[发明专利]一种离子束磁控溅射复合镀膜的装置

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜工艺装备技术领域，具体涉及磁控溅射和离子束镀膜方法和装置领域，并涉及微晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

现代薄膜技术正朝原子分子组装和复合化方向发展，离子束镀膜和磁控溅射是具有几十年发展历史的薄膜制备技术，目前在工业生产和科学研究中被广泛使用，如磁控溅射镀膜玻璃生产、太阳能真空集热管镀膜、集成电路互连布线、生物材料表面改性、光学膜制备、材料芯片制备等。离子束镀膜技术包括离子束溅射沉积（IBS）、离子束辅助沉积（IBAD）、离子束直接沉积（IBD）等方法，由于离子束溅射粒子能量较高、离子束具有轰击注入作用且可用于界面混合，因而有利于提高薄膜粘结强度和进行新材料研究，但离　子束镀膜的沉积速率很低，一般几个小时才能沉积一个微米，膜层太薄及低的生产效率限制了其应用。而磁控溅射镀膜速率快，但其制备的薄膜与工件之间往往结合强度较弱, 影响其寿命。近年真空镀膜技术的发展有将离子束镀膜与磁控溅射等多种镀膜技术进行模块组合的趋势，二者结合起来，可以提高制备薄膜的实用性和增强其研究功能。目前，将离子束技术和磁控溅射沉积技术组合在一起的方式主要有两种，一是采用多室，将两种方式分别在不同真空室内完成（郭东民等，一种磁控与离子束复合溅射沉积系统，ZL 200810228886.X）；二是在一个真空室内设置两种方式，但主要是采用离子束辅助（或增强）磁控溅射沉积的方式进行（宋振纶等，一种用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积装置及方法，ZL 200810120013.7），通常离子束技术只起清洗和辅助轰击作用，不直接镀膜，而且用于辅助的离子源须为射频源或阳极层离子源，价格很高。

离子束溅射和磁控溅射是两种不同的物理气相沉积（ＰＶＤ）镀膜技术，通常所要求的工作气压不同，离子束镀膜通常在10^－2Pa数量级气压下工作，磁控溅射工作气压通常在10^－1~10Pa范围，因此一般两者不能同时工作，除非使用上述特殊离子源。分室实现离子束磁控溅射复合镀膜，既可以解决两者工作气压不同的问题，又可实现连续生产，提高生产效率，但设备造价高，占地面积大，适宜于大规模生产，不适宜于小批量制备和试验研究。而将两种镀膜方式集成在一个真空室中，由于源、靶、台需要符合一定的位向关系，其设计布置难度很大。

本发明与以上现有真空溅射镀膜工艺装置不同，提供了一种集成离子束镀膜与磁控溅射镀膜的复合镀膜装置。

利用上述装置沉积微晶硅薄膜，既可以克服化学气相沉积（CVD）方法带来的有毒尾气处理和金属离子污染问题，又可解决直接采用磁控溅射沉积硅薄膜结晶度不高的问题，特别是极大地节省了设备成本。

硅薄膜被视为薄膜太阳能电池的核心材料越来越引起人们的重视。目前制备的硅薄膜主要是以非晶态的形式存在，但非晶硅薄膜光伏电池存在转换效率低和由S-W效应引起的效率衰退等问题，微晶硅薄膜是一种纳米硅晶粒镶嵌在非晶网络中的材料，具有较高电导率、较高迁移率的电学性质及优良的光学稳定性，制备高晶化率的微晶硅薄膜可以有效克服非晶硅薄膜的不足，并且其制备技术与非晶硅薄膜完全相容，因此近年来越来越多的研究人员开展了微晶硅薄膜太阳能电池的研究工作。