[实用新型]一种基于球阀的遮盖式表面梯度薄膜制备装置

说明书

一种基于球阀的遮盖式表面梯度薄膜制备装置，包括真空腔室以及设置在真空腔室内的基质和蒸发源结构，所述蒸发源结构位于所述基质的上方且通过固定机构悬置在真空腔室内；所述蒸发源结构包括坩埚蒸发装置、源材、球阀通量控制机构、元素扩散矫正通道和正电位电极，所述源材设置在所述坩埚蒸发装置内，所述坩埚蒸发装置的开口朝向基质的中心方向布置，所述球阀通量控制机构包括步进电机、球阀外壳、设置在球阀外壳内的中空挡环和用于中空挡环转动的挡环转轴。本实用新型提供了一种基于球阀的遮盖式表面梯度薄膜制备装置，对元素成分比例构成完全控制，能加快整个高通量实验的速度，节省人力物力，能够快速制备出组分连续渐变的多元梯度薄膜。

技术领域

本实用新型涉及高通量薄膜制备技术领域，尤其是涉及一种基于球阀的遮盖式表面梯度薄膜制备装置。

背景技术

各种科技技术逐渐成熟的今天，要达成某项使用性能，除了物理结构的需求，对材料本身的要求也是水涨船高。在高端领域中，材料的高性能要求同时要满足较高的经济性，往往比较困难。这种情况下，高质量材料涂层使其变得可以实现。在众多材料涂层覆膜技术中，通过PVD技术给材料镀上一层复合材料薄膜是一种较为成熟的加工方式。PVD技术即物理气相沉积技术，是指将分子或者原子从源物质转移到基片上的物质转移过程，它可以让某些具有特殊性能(耐高温性、耐磨性、耐腐蚀性、强度高、散热性等)的材料喷涂到性能较低的基片上，使基片具有更好的性能。通过PVD技术给价格低廉的基底材料镀上一层性能优越的镀层，即满足了使用需求，也有了较高的经济性。

然而有了制造技术，镀层材料的配方成了攻关的难点。在对一元材料成熟研究前提下，各种材料的性能已经发掘到极限；二元材料的研究也已有了一定程度的发展；三元材料乃至更多元的材料组合往往只能靠前人的研究制造经验，在大部分材料领域甚至是空白的。在研究多元材料成分组合的性能，寻找最优解的过程中往往需要研究极大数量级的材料组合，这就会耗费极大的人力物力。

高通量组合材料试验诞生于上世纪九十年代中期，是寻求材料组合并求出最优解的一种技术手段，它可以在短时间内完成大量材料样本的制备，可以极大缩短研制材料组合时间。在过去十数年中，为了加速材料科学和材料发现与优化的进程，已经开发了多组分材料的制备和研究方法。这些高通量实验方法已经在生物分子科学、催化、电化学、光电科学和材料科学等其他领域得到了广泛的应用。对于材料的实验方法有三个主要步骤。第一是准备大量不同的材料样本，这些材料样本构成了材料库的各个元素。第二是对这些材料的组成特性的阐述，以确定整个材料库的组成、结构、阶段分布等。第三种在材料库中进行各个材料组合能力的测试，这些材料的性能包括催化活性、硬度、导热性等等。

现有PVD制备梯度薄膜技术包括两种基本方法：蒸发法和溅射法。蒸发法的特点是具有较高的薄膜纯度。而蒸发法有大致有如下三种方法。如图1a中所说的一种方法，1为源材、2为薄膜、3为基质，利用化学气相沉积将CVD前体放在靠近底物的位置上，并允许扩散，使气相混合，并在这两个源之间的区域的底层基质之间形成复合梯度。这种方法相对简单，并且允许对元素成分进行完全混合。然而，这种方法只能对薄膜组成成分比例进行极为有限的控制，而且产生的薄膜厚度并不均匀。图1b中的第二种方法，1为源材、2为薄膜、3为基质、4为盖板，使用给基质覆盖涂层的均匀焊剂和接触盖板，可以有效改变沉积时间，然后改变基板上不同位置的厚度。这样，薄膜就是由不同梯度向量方向上连续生成的。这种方法的局限性之一就是，覆层没有被固定，之后的退火也可能未能使基质和覆膜完全混合，除非每层的覆膜厚度不超过一个原子单层。图1c中另一种形成CSAFs的方法是使用无轴源。2为薄膜、3为基质、5为无轴源，在这种方法中，源所在位置相对于基质表面。这就产生了了基质中通量的梯度。CSAFs是由多个源的通量混合形成的。一般来说，偏移源方法可以允许多个元素共同沉积，但是它不允许在单个工件上加工完整的组合空间。并且，以上所述的几种梯度薄膜制备方法均存在一个问题，即材料单元扩散速度较慢，使得整个制备过程较长。

发明内容