[发明专利]一种基于不规则源材的表面梯度薄膜制备装置

说明书

一种基于不规则源材的表面梯度薄膜制备装置，包括真空腔室以及设置在真空腔室内的基质、用于遮蔽部分下方扩散上来的离散态源材的可移动遮板和蒸发源结构，所述基质位于所述可移动遮板的上方且与蒸发源结构上下正对布置，所述可移动遮板的中部设有通孔，所述可移动遮板的左右两端分别与链带连接，所述链带绕过滚轴与步进电机的电机轴连接，所述滚轴前后安装在真空腔室内；所述蒸发源结构位于所述可移动遮板的下方。本发明提供了一种基于不规则源材的表面梯度薄膜制备装置，能使覆层能够牢固地吸附在基质上，生成的薄膜更为均匀致密，并且能在单个工件上加工出完整的组合空间，能够快速制备出组分连续渐变的多元梯度薄膜。

技术领域

本发明涉及高通量薄膜制备技术领域，尤其是涉及一种基于不规则源材的表面梯度薄膜制备装置。

背景技术

现如今，随着科技的进步，为了成某项使用性能，除了设计结构的需求，对材料本身的要求也是水涨船高。在科研领域或某些特殊要求领域中，在满足材料的高性能要求还要控制在成本以内，往往比较困难。面对这种问题，高质量的材料涂层的出现使这个问题得到了解决。而在众多材料涂层覆膜技术中，通过PVD技术给材料镀上一层复合材料薄膜是一种较为成熟的加工方式。PVD技术即物理气相沉积技术，是指将分子或者原子从源物质转移到基片上的物质转移过程，它可以让某些具有特殊性能(耐高温性、耐磨性、耐腐蚀性、强度高、散热性等)的材料喷涂到性能较低的基质上，使基质具有更好的性能。通过PVD技术给价格低廉的基底材料镀上一层性能优越的镀层，即满足了使用需求，也有了较高的经济性。

有了较为成熟制造技术手段，使用何种镀层材料攻关的难点。在对一元材料成熟研究前提下，各种材料的性能已经发掘到极限；二元材料的研究也已有了一定程度的发展，仍有较大的材料基因库空白等待发掘；三元材料乃至更多元的材料组合往往只能靠前人的研究制造经验，在大部分材料领域甚至是空白的。在研究多元材料成分组合的性能，寻找最优解的过程中往往需要研究极大数量级的材料组合，这就会耗费极大的人力物力。

高通量组合材料试验诞生于上世纪九十年代中期，是寻求材料组合并求出最优解的一种技术手段，它可以在短时间内完成大量材料样本的制备，可以极大缩短研制材料组合时间。在过去十数年中，为了加速材料科学和材料发现与优化的进程，已经开发了多组分材料的制备和研究方法。这些高通量实验方法已经在生物分子科学、催化、电化学、光电科学和材料科学等其他领域得到了广泛的应用。对于材料的实验方法有三个主要步骤。第一是准备大量不同的材料样本，这些材料样本构成了材料库的各个元素。第二是对这些材料的组成特性的阐述，以确定整个材料库的组成、结构、阶段分布等。第三种在材料库中进行各个材料组合能力的测试，这些材料的性能包括催化活性、硬度、导热性等等。

现有PVD制备梯度薄膜技术包括两种基本方法：蒸发法和溅射法。蒸发法的特点是具有较高的薄膜纯度。而蒸发法有大致有如下三种方法。如图1a中所说的一种方法，1为源材、2为薄膜、3为基质，利用物理或化学气相沉积将CVD前体放在靠近底物的位置上，并允许扩散，使气相混合，并在这两个源之间的区域的底层基质之间形成复合梯度。这种方法相对简单，并且允许对元素成分进行完全混合。然而产生的薄膜厚度并不均匀。图1b中的第二种方法，1为源材、2为薄膜、3为基质、4为盖板，使用给基质覆盖涂层的均匀焊剂和接触盖板，可以有效改变沉积时间，然后改变基板上不同位置的厚度。这样，薄膜就是由不同梯度向量方向上连续生成的。这种方法的局限性之一就是，覆层没有被固定，之后的退火也可能未能使基质和覆膜完全混合，除非每层的覆膜厚度不超过一个原子单层。图1c中另一种形成CSAFs的方法是使用非轴源。2为薄膜、3为基质、5为无轴源，在这种方法中，源所在位置相对于基质表面。这就产生了了基质中通量的梯度。CSAFs是由多个源的通量混合形成的。一般来说，偏移源方法可以允许多个元素共同沉积，但是它不允许在单个工件上加工完整的组合空间。

发明内容