[发明专利]一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置及其使用方法

权利要求书

1.一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：包括真空室、磁控靶、工件架和旋转支座；

所述真空室为密封结构，其上开设有抽气口，所述抽气口与真空泵连接；

所述磁控靶包括一个高功率脉冲磁控溅射靶和三个脉冲直流磁控靶，固定在所述真空室内，呈九十度对向设置，其磁场布局方式相反，形成闭合场；每个所述磁控靶的磁场布局方式都为非平衡磁场；

所述工件架置于所述磁控靶的磁场内，并且通过所述旋转支座连接在所述真空室的内部，所述旋转支架与所述真空室通过转动机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述真空室内设置有高温加热装置。

3.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：还包括惰性气体通气管和反应气体通气管，与所述真空室连接。

4.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述惰性气体通气管和反应气体通气管设有流量计。

5.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述真空室内设置有反应气体反馈装置。

6.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：包括阳极层离子源，固定在所述真空室的内壁上。

7.根据权利要求6所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述阳极层离子源为两个矩形的离子源。

8.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述旋转支座与变频器控制交流电机连接，所述工件架的工件安装位置设有自转装置。

9.根据权利要求1所述的一种高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置，其特征在于：所述真空泵包括机械泵和分子泵。

10.使用权利要求1-9任意一项所述的高功率脉冲等离子体增强复合磁控溅射沉积装置的方法，其特征在于：

高功率脉冲磁控溅射靶采用Cr靶，三个脉冲直流磁控靶采用Al靶；

首先启动机械泵抽出真空室的空气，当低真空度低于20Pa时启动分子泵抽高真空，当真空度达到1-5×10-3Pa时，启动高温加热装置进行加热除气，去掉真空室、工件架及工件上的空气；温度控制在100-600℃左右，工件架保持4-10rpm的转速；

当真空度1-5×10_-3Pa时，通入Ar气，打开阳极层离子源，对工件进行清洗，真空保持在1-10Pa,时间10-50分钟；

清洗结束后，真空调节为2×10-1Pa，打开高功率脉冲磁控溅射靶,对工件基体轰击5-30分钟约50-300纳米厚的金属过渡层，偏压保持在-500-1200V；在轰击完毕后，偏压降到-50-300V,占空比10-80%，断掉Ar气，通入N₂，采用光电子能谱PEM反应气体反馈装置控制N₂气通入，开始沉积金属氮化物过渡层，沉积5-30分钟约50-300纳米；

过渡层沉积结束后，开启脉冲直流磁控溅射靶，调节PEM值控制N₂气通入，并通过真空室节流阀控制将真空控制在1-2Pa，偏压不变，开始制备CrA_lN涂层；在涂层制备过程中开启阳极层离子源对工件进行轰击，控制阳极层离子源电压600-800V；

沉积时间40-100分钟，结束后，自然冷却，当温度降到50℃以下时，取出工件。