[发明专利]高界面强度类金刚石薄膜材料的常温沉积设备及其方法

权利要求书

1.一种高界面强度类金刚石薄膜材料的常温沉积设备，含有沉积室，与沉积室连通有原料气进气管道和抽真空装置，在沉积室内底部设有与等离子发生源负极连接的阴极载物台，在沉积室内部上侧设有与等离子发生源正极连接的阳极，其中阳极与沉积室电连接，沉积室与地线连接，以及加热灯丝装置，其特征是：所述阳极为复合阳极，该复合阳极包括一个平板阳极和一个高熔点金属丝线圈阳极，其中平板阳极位于高熔点金属丝线圈阳极上侧，平板阳极和高熔点金属丝线圈阳极均与等离子发生源阳极连接；所述等离子发生源为一个DC直流等离子发生源和一个交变等离子发生源，两等离子发生源的阳极与沉积室外壳连接，两等离子发生源的阴极分别通过隔断开关与阴极连接。

2.根据权利要求1所述的常温沉积设备，其特征是：在所述高熔点金属丝表面上，间隔一定的距离开设有带锐角的三角形槽口，该锐角的尖端部不低于平坦部，构成尖端放电点。

3.根据权利要求1或2所述的常温沉积设备，其特征是：所述高熔点金属丝线圈阳极为钨丝线圈阳极，或者为钼丝线圈阳极，或者为钽丝线圈阳极。

4.根据权利要求1所述的常温沉积设备，其特征是：所述加热灯丝装置包括高熔点金属丝线圈、用于加热的直流电源和接地通断开关，该高熔点金属丝线圈的两端分别与用于加热的直流电源的正负极连接，并且该高熔点金属丝线圈的电源线通过一个接地开关与沉积室外壳连通，同时在用于加热的直流电源的输出端上安装有隔断开关。

5.根据权利要求1所述的常温沉积设备，其特征是：所述交变等离子发生源为RF射频等离子发生源，或者为DC脉冲等离子发生源、或者为高频等离子发生源、或者为微波等离子发生源。

6.根据权利要求1所述的常温沉积设备，其特征是：所述平板阳极与高熔点金属丝线圈阳极之间由陶瓷管绝缘，不直接导通；在沉积室的上侧还安装有一个用于调整复合阳极与阴极之间距离的升降器，通过调整升降器使复合阳极上下移动从而调整复合阳极与阴极之间的距离。

7.一种利用权利要求1所述的常温沉积设备常温沉积高界面强度类金刚石薄膜材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、首先调整权利要求1中所述沉积设备中复合阳极与阴极之间的距离，然后在阴极载物台上放置基材，利用与沉积室连通的抽真空装置将沉积室内的真空压力抽至不低于5×10^-3Pa；

b、然后将沉积设备中的DC直流等离子发生源关闭，并通过隔断开关与设备断开，打开与沉积室连通的Ar气源进气阀门，通入Ar气，调整沉积室内的真空压力至10～12Pa，沉积室内压力达到10～12Pa后Ar气的流量保持不变，打开加热灯丝装置中用于加热的直流电源和交变等离子发生源，采用常规热丝辅助CVD法对基材进行8～15分钟的等离子轰击，清除基材表面的污染物；

c、a-Si:H:C中间过渡层的沉积过程：然后关闭Ar气源进气阀门、加热灯丝装置中用于加热的直流电源和交变等离子发生源，分别通过隔断开关与设备断开，然后打开四甲基硅烷Si(CH₃)₄气体源进气阀门，通入四甲基硅烷Si(CH₃)₄气体，调整沉积室内的真空压力至15～17Pa，沉积室内压力达到15～17Pa后Si(CH₃)₄气体的流量保持不变，打开沉积设备中的DC直流等离子发生源，在高熔点金属丝线圈阳极与基材之间发生等离子放电，沉积a-Si:H:C中间过渡层薄膜18～22分钟；

d、DLC类金刚石薄膜材料的沉积过程：a-Si:H:C中间过渡层薄膜沉积后，逐渐减少Si(CH₃)₄气体的流量，同时打开碳氢化合物气体和H₂气体的进气阀门，导入碳氢化合物气体和H₂气体，碳氢化合物气体与H₂气体二者之间的流量比例为1：4，10～15分钟后Si(CH₃)₄气体的流量减少至零，此时四甲基硅烷气体源的进气阀门完全关闭，通过进气针阀将碳氢化合物气体的流量调整至5sccm，H₂气体的流量调整至20sccm，沉积室内的真空压力保持在25Pa，沉积DLC类金刚石薄膜底层15～18分钟；然后将DC直流等离子发生源关闭，通过隔断开关与设备断开；

e、然后打开加热灯丝装置中用于加热的直流电源，向高熔点金属丝线圈阳极通入电流，打开交变等离子发生源，此时沉积室内的碳氢化合物气体流量仍保持5sccm，H₂气体流量保持20sccm，沉积室内中的真空压力为25Pa，沉积DLC薄膜层42～45分钟，沉积后得到复合结构的类金刚石薄膜，接着按顺序关闭交变等离子发生源和用于加热的直流电源，分别通过隔断开关与设备断开，并且关闭碳氢化合物气体源和H₂气体源的进气阀门，最后得到本发明产品高界面结合强度的多孔非连续表面类金刚石薄膜材料。