[实用新型]曲面磁控溅射阴极、闭合磁场涂层磁控溅射设备

说明书

本实用新型公开了一种曲面磁控溅射阴极、闭合磁场涂层磁控溅射设备，该磁控溅射阴极包括曲面靶、水冷套、电极、绝缘套、屏蔽组件、磁靴、磁靴转动、支撑固定机构，绝缘套对阴极组件进行电位绝缘，屏蔽组件为放电过程中的悬浮电位组件，磁靴转动可实现磁靴的滑动，提高靶材的利用率，曲面靶靶材是由多组表面可复合非金属的金属基片瓦拼接并通过螺栓固定在由不锈钢管表面焊接水冷管的水冷套上，通过电极接通负电压进行磁控溅射辉光放电，受阴极形状限制，辉光放电中的电子发生汇聚产生空心阴极效应，即提高了溅射速率，又增强了粒子的离化率。本实用新型可在高真空下磁控溅射产生大束流高离化率的粒子，获得优质的涂层。

技术领域

本发明属于磁控溅射镀膜生产设备技术领域，具体是指一种曲面磁控溅射阴极、闭合磁场涂层设备。

背景技术

磁控溅射技术广泛应用于五金装饰、光学玻璃镀膜、薄膜太阳能、纳米功能薄膜、硬质涂层等领域，是物理气相沉积（PVD）技术中应用最为广泛一种通过辉光放电离化的荷能粒子在电场作用下轰击靶材表面，靶材原子经过级联碰撞能量传递后，获得能量，溢出靶材表面沉积在基片表面上形成薄膜或涂层。溅射过程中，等离子体内的电子的主要作用是在磁场的作用下，进行螺旋运动，并在运动过程中对惰性气体进行活化及离化，离华后的惰性气体粒子进行溅射；然而磁控溅射过程中辉光放电的电流密度（等离子体密度）较低，产生的电子能维持对惰性气体的活化及离化，对于溅射出来的原子不能很好的离化，常规的磁控溅射溅射原子的离化率不高于10%。

传统的磁控溅射溅射原子离化率低，以原子态沉积在基体表面，导致溅射原子沉积过程中的能量低，不能在表面进行迁移扩散，形成致密的薄膜。为提高溅射原子的离化率，科研技术人员开发出非平衡磁控溅射阴极，通过改变磁靴磁极的强度，形成非平衡磁场，从而在溅射过程中，提高部分电子的自由程，提高粒子的离化率；通常非平衡磁控溅射阴极可与周边的非平衡阴极形成闭合磁场，进一步提升溅射粒子的离化率。

虽然非平衡磁控溅射阴极通过改变磁场的结构强度等，提升了溅射原子的离化率，但其提升力度较低，溅射并沉积到基片表面的仍然主要还是原子态；较低的离化率限制了磁控溅射的应用，在一些高要求，高精度的涂层如：类金刚石涂层中DLC层的沉积、光学薄膜的沉积、高亮高致密的装饰性土豪金的沉积等等都有很大的技术瓶颈。

类金刚石薄膜(Diamond-like carbon film) 由于具有许多优异的物理、化学性能，如高硬度、低摩擦系数、优良的耐磨性、高介电常数、高击穿电压、宽带隙、化学惰性和生物相容性等。经过多年的发展，DLC薄膜在很多领域的应用也已进入实用和工业化生产阶段。然而，在类金刚石涂层的制备过程仍存在较多问题。

现有的DLC沉积技术主要是物理气相沉积（PVD）及化学气相沉积(CVD)，PVD主要包括离子束沉积（IBD）、磁控溅射、多弧离子镀、脉冲激光沉积等，CVD包括热丝化学气相沉积、等离子化学增强气相沉积（PECVD），这几种技术都存在一些问题：离子束沉积因石墨溅射速率低二沉积速率低；磁控溅射沉积一方面溅射速率低，另一方面原子能量低导致结构疏松硬度低；多弧离子镀沉积过程中会产生大量碳颗粒；脉冲激光沉积能耗高，涂层均匀性差，有效沉积区小；热丝气相沉积技术沉积温度高，极大地限制了基体材料的范围；PECVD虽然有效的降低了反应温度，但沉积过程中沉积效率较低，碳原子离化率低，成膜质量结构不够致密。

现有的磁控溅射阴极包括平衡磁控阴极及非平衡磁控溅射阴极，其溅射出来的大部分为原子态，离化率低，沉积类金刚石涂层过程中，如果不配置其他离化装置，基体表面获得的石墨态（sp2）较多，不能很好的获得高硬度的类金刚石涂层；此外磁控溅射阴极沉积速率低，原子能量低，成膜效率及质量都不理想。