[发明专利]电弧离子镀和孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射复合方法

摘要

电弧离子镀和孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射复合方法，属于材料表面处理技术领域，本发明为解决电弧离子镀在使用低熔点的纯金属（比如铝）或多元合金材料和非金属材料（比如石墨等）存在的大颗粒问题及半导体材料硅的局限，消除单极性高功率脉冲磁控溅射技术放电打火及在使用高熔点和难离化靶材（比如锆）的限制。本发明方法包括：一、将工件置于真空室内的样品台上，连接相关设备，二、薄膜沉积：抽真空至10^‑4Pa时，通入工作气体，开启镀膜电源，分别通过高功率脉冲磁控溅射来消除电弧离子镀中的大颗粒缺陷，电弧离子镀离化高熔点和难离化材料，孪生靶来产生多元复合等离子体并调整其在薄膜中的含量，偏压电源调节等离子体的能量，制备薄膜。

主权项

电弧离子镀和孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射复合方法，其特征在于，该方法所使用装置包括偏压电源1、弧电源2、电弧离子镀靶源3、孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4、孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射靶源5、孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源波形示波器6、偏压电源波形示波器7、真空室8和样品台9；该方法包括以下步骤：步骤一、将待处理基体工件置于真空室8内的样品台9上，工件接偏压电源1的输出端，安装在真空室8上的电弧离子镀靶源3接弧电源2的输出端、孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射靶源5接孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4的高功率脉冲输出端；步骤二、薄膜沉积：将真空室8抽真空，待真空室8内的真空度小于10^‑4Pa时，通入工作气体至0.01Pa～10Pa，开启偏压电源1和偏压电源波形示波器7，并调节偏压电源1输出的偏压幅值，脉冲频率和脉冲宽度，偏压电源1输出脉冲的峰值电压值为0～1.2kV，脉冲频率为0～80kHz，脉冲宽度1~90%，可依据孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4的输出频率和输出波形进行匹配调整；开启弧电源2通过电弧的弧斑运动对电弧离子镀靶源3的表面进行清洗后，调节需要的工艺参数，弧电源2输出的电流值为10A~300A，使高熔点、难离化靶材（比如锆）产生高离化率、高密度的电弧等离子体，实现薄膜的快速沉积；开启孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4，调整合适的输出工作功率，工作电压和工作电流后，使孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射靶源5起辉，对孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射靶源5表面进行清洗后进行薄膜制备，孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4的输出功率100W~120kW，频率0~10kHz，峰值电流10A~4000A，正负脉冲宽度5μs～300μs，工作电压100V~4000V，正负脉冲间隔设置为5μs～3000μs，再依据靶材种类、尺寸和沉积工艺选择孪生靶双极性高功率脉冲磁控溅射电源4输出的工作电压、峰值电流、正负脉冲宽度和间隔，产生稳定的多元复合等离子体，调整孪生靶材在薄膜中的元素比例。