[发明专利]一种高能量脉冲式磁控溅射方法及磁控溅射装置

说明书

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种高能量脉冲式磁控溅射方法及磁控溅射装置。

背景技术

目前在香港本地，超过300家制造业工厂采用离子电镀技术制备钟表、手机壳、汽车零部件、刀具及模具等。通常，采用离子电镀技术制备的镀层厚度一般小于2微米。近年来，各大品牌公司致力于将产品的镀层厚度提高，一般要求大于2微米左右，以提高其高科技形象。由于等离子电镀技术中采用有限的电离百分比，一般电离百分比大于10%，以常规的磁控溅射方法制作的厚度大于2微米的厚离子镀层的附着力较差。此外，以阴极电弧蒸发方式制备的镀层由于存在大颗粒喷出，导致镀层表面较为粗糙，且镀层的光洁度欠佳。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种利用高能量脉冲式磁控溅射方法及磁控溅射装置获得不同颜色的大于2微米的涂层。

本发明提供一种高能量脉冲式磁控溅射方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将样品清洗置入真空腔中，安装阴极靶材，对真空腔进行抽真空；

步骤二：通入氩气对样品进行等离子体清洗；

步骤三：通入氩气作为溅射气体，在样品的表面进行直流溅射或脉冲溅射，形成过渡层；

步骤四：通入反应气体，在过渡层表面进行脉冲溅射，形成涂层；

步骤五：关闭溅射阴极及电源，停止通入的反应气体，取出表面溅射有涂层的样品。

进一步地，所述步骤一中真空腔抽真空后气体压强低于1E-4mbar。

进一步地，所述步骤一中靶材为单极靶材或双极靶材，靶材的材料为金属、半导体或者合金。

进一步地，所述步骤二中通入氩气对样品进行等离子体清洗具体为：通入氩气的气体流量为80~120sccm，偏压电源脉冲时间为0.4~2.3μs，偏压电源脉冲频率为5~350kHz，偏压电源电压为20~50V，偏压电源电流为0.1~1.2A，向样品施加偏压10~20分钟。优选，所述通入氩气的气体流量为120sccm，所述偏压电源脉冲时间为0.8μs，所述偏压电源脉冲频率为240kHz，所述偏压电源电压为50V，所述偏压电源电流为0.27A。

进一步地，所述步骤三中采用直流溅射过渡层时具体为：通入氩气的气体流量为80~120sccm，直流电源电压为500V，直流电源电流为0.3A，直流电源功率为170W，溅射时间为10~15分钟。

进一步地，所述步骤三中采用脉冲溅射过渡层时具体为：通入氩气的气体流量为80~120sccm，直流电源电流为1.5~3A，直流电源电压为600~1016V，直流电源功率为1800~3000W， 直流电源脉冲占空比为ON/Period: （10~80）/（130~1050）μs，脉冲溅射时间为10~15分钟。

进一步地，所述步骤四中在过渡层的表面进行脉冲溅射成膜材料的过程具体为：通入反应气体的气体流量15~35sccm，直流电源电流1.5~3A，直流电源电压600~1016V，直流电源功率为1800~3000W， 直流电源脉冲占空比为ON/Period: （10~80）/（130~1050）μs，直流电源溅射率为1~1.8微米/小时，溅射时间大于2小时。

进一步地，所述步骤四中通过控制直流电源功率、直流电源脉冲占空比以及通入反应气体的气体流量，控制制备的涂层颜色。

本发明提供一种高能量脉冲式磁控溅射装置，包括真空腔、抽真空设备、电源、中央控制单元，所述电源包括脉冲发生单元、偏压电源和直流电源；所述偏压电源连接于样品上，所述直流电源连接于靶材上，所述脉冲发生单元通过数据线与中央控制单元连接，并且该脉冲发生单元由直流电源推动产生脉冲电流，并将该电流输出至真空腔的靶材中。

本发明具有的优点在于：

1. 本发明相比传统磁控溅射技术，参与反应的气体和靶材粒子离化率大大提高，从而成膜的密度、均匀度等特性都大大改善；

2. 本发明消除了制造厚涂层过程的热效应，减少成膜的内部应力；

3.相比传统技术中通过调节气流量来调节涂层颜色的单一方式，本发明中可以通过调节脉冲波形的方法来实现涂层颜色调节，该调节方法更为精准、范围更大、制作过程也更为稳定；

4. 本发明可以在现有磁控溅射设备基础上进行改造，仅需更换电源获得，从而降低设备升级的成本。

附图说明

图1是本发明提出的一种高能量脉冲式磁控溅射方法的流程图；

图2是本发明提出的一种高能量脉冲式磁控溅射装置的俯视图；