更好的利用电子束物理气相沉积技术的优点，降低它缺点所带来的影响，本发明提供了一种电磁加速联合等离子体辅助增强电子束物理气相沉积系统，即提高沉积速率和改善其指向性，从而能够有效地提高电子束物理气相沉积技术的沉积速率和沉积效率，进而提高涂层与基体的结合强度。

本发明采用的技术方案为：

在真空室内设置可旋转的上极板和固定的下极板，在上极板上安装试样，在试样和下极板之间设置栅极；在沉积料棒周围设置多个环绕沉积料棒分布的气体管道，在气体管道的内圈设置的冷却水管道；其中，上极板和下极板为正电极，栅极为负电极。

所述试样与栅极的间距和下电极与栅板的间距相等。

所述试样和下电极之间的间距为20-30cm；所述试样与上极板的间距小于5cm。

本发明的有益效果为：

该设备能够使被蒸发的气态材料具有一定的沉积速率和较好的指向性，从而能够有效地提高电子束物理气相沉积技术的沉积速率和沉积效率，进而提高涂层与基体的结合强度，另外，对于多坩埚条件下的沉积，如果为了获得某些特定区域的沉积涂层或者为了获得复合涂层，将会同过磁场改变粒子的行进路线，从而更好的沉积效果。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图；

图2为等离子体定向加速沉积原子示意图。

图中标号：

1-试样；3-等离子体；4-被蒸发的材料；5-栅极；6a-上极板；6b-下极板；7-沉积料棒；8-气体管道；9-冷却水；10-真空室。

具体实施方式

本发明提供了一种电磁加速联合等离子体辅助增强电子束物理气相沉积系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本系统的结构如图1所示，在真空室10内设置可旋转的上极板6a和固定的下极板6b，在上极板6a上相距3cm的位置安装试样1，在试样1和下极板6b之间设置栅极5，且试样1与栅极5的间距和下电极6a与栅板5的间距相等，均为15cm。沉积料棒7的上表面与下极板6b的上表面齐平，在沉积料棒7周围设置环形的气体管道8，在气体管道的内圈设置的冷却水管道9；其中，上极板6a和下极板6b为正电极，栅极5为负电极。

系统工作时(即沉积时)，上极板6a和下极板6b分别接正电，栅极5接负电，向气体管道8内通入氩气或氮气。一部分电子束2射到沉积料棒7上，使其挥发，同时将氩气或氮气电离，在栅极5和气体管道8的出口之间形成等离子体3。在栅极5与下电极6b形成的电场的作用下，等离子体3加速，被加速的等离子体将会撞击被蒸发的材料4，给其一个加速度，使其具有一定的速度，并且具有一定的指向性。当被蒸发同时又被加速的气体材料和等离子体中的粒子穿过栅极5后，为了避免被加速的Ar+或N+及其他粒子对试样1的轰击，在试样1与栅极5之间施加一个反向电场，通过调节栅极5和上极板6a之间的电压，使被加速的等离子体3减速，使其到达试样1时速度接近为零或很小，从而避免其对试样的轰击，其具体的工作过程如图2所示。