[发明专利]一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备领域，具体地说是一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置和方法。

背景技术

透明有机光电器件由于具有较快的响应速度、较少的能量消耗、更高的亮度和可加工性等优点，已在新型平板显示、固体照明、柔性显示、高密度信息传输与存储、新能源和光化学利用等领域显现了广阔的应用前景。在这些透明有机光电器件中，通常需要在有机材料层上溅射沉积透明导电氧化物薄膜材料作为阴极，但传统的磁控溅射技术由于靶材与有机材料衬底平行，等离子体处于靶材和衬底之间，具有一定能量的荷能粒子如反射原子（氩原子、氧原子）、溅射原子、二次电子和氧负离子等直接对有机材料衬底轰击，导致损伤并引起温度的升高；此外，等离子体的热辐射和紫外辐射也会造成一定程度的损伤和温升。这种沉积过程中，引起的有机材料的损伤和温升会直接影响透明有机光电器件的性能与寿命。同时，传统的硬式显示器已经无法满足人们对显示器功能的需求，而柔性显示器有轻、薄、耐冲击、可绕曲性且不受场合和空间限制等特性，但柔性材料热传导率低，表面温度容易上升，限制了柔性器件的大规模应用。因此，需要一种新型在聚合物等有机材料层上低温低损伤高速制备阴极的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在聚合物等有机材料上低温低损伤高速沉积多功能复合薄膜的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种低温低损伤多功能复合镀膜的装置，该装置为真空装置，由包括两组四个矩形非平衡态磁控靶材、一个低温线性离子源和一个加偏压的工件转架在内的真空腔体组成；其中：两组非平衡态磁控靶材并排放置，每组中两个靶材呈面对面放置，独立工作或同时工作；在每组非平衡态磁控靶材中，靶材与靶材之间距离在10-15cm可调，靶材与靶材的角度在0-15度可调，靶材使用直流电源驱动，靶材与靶材之间产生等离子体；工件转架位于两组非平衡态磁控靶材之间的中间位置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，起离子清洗和辅助沉积的作用。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组非平衡态磁控靶材单独分别使用，或者同时使用。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的装置，低温线性离子源位于一组非平衡态磁控靶材侧面，使用法兰与真空腔体连接；另一组非平衡态磁控靶材侧面使用相同法兰口的盲板与真空腔体连接，或者盲板更换为低温线性离子源，与已有的低温线性离子源同时使用。

一种利用所述装置的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，先使用低温线性离子源清洗轰击工件，然后使用直流电源溅射靶材在工件上沉积薄膜的同时使用低温线性离子源辅助沉积，其中溅射气体为惰性气体，反应气体为氧气或氮气，实现工件温度在200℃以下的镀膜，工件的材质为聚合物薄膜有机材料。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，使用的靶材采用纯金属靶材：锌靶、铝靶、铜靶、钛靶或银靶；或为合金靶材：锌铝合金；或为半导体氧化物靶材：铟锡氧化物（ITO）。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，整个真空装置中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备复合物薄膜。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，工件转架的旋转速度在8-20转/分可调，还具有正向转或反向转功能。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，工件转架连接脉冲偏压，脉冲电压50-1500V，脉冲频率为5-30KHz，占空比为5-80%。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，采用直流电源沉积薄膜。

所述的低温低损伤多功能复合镀膜的方法，沉积薄膜为单层膜或两层以上的多层膜，膜厚度为100-500nm之间范围。

本发明的技术原理：

本发明将两块相同靶材分别呈平行镜面放置，靶材背面的磁极相反，其中靶材和溅射的外罩分别作为阴极和阳极。靶材和靶材之间产生等离子体，溅射原子通过与等离子体中其它荷能粒子的碰撞，运动至靶材侧面的工件架上沉积成薄膜。靶材均为负电位，在电场作用下，二次电子与氧负离子于靶材之间来回运动做螺旋状的拉莫尔运动，从而避免了对工件的直接轰击；等离子体区域远离工件，减少了等离子体的热辐射和光辐射，可以实现在聚合物等有机材料上的低温沉积。同时，为了提高薄膜的结合力，在溅射沉积前，使用低温线性离子源清洗轰击样品；溅射时，为提高沉积速率，可使用低温线性离子源以提高离化率。