[发明专利]提高电弧离子镀沉积薄膜质量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，具体地说是一种提高电弧离子镀沉积薄膜质量的装置，用以减少薄膜中大颗粒的含量，降低薄膜表面的粗糙度，提高薄膜的性能和寿命。

背景技术

电弧离子镀膜技术是当今一种先进的离子镀膜技术，由于其结构简单，离化率高(70％-80％)，入射粒子能量高，绕射性好，可实现低温沉积等一系列优点，使电弧离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用，展示出很大的经济效益和工业应用前景。

电弧离子镀是基于气体放电等离子体物理气相沉积原理的镀膜技术。这种技术依靠在真空镀膜室中阴极靶材表面上产生的电弧斑点的局部高温，使作为靶材的阴极材料瞬时蒸发和离化，产生电离度高而且离子能量大的等离子体，在工件上加上负电位，即可在工件加热温度比较低的条件下，在工件表面镀上一层硬度高、组织致密而且结合性好的各种硬质薄膜。

电弧离子镀阴极斑点的尺寸很小(100～200μm²)，电流密度很高(10⁵～10⁷A/cm²)，具有非常高的功率密度(10¹⁶W/m²)，因此阴极斑点在作为强烈的电子、金属原子、离子和高速(1000m/s)金属蒸汽发射源的同时，也不断的喷射金属液滴(大颗粒)。

电弧离子镀技术虽然有很多优点，但是由于电弧离子镀中大颗粒的存在，严重影响了涂层和薄膜的性能和寿命。因此有关如何解决阴极电弧镀中大颗粒问题对阴极电弧的发展影响很大，成为后期发展的主要论题，也成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用的瓶颈问题。

电弧离子镀的进一步发展要求在工艺设计中考虑对大颗粒的抑制，目前减少大颗粒的措施主要有两种，即减少大颗粒的发射或者在等离子体传输过程中将大颗粒排除掉。

减少大颗粒的发射有多种设计方法，主要靠控制弧斑在靶材表面的运动，提高弧斑的运动速度来实现的。其中应用较普遍的有受控电弧技术，阴极冷却技术，阴极表面高温反应层技术。这些方法虽然一定程度上能够减少颗粒的发射，减少薄膜中大颗粒的含量，但由于电弧本身物理特性的限制，并不能完全清除薄膜中的大颗粒，不能满足制备光洁度高，结构致密均匀的高质量薄膜的要求。

比较彻底清除大颗粒的方法是在等离子体传输过程中将大颗粒排除掉的方法。目前应用较多的是磁过滤技术，主要是利用大颗粒与金属离子质荷比的差别将大颗粒完全阻挡在沉积区外，这种方法虽然可以满足制备高质量薄膜的要求，但是磁过滤技术降低了等离子的传输效率，降低了沉积速率，同时需要增加额外的设备，结构复杂，成本很高，不利于应用推广。

因此，需要有一种装置、方法，既简便，容易实现，成本低，又能够满足制备高质量薄膜的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高电弧离子镀沉积薄膜质量的装置，解决由于电弧离子镀中大颗粒的存在，严重影响了涂层和薄膜的性能和寿命等问题。它是在电弧离子镀沉积工艺中使用的简便装置，用以减少薄膜中大颗粒的含量，降低薄膜表面的粗糙度，提高薄膜的性能和寿命，达到制备高质量薄膜的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种提高电弧离子镀沉积薄膜质量的装置，电弧离子镀沉积装置设有真空室、基体、导磁环、靶材、镀镍纯铁、电磁线圈、引弧线圈、引弧针，真空室内设置基体、导磁环、靶材、引弧针，靶材正面与基体相对，靶材背面设有电磁线圈，在电磁线圈中间安装镀镍纯铁，镀镍纯铁与电磁线圈安装于冷却水内，引弧针连至真空室外的引弧线圈，导磁环设置于靶材外周；采用双层带孔挡板放置于电弧离子镀沉积装置的靶材与基体之间，与靶材和基体同轴放置，双层带孔挡板与靶材以及基体之间的距离相等，基体后放置增强磁场的发生装置。

所述双层带孔挡板为带孔挡板I、带孔挡板II同轴平行放置，带孔挡板I、带孔挡板II上的孔相互错开，挡板之间的距离可调。

所述双层带孔挡板为正多边形或者圆形，双层带孔挡板中的孔形状是圆形、方形、椭圆形或三角形，两层挡板中的孔形状一致。

所述双层带孔挡板与靶材以及基体之间的距离可调，双层带孔挡板悬浮放置或固定在真空室壁上接地放置。

所述基体后放置的增强磁场发生装置为增强磁场线圈，增强磁场线圈同靶材、双层带孔挡板同轴放置，线圈位置可调。

所述增强磁场线圈形状是方形的或者圆形的，线圈的大小没有限制。