[发明专利]复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法

说明书

本发明提供了一种复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法，该复合阴极包括：弧阴极；引弧针，与弧阴极相对设置，用于与弧电源正极连接以在弧阴极表面引弧；磁控阴极，相间隔地设于弧阴极一侧，且用于与磁控电源负极连接；辅助阳极，相间隔地设于磁控阴极背离弧阴极的一侧，且与弧阴极之间能够形成电势差。该复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法能够大大提高磁控阴极表面气体的离化率，进而提高磁控溅射镀膜的沉积速率和溅射材料离化率。相比于传统高功率脉冲磁控溅射工艺，本发明无需使用价格高昂的HIPIMS高功率脉冲溅射电源，成本更低，成膜速率更快。相比于传统阴极电弧离子镀，本发明形成的薄膜大颗粒溶滴少，表面质量更好。

技术领域

本发明涉及磁控溅射和阴极电弧离子镀镀膜技术领域，特别是涉及一种复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法。

背景技术

磁控溅射作为一种广泛使用的镀膜技术，具有成膜质量高、薄膜组织均匀细密等优点。但常规的磁控溅射技术也存在一些问题，比较典型的就是在镀膜过程中气体及镀膜材料离化率低(1-5％)，等离子体密度较低，成膜速率慢，特别是对于沉积化合物膜。这主要是因为一般的磁控溅射是在较低的工作气压下进行，且所用的功率均不高，辉光放电相对比较平缓。

为解决等离子体密度低这一问题，近年来出现了高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)工艺，利用高功率脉冲电源，将兆瓦级的能量加载到靶材上，靶表面附近产生的离子体密度远高于常规的直流溅射方法。但该方法也存在一定的问题：一是HIPIMS电源价格高昂；二是其成膜速率相对也比较慢，这是因为高的离化率使得被溅射出的靶材原子被电离成带正电的离子，被阴极周期性往回吸引。

除了HIPIMS技术之外，现有的阴极电弧离子镀技术也能产生高的离化率(～90％)。但该技术会易引入微米级的大熔滴颗粒，明显降低薄膜表面质量并贯穿于整个涂层中。同时，由于电弧温度较高，也会导致工件过热，导致工件整体力学性能下降。

发明内容

基于此，有必要针对常规磁控溅射离化率低、高功率脉冲磁控溅射成本高且成膜速度慢以及阴极电弧离子镀薄膜大熔滴多表面质量差的问题，提供一种离化率高、成本较低、薄膜质量较好的复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种复合阴极，包括：

弧阴极；

引弧针，与所述弧阴极相对设置，用于与弧电源的正极连接以在所述弧阴极的表面引弧；

磁控阴极，相间隔地设于所述弧阴极的一侧，且用于与磁控电源的负极连接；及

辅助阳极，相间隔地设于所述磁控阴极背离所述弧阴极的一侧，且与所述弧阴极之间能够形成电势差。

在其中一些实施例中，所述复合阴极还包括：

活动挡板，所述活动挡板活动设置于所述弧阴极和待镀膜的工件之间，以阻隔或打开所述弧阴极与所述工件之间的间隙。

根据本发明的另一方面，还提供了一种磁控溅射镀膜设备，包括：

真空腔体；

本发明上述的复合阴极，所述复合阴极置于所述真空腔体中；

工件支架，设于所述真空腔体中；

弧电源，所述弧电源的正极与所述引弧针连接；及

磁控电源，所述磁控电源的正极与所述真空腔体连接，所述磁控电源的负极与所述复合阴极中的所述磁控阴极连接。

在其中一些实施例中，所述弧阴极与所述弧电源的负极连接，所述辅助阳极与所述弧电源的正极连接，以使所述辅助阳极与所述弧阴极之间形成所述电势差。