[发明专利]双极脉冲磁控溅射系统及提高沉积离子流量和能量方法

说明书

本发明提供一种双极脉冲磁控溅射系统及提高沉积离子流量和能量方法。该磁控溅射系统包含真空室和电源设备，所述真空室包括溅射靶、辅助阳极，所述电源包含双极性脉冲磁控溅射电源、电流单向导通部件以及辅助阳极供电电源，其中溅射靶与双极性脉冲磁控溅射电源的脉冲输出端连接，(i)通过在辅助阳极与双极脉冲磁控溅射电源的脉冲输出端之间串联一个电流单向导通部件，利用单向导电特性实现在辅助阳极上施加正脉冲电压，或者(ii)将辅助阳极与其他辅助阳极供电电源的电压输出端子连接，从而利用辅助阳极优化离子的扩散以及增强离子的能量，提高沉积离子能量。本发明能够有效地优化离子扩散，提高沉积离子的能量及流量。

技术领域

本发明涉及磁控溅射的设备和方法。

背景技术

磁控溅射自问世以来，关于它的研究逐年递升，深受国内外学者关注。该技术以其低温沉积、表面光滑、无颗粒缺陷等诸多优点广泛应用于薄膜制备领域，但传统的磁控溅射处理技术溅射金属大多以原子状态存在，金属离化率低(～1％)，导致其可控性较差，沉积薄膜的质量和性能较难优化。针对该问题，国外学者开发出了一种高功率脉冲磁控溅射技术，在放电过程中的峰值功率可超过普通磁控溅射2个数量级，达10kw/cm2，靶周围的电子密度可达1019/m3，同时溅射材料的离化率最高可达90％以上，使得该技术在溅射领域引起了极大关注，并在拓展各种应用。各种使用高功率脉冲磁控溅射制备的纯金属薄膜、氮化物陶瓷超硬薄膜、氧化物陶瓷薄膜、类金刚石薄膜等被大量的研究，形成了各自的基体-涂层-微观结构的作用体系。然而，尽管高功率脉冲磁控溅射在提高沉积粒子离化率有着显著优势，但较高的负电压会使溅射出来的靶材原子离化成离子后又被靶的负电压给吸引回来，造成高功率脉冲磁控溅射沉积速率明显低于传统的直流磁控溅射，这也成为技术本身在工业推广上的一个壁垒。并且，高功率脉冲磁控溅射放电中离子的能量以及处于1～5eV，导致在绝缘基体上应用仍不能满足人们的需求。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种经济、实用的双极脉冲磁控溅射系统，能够有效地优化离子扩散，提高沉积离子的能量及流量。

本发明另一目的在于提供一种经济、实用的提高双极脉冲磁控溅射沉积离子流量和能量的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种双极性脉冲磁控溅射系统，其包含真空室和电源设备，所述真空室包括溅射靶、辅助阳极，所述电源包含双极性脉冲磁控溅射电源、电流单向导通部件以及辅助阳极供电电源，其中溅射靶与双极性脉冲磁控溅射电源的脉冲输出端连接，(i)通过在辅助阳极与双极脉冲磁控溅射电源的脉冲输出端之间串联一个电流单向导通部件，利用单向导电特性实现在辅助阳极上施加正脉冲电压，或者(ii)将辅助阳极与其他辅助阳极供电电源的电压输出端子连接，从而利用辅助阳极优化离子的扩散以及增强离子的能量，提高沉积离子能量。

作为优选方式，所述的辅助阳极结构、形状、材料可以根据需求进行调整。

作为优选方式，所述的辅助阳极须装配于靶材的非正前方。

作为优选方式，所述电流单向导通部件须具有耐反向击穿的特性。

作为优选方式，所述的辅助阳极供电电源可采取直流电源、脉冲直流电源、或者射频电源，以在辅助阳极上施加不同电压信号，优化离子扩散、增强沉积离子流量。