[实用新型]用于太阳能电池的磁控溅射镀膜装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于太阳能电池的磁控溅射镀膜装置，属于太阳能电池磁控溅射技术领域。

背景技术

硅基薄膜太阳能电池一般采用磁控溅射镀膜技术，在非晶硅膜表面形成AZO、Ag、Al膜等复合背导电薄膜层。磁控溅射镀膜技术，对靶材施加负高压，以靶材作为阴极，基片作为阳极，在靶材与基片之间形成电场，并通过在靶材背面放置磁极提供磁场，利用磁场与电场交互作用，约束电子在靶表面附近螺旋状运行，不断撞击氩气产生离子，所产生的离子在电场作用下撞向靶面溅射出靶材原子，沉积在基片上获得所需的导电薄膜层。

由于平衡磁控溅射阴极产生的磁场的磁力线在靶表面闭合，将电子紧紧束缚在靶表面，使得靶表面附近等离子体密度高，具有基底升温低和溅射速率高的优点，且系统控制方便，工艺稳定，广泛应用于薄膜太阳能电池的前电极AZO膜层，以及背电极AZO、Ag、Al等膜层。而太阳能电池的减反膜层TiOx、Nb2O5等，通常采用反应磁控溅射，需要将氧与溅射出的金属原子进行电离活化反应后再沉积在基底上，由于非平衡磁控溅射阴极产生的磁场的磁力线在同一阴极靶面内不形成闭曲线，部分外环的磁力线延伸到基底表面，使部分电子能沿着磁力线逃逸到基底表面区域，与中性粒子碰撞使之电离，增加了离子浓度，使得化合物反应充分后沉积在基底上，扩展等离子体区域，溅射源同时作为离子源，保证膜层质量。

目前，磁控溅射技术存在非平衡磁控溅射阴极和平衡磁控溅射阴极不能通用的问题，设备兼容性差，这就大大增加了企业的设备投入，使得制造成本增加，如何实现一种具有可变磁场的磁控溅射阴极成为需要解决的技术问题。中国专利ZL201020186323.1公开了一种“具有交替电磁场的矩形平面磁控靶”，通过控制电磁铁上的线圈的电流的方向和大小来实现交替电磁场和不同磁场强度来满足不同产品的要求，但是由于其磁体为两组相互交叉设置的电磁铁，两组电磁铁不能同时通电产生磁场，使磁场结构复杂，磁场变化受限制。中国专利201010121301.1公开了一种“磁控溅射源及等离子体处理设备”，在靶材上方设置磁体移动装置，使磁体在靶材上运动，以改变磁力线的分布，进而实现靶材轰击的均匀性，但是其采用的移动装置结构复杂，设备成本高，而且仅仅通过移动装置改变磁力线的分布，仍然不能有效调节靶表面的磁场强度，亦不能保证沉积膜层的均匀性和一致性。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型设计一种只需一组电磁铁能够实现可变磁场的多功能磁控溅射阴极靶，解决如何兼容平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射技术，产生可变磁场，以适用于多种材料的磁控溅射镀膜。

为了实现以上任务，本实用新型采用的技术方案：包括真空室及阴极靶，该阴极靶的靶座上装有靶材、背板及磁体，其主要技术特征是阴极靶的磁体由带励磁线圈的外环强磁体和中间弱磁体构成，且磁体上的励磁线圈与控制电源连接，产成可变磁场，实现均匀镀制不同材料膜层。

靶材安装在背板上，固定在靶座前端。阴极靶的外环强磁体由永磁铁阵列组成，中间弱磁体由电磁铁阵列构成，在外环磁体和中间磁体上都设有接入电源的励磁线圈，通过控制通入励磁线圈的电流产生可变磁场，来满足不同材料对磁场的要求。

阴极靶采用磁水分离结构，阴极靶的背板上设有靶材的冷却水槽。

外环强磁体与中间弱磁体固定在磁轭上。磁轭的底部装有推杆，该推杆带动磁轭和磁体在靶座内移动。磁轭底部的推杆连接气缸，由气缸带动推杆调节磁体与靶材之间的距离，调整靶材表面的磁场强度及分布。

外环强磁体与中间弱磁体上的励磁线圈反向缠绕，接入DC电源控制电流的大小。

外环强磁体与中间弱磁体上的励磁线圈可分别通电或不通电。

外环强磁体与中间弱磁体上的励磁线圈均通电时，其电流方向相反。

本实用新型产生的积极效果：

1.由于外环磁体为强磁的永磁铁，中间磁体为弱磁的电磁铁，而且都缠绕有励磁线圈，通过励磁线圈是否通电和通电电流大小，可以变换磁场形式，当都不通电时为非平衡式磁场，当外环磁体的励磁线圈不通电、内环磁体的励磁线圈通电时可形成平衡式磁场，当同时通电时，可通过分别调节电流大小，实现非平衡式磁场或平衡式磁场，因此适用于太阳能电池前电极、背电极和减反射膜层等多种沉积材料对磁场的要求，实现单一设备的多种功能。

2.由于易于控制通电电流，可以通过调整磁体的励磁线圈通电电流的大小，调节靶表面磁场的强度和分布。