[发明专利]一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和沉积装置

权利要求书

1.一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，电弧离子镀沉积装置设有两套磁场发生装置：一套磁场发生装置Ⅰ置于靶材后面，称为弧斑约束磁场发生装置；另一套磁场发生装置Ⅱ置于真空室外的等离子体传输通道外侧，称为等离子体约束磁场发生装置；通过两套磁场发生装置产生的耦合磁场，辅助对基体表面进行薄膜沉积。

2.按照权利要求1所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，放置于靶材后面的磁场发生装置Ⅰ为磁场线圈。

3.按照权利要求1所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，放置于真空室外的磁场发生装置Ⅱ为磁场增强线圈，磁场增强线圈放置于等离子体传输通道外侧的支撑圆筒上，沿圆筒轴向分布。

4.按照权利要求1所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，放置于真空室外的磁场发生装置Ⅱ为梯度磁场增强线圈，该梯度磁场增强线圈由两个或两个以上磁场增强线圈构成，磁场线圈的匝数随着与靶材距离的增加而逐渐减少，磁场增强线圈均放置于圆筒形真空室外，沿圆筒状真空室轴向分布。

5.根据权利要求1所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，利用电弧离子镀装置沉积薄膜，其具体过程为：将待镀膜工件超声清洗后置于真空室的样品台上，抽真空至真空室内真空度达到5×10^-3Pa～1×10^-2Pa时，通工作气体、气压控制在0.5～2.0Pa之间，调节磁场发生装置Ⅰ与磁场发生装置Ⅱ磁场线圈电流为0.5～10A，磁感应强度范围为10～2000高斯，工件加负偏压-500V～-1000V范围，对工件进行辉光清洗5～30分钟；然后，调整工作气体流量，使真空室气压调整为0.5～1.0Pa，同时开启阴极弧，对样品继续进行离子轰击1～10分钟；首先调整基体偏压为-100～-600V范围，通反应气体，调整气压为0.1～1.0Pa；调节磁场发生装置Ⅰ线圈电流为0.2～4.0A，磁场发生装置Ⅱ线圈电流为0.5～10A，磁感应强度范围为10～2000高斯，镀膜时间为20～120分钟；沉积结束后，迅速关闭阴极弧电源开关，关闭基体偏压，停止气体通入，继续抽真空至工件随炉冷却至80℃以下，镀膜过程结束，打开真空室，取出工件。

6.根据权利要求5所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，工作气体为氩气，反应气体为氮气或乙炔或氧气。

7.按照权利要求1、3或4所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，放置于真空室外侧的磁场发生装置产生的磁场极性，与放置于靶材后面的磁场发生装置产生的磁场极性相同。

8.按照权利要求1或2所述的磁控电弧离子镀复合沉积工艺，其特征在于，放置于靶材后面的磁场发生装置，与放置于真空室外侧的磁场发生装置的线圈电流大小通过调节电源调节。

9.一种用于权利要求1所述工艺的磁控电弧离子镀复合沉积装置，其特征在于，电弧离子镀沉积装置包括：真空室、等离子体约束电磁线圈支撑圆筒、等离子体约束电磁线圈、靶材、引弧针、引弧线圈、出水管、进水管、弧斑约束电磁线圈、弧斑约束电磁线圈支撑圆筒、镀镍纯铁、水冷套、脉冲偏压电源、工件、工件台，具体结构如下：

靶材的一端伸至真空室内，靶材的另一端设置水冷套，水冷套连有出水管、进水管，形成靶材的循环水冷结构；真空室内的引弧针一端与靶材相对应，引弧针的另一端与引弧线圈连接；靶材通过靶材电源加电后，采用引弧线圈产生的电磁场吸引引弧针与靶材表面接触，接触瞬间产生的短路电流将弧斑引燃，随后产生连续的弧斑；在靶材后面设置有弧斑约束电磁线圈，并由位于弧斑约束电磁线圈内侧的弧斑约束电磁线圈支撑圆筒支撑，弧斑约束电磁线圈和弧斑约束电磁线圈支撑圆筒中间设置镀镍纯铁，以增强弧斑约束电磁线圈产生的磁场；在等离子体传输通道的真空室外侧设置等离子体约束电磁线圈，并由位于等离子体约束电磁线圈内侧的等离子体约束电磁线圈支撑圆筒支撑，通过等离子体约束电磁线圈产生的磁场对等离子体传输进行约束控制；在真空室中设置工件台，工件固定于工件台上；在工件台上连接脉冲偏压电源，脉冲偏压电源的负极接工件台，其正极接真空室的外壁。

10.按照权利要求9所述的磁控电弧离子镀复合沉积装置，其特征在于，等离子体约束电磁线圈的磁场采用梯度磁场，梯度磁场是指放置于等离子体传输通道上真空室外的磁场发生装置为四个或四个以上电磁线圈，电磁线圈的线径、缠绕密度等参数相同，这些电磁线圈的磁感应强度通过分别调整其电磁线圈电流的大小来实现，且其磁感应强度大小沿着等离子体束流方向逐渐减小，从而构成一个梯度磁场；在等离子体传输通道轴向内部等效位置处，即距离轴向不同位置处产生的磁感应强度随着与靶材距离的变化逐渐减小，而呈梯度变化。