[发明专利]多级磁场离子镀和孪生靶高功率脉冲磁控溅射复合方法

摘要

多级磁场离子镀和孪生靶高功率脉冲磁控溅射复合方法，属于材料表面处理技术领域，本发明为解决低熔点的纯金属（比如铝）或多元合金材料（比如铝硅）和非金属材料（比如石墨和半导体材料硅）在传统电弧离子镀方法中存在的大颗粒缺陷、常规磁控溅射技术离化率及薄膜沉积效率低、高熔点和难离化靶材使用的局限及突破高功率脉冲磁控溅射放电不稳定打火问题。本发明方法包括：一、将工件置于真空室内样品台上，连接相关设备，二、薄膜沉积：抽真空至10^‑4Pa时，通入工作气体，开启镀膜电源，通过偏压电源调节复合等离子体的能量，利用多级磁场过滤装置来消除大颗粒缺陷并保证电弧等离子体的传输效率，与孪生靶复合产生高离化率、多元等离子体，制备薄膜。

主权项

多级磁场离子镀和孪生靶高功率脉冲磁控溅射复合方法，其特征在于，该方法所使用装置包括偏压电源1、弧电源2、电弧离子镀靶源3、多级磁场线圈装置4、多级磁场电源5、孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源6、孪生靶高功率脉冲磁控溅射靶源7、孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源波形示波器8、偏压电源波形示波器9、真空室10和样品台11；该方法包括以下步骤：步骤一、将待处理基体工件置于真空室10内的样品台11上，工件接偏压电源1的输出端，安装在真空室10上的电弧离子镀靶源3接弧电源2的输出端、孪生靶高功率脉冲磁控溅射靶源7接孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源6的高功率脉冲输出端，多级磁场线圈装置4的四级磁场分别与多级磁场电源5的四个独立输出端连接，调节孪生靶高功率脉冲磁控溅射靶源7到工件之间的距离、两个孪生靶之间的位置和夹角、电弧离子镀靶源3到工件之间的距离；步骤二、薄膜沉积：将真空室10抽真空，待真空室10内的真空度小于10^‑4Pa时，通入工作气体至0.01Pa～10Pa，开启偏压电源1和偏压电源波形示波器9，并调节偏压电源1输出的偏压幅值，脉冲频率和脉冲宽度，偏压电源1输出脉冲的峰值电压值为0～1.2kV，脉冲频率为0Hz～80kHz，脉冲宽度1~90%；开启弧电源2和多级磁场电源5，通过电弧的弧斑运动对电弧离子镀靶源3的表面进行清洗后，调节需要的工艺参数，弧电源2输出的电流值为10A~300A，通过多级磁场电源5调整多级磁场线圈装置4的磁场强度，保持电弧等离子体在电弧离子镀靶源3稳定产生和对大颗粒缺陷进行过滤消除，使电弧等离子体以较高的传输效率通过多级磁场线圈装置4到达基体表面，进行薄膜的快速沉积；开启孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源6和孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源波形示波器8，调整合适的输出工作电压和工作电流后，使孪生靶高功率脉冲磁控溅射靶源7起辉，对孪生靶高功率脉冲磁控溅射靶源7表面进行清洗，孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源6采用双极性工作模式，输出功率100W~100kW，频率0~10kHz，峰值电流20A~3000A，正负脉冲宽度5μs～300μs，工作电压200V~4000V，正负脉冲间隔设置为5μs～3000μs，再依据靶材种类、尺寸和沉积工艺选择孪生靶高功率脉冲磁控溅射电源6输出的工作电压、峰值电流、正负脉冲宽度和间隔，产生稳定的多元复合等离子体，调整孪生靶材在薄膜中的元素比例。