[发明专利]一种用于阴极电弧沉积的复合靶及沉积方法

说明书

本发明提供一种用于阴极电弧沉积的复合靶及沉积方法。复合靶由多种不同材质的靶材组成，并且各靶材形成同轴套接的平面结构。通过控制阴极电弧源磁场分布，使弧斑处于指定靶材的靶面，能够在基体表面沉积该指定靶材，因此利用该复合靶能够进行靶材元素的选择性沉积，实现多成分、多结构涂层的制备。

技术领域

本发明属于阴极电弧镀膜技术领域，尤其涉及一种用于阴极电弧沉积的复合靶及沉积方法。

背景技术

真空镀是指在真空条件下，通过蒸发、溅射或离化等方式在产品表面沉积各种金属和非金属涂层的技术，其主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，其中离子镀中包含目前工业上应用最广泛的真空电弧离子镀技术，该技术主要通过阴极电弧源来实现。

阴极电弧源在工作时通过引弧针使靶材起弧，弧斑在磁场的控制下在靶面进行快速移动。弧斑具有尺寸小，电流密度高的特点，弧斑所在区域的材料温度迅速升高到沸点以上，产生强烈蒸发、喷溅和离化，从而沉积于基体，形成涂层。

随着涂层技术的发展，涂层体系逐渐由传统的成分、结构单一的二元涂层向成分多元化，结构复杂化发展。阴极电弧涂层的成分取决于靶材的成分，要制备多元多层复杂结构涂层，目前主要有两种途径，一种是借助多靶共同作用，然而由于弧源相互之间的距离限制，很难实现同炉样品的成分、结构均匀控制。另一种是采用复合靶材，将所需涂层的元素按原子或质量配比进行均匀复合，然而该方式靶材成分固定，无法对元素比例进行调控，对于复杂的涂层结构设计具有局限性，而且随着靶材使用时间的增加，靶材中元素的成分比例会发生改变，难以实现涂层工艺的可重复性。

发明内容

针对上述多靶以及复合靶制备多元、多层复杂结构涂层存在的问题，本发明提供一种用于阴极电弧沉积的复合靶，利用该复合靶能够实现多成分、多结构涂层。

本发明所采用的技术方案为：一种用于阴极电弧沉积的复合靶，包括两种以上靶材，每种靶材的材质不同，并且各靶材形成同轴套接的平面结构。即，所述复合靶由m种靶材组成，m≥2，并且每种靶材的材质不同；以第1种靶材为中心靶材，第n种靶材同轴套接在第n-1种靶材外围，其中2≤n≤m。

工作状态时，控制阴极电弧源磁场，使弧斑处于指定靶材的靶面，在基体表面沉积该指定靶材，通过指定靶材的调节，能够实现多成分、多结构涂层的制备。

所述靶材的靶面结构不限。作为优选，中心靶材的靶面呈圆形、其余靶材的靶面呈圆环形；或者，中心靶材的靶面呈椭圆形、其余靶材的靶面呈椭圆环形；或者，中心靶材的靶面呈规则的多边形、其余靶材的靶面呈空心的规则多边形。

作为优选，所述各靶材在厚度方向呈压环结构，即，在厚度方向，第n种靶材设置朝向其靶面方向的外凸部分，用于将该靶材压叠在第n-1种靶材上，2≤n≤m，从而有利于固定各靶材。

作为优选，所述阴极电弧源磁场由永磁铁和电磁线圈组成，永磁铁位于电磁线圈中心；作为优选，所述电磁线圈的中心轴线垂直于所述复合靶的靶面；作为进一步优选，所述复合靶靶面的中心轴线与电磁线圈的中心轴线重合。在这种结构中，可以通过调节电磁线圈的电流大小控制所述复合靶的靶面的磁场分布及大小，进而控制弧斑在指定靶材的靶面内运动。作为优选，所述阴极电弧源的永磁铁和电磁线圈产生的磁场方向相反。

所述永磁铁优选由汝铁硼制备而成，其在复合靶材表面的磁场强度分布优选为2G-20G。

所述电磁线圈的电流调节范围优选为0.5A～5.5A，对靶面磁场强度调节范围能够实现5G～60G。

所述靶材的成分不限，包括铬、铝、钛、锆、铜、银等。

作为优选，所述阴极电弧源为圆形弧源。

本发明将多种不同材质的靶材设计形成同轴套接的平面结构，具有如下有益效果：