[发明专利]利用HIPIMS方法结合镀膜智能监控加气系统制备化合物薄膜材料的方法

摘要

本发明提供一种利用HIPIMS方法结合镀膜智能监控加气系统制备化合物薄膜材料的方法，运用高功率脉冲磁控物理气相沉积方法制备高质量化合物薄膜，利用智能监控加气系统检测真空腔体内等离子体密度与分布情况、等离子体能量以及各工艺气体的比例变化，自动调控腔体内工艺气体的加入量以及加入量的变化速度，结合HIPIMS技术溅射各类靶材，本发明方法发挥高功率磁控溅射的成膜特点，且通过引入智能监控加气系统，采用适当的工艺可制备性能优良的所需化学计量比的高质量化合物薄膜材料，解决现有的反应溅射镀膜中因靶材表面“毒化”而导致的溅射效率下降，靶材表面“毒化”打火，而成膜质量下降的问题。

主权项

1.一种利用HIPIMS方法结合镀膜智能监控加气系统制备化合物薄膜材料的方法，其特征在于，利用HIPIMS方法溅射镀膜的同时，运用镀膜智能监控加气系统检测真空腔体内等离子体的状况，实时自动调控工艺气体加入量及其单位时间内工艺气体的变化量，从而调控腔内的等离子体中各物质元素的比例及其浓度，其步骤如下：a.靶材的预溅射工艺：将腔体抽真空至所需真空度，通入惰性气体作为工作气体，调节至适宜工作压力，利用HIPIMS方法，使用惰性气体粒子轰击所需靶材，对靶材提前预溅射，溅射掉靶材表面污染物，进行洗靶，在洗靶过程中，监测等离子的密度与能量变化情况和靶材电压，确定靶材表面清洁状况，直至靶材对应的等离子体密度与能量达到制备化合物薄膜材料的要求，洗靶结束，并降温至不高于80℃以下破真空，完成靶材的预溅射工艺；b.衬底材料清洗并干燥与预处理工艺：利用清洁剂对衬底材料清洗3～20分钟，清洗衬底材料表面污渍并干燥，然后用离子源或高偏压轰击衬底材料表面，进行溅射清洁、活化和平坦化预处理；所述清洁剂采用能除去衬底材料表面污染物的去离子水、有机溶剂、无机溶剂中的任意一种或者任意几种的混合溶剂；c.衬底材料表面打底工艺：根据衬底基材的材质与所镀化合物薄膜材料的种类，采用经过所述步骤b预处理后的衬底材料，在材料表面的基材表面溅射需要的金属薄膜或非金属薄膜，以及化学成分渐变的梯度化合物复合层，形成过渡层结构，进行衬底材料表面打底；d.化合物薄膜的制备工艺：在所述步骤c完成打底工艺后的衬底材料的过渡层结构表面上，在所需的工艺条件下，利用HIPIMS方法和经过所述步骤a预溅射工艺的靶材，进行溅射成膜；在化合物薄膜的制备过程中，利用镀膜智能监控加气系统实时监控腔体内等离子体密度及分布、等离子体能量变化、靶材电压的变化情况，经控制电脑分析反馈后，实时调控通入腔体内的反应气体的流量与流速，维持镀膜条件的稳定，从而得到所需的化学计量比的化合物薄膜材料。