專利名稱：一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，屬真空及等離子體沉積裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
薄膜材料在國(guó)防裝備、光電子、半導(dǎo)體、信息等高技術(shù)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其中用真空及等離子體表面技術(shù)來(lái)制備高性能薄膜材料已成為當(dāng)今制備薄膜材料的主流。在磁控濺射、陰極電弧沉積、離子束沉積過程中，一般中性原子團(tuán)或微粒和等離子體包括正離子和電子混合體會(huì)一起沉積在襯底上。而較大的微?；烊氡∧ず笫沟帽∧さ馁|(zhì)量變差，在許多薄膜材料的制備中嚴(yán)重地影響了薄膜材料的性能，從而使其應(yīng)用受到了限制。特別是對(duì)于陰極電弧沉積，大顆粒的存在使得所沉積的薄膜質(zhì)量變差。為解決此問題，人們已采用了多種方法對(duì)等離子體沉積過程中所產(chǎn)生的中性微粒進(jìn)行過濾。其中較為普遍的是采用帶有磁場(chǎng)的彎管過濾裝置，包括90°，60°，45°等彎管，見USpatent，No.5279723，“Filtered cathodic arc source”和Steven Falabella and David M.Sanders；(issued，1994)USpatentNo.5433836，“Arc source macroparticle filter”，Philip J.Martin，Roger P.Netterfield，Terence J.Kinder(issued 1995)。而采用了此類彎管過濾器，雖然有效地將中性微粒進(jìn)行了過濾，使得沉積的薄膜變得干凈，但因等離子體經(jīng)過了較長(zhǎng)的路徑，使得等離子體的傳輸效率大大降低，從而使得沉積速率大為降低。同時(shí)在沉積過程中絕大部分離子消耗在過濾彎管內(nèi)壁，也使得陰極靶材的利用率大大降低，這樣使得薄膜沉積的生產(chǎn)成本大為提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，該裝置可有效地過濾等離子體中的中性微粒，同時(shí)使等離子體密度增強(qiáng)和使其傳輸效率大大提高，從而使薄膜沉積速率和質(zhì)量得以提高，這樣也使得陰極靶材利用率大大提高，使薄膜制備的成本大為降低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。本發(fā)明的裝置含真空腔體、線圈和微粒吸附環(huán)柱，線圈套在圓管形的真空腔體外，真空腔體內(nèi)裝有由多片內(nèi)徑逐漸增大的微粒吸附環(huán)疊合而成的微粒吸附環(huán)柱。
現(xiàn)詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，含真空腔體和線圈，其特征在于，它還含微粒吸附環(huán)柱，真空腔體是空心圓管，線圈纏繞在真空腔體的外柱面上，微粒吸附環(huán)柱由多片外徑相同、內(nèi)徑逐漸增大的微粒吸附環(huán)以同心的方式疊合而成，微粒吸附環(huán)的組成材料是金屬，微粒吸附環(huán)的中心圓孔為空心結(jié)構(gòu)，微粒吸附環(huán)柱的外徑與真空腔體的內(nèi)徑相等，微粒吸附環(huán)柱通過摩擦以與真空腔體同軸的方式與真空腔體的內(nèi)壁連接在一起。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，微粒吸附環(huán)的材料是陶瓷。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，微粒吸附環(huán)的中心圓孔為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，造價(jià)便宜。
2、本發(fā)明的裝置可采用直流電流流過線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)控制等離子體，使等離子體密度得以提高，從而提高了沉積薄膜的質(zhì)量。
3、本發(fā)明的裝置能產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，加上等離子體經(jīng)過的路徑短，使等離子體的傳輸效率提高，從而提高了薄膜沉積的速率。
4、本發(fā)明的裝置采用由多層微粒吸附環(huán)疊合而成的微粒吸附環(huán)柱來(lái)有效地吸附等離子體中的中性微粒，使沉積薄膜變得干凈。
5、本發(fā)明的裝置可通過改變磁場(chǎng)的分布來(lái)控制等離子體，使陰極靶表面的等離子體增強(qiáng)，提高了陰極靶材的利用率，降低了薄膜沉積的生產(chǎn)成本，同時(shí)，過濾后的等離子體的束斑變得大而均勻。


圖1是本發(fā)明的等離子體磁場(chǎng)過濾裝置的縱中剖結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1是真空腔體，可作為陽(yáng)極，2是線圈，3是微粒吸附環(huán)柱，A-A處有橫剖面。圖2是本發(fā)明的裝置在圖1中位于A-A處的橫剖面圖。圖3是本發(fā)明的裝置的微粒吸附環(huán)柱3的仰視圖，其中，30是微粒吸附環(huán)的中心環(huán)。圖4是本發(fā)明的裝置工作時(shí)的示意圖陰極濺射或產(chǎn)生電弧等離子體的情況，其中，4是等離子體源，5是等離子體，6是鍍膜的真空室，7是襯底基架。圖5是本發(fā)明的裝置工作時(shí)的示意圖通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁力線分布的情況，其中，8是磁力線。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的裝置的工作原理。
工作時(shí)，將本發(fā)明的裝置底部與等離子體源4，即陰極靶材如陰極電弧、磁控濺射或離子源連接在一起，上端與鍍膜真空室6連接，襯底基架7安置在真空室6內(nèi)。以陰極電弧為例說明如下當(dāng)電弧等離子體產(chǎn)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生包括正離子和電子等混合的等離子體5，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生中性原子團(tuán)或微粒。如圖4所示。大部分的微粒射向真空腔體1，即陽(yáng)極的內(nèi)表面，如圖4所示。當(dāng)直流電流流過線圈2時(shí)，線圈2產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度為5～500Gauss的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的磁力線8的分布情況，如圖5所示。在該磁場(chǎng)中，等離子體5中電子和正離子環(huán)繞磁力線8以螺旋運(yùn)動(dòng)的方式通過微粒吸附環(huán)柱3，等離子體5中電子和正離子的螺旋運(yùn)動(dòng)使運(yùn)動(dòng)路徑增加，從而增大了微粒與微粒碰撞的幾率，使等離子體5密度加大和使中性原子團(tuán)或小微粒進(jìn)一步離化。等離子體5中的較大的微粒，由于螺旋半徑較大，將被由多片微粒吸附環(huán)疊合而成的微粒吸附環(huán)柱3所吸附，從而使較大的微粒被過濾掉，如圖5所示。這樣在位于襯底基架7的襯底的表面上可沉積出高度清潔的薄膜。
本發(fā)明的裝置因采用了可產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)和短程直線型過濾的裝置，使等離子體5有效地約束在磁力線8上而通過微粒吸附環(huán)柱3，使得等離子體5的傳輸效率提高，從而使薄膜沉積的速率得以提高。
本發(fā)明的裝置因外加磁場(chǎng)作用于等離子體源4，即陰極靶材的表面，可增大等離子體5的密度，提高了陰極靶材的利用率和降低了薄膜的生產(chǎn)成本，同時(shí)，過濾后的等離子體5的束斑變得大而均勻，有助于提高薄膜沉積的均勻性。
實(shí)施例1真空腔體1為不銹鋼圓管，內(nèi)徑為75mm。線圈2直徑為3～6mm銅漆包線，纏繞200-400圈。線圈2的通電電流為1～60安培，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為5～500Gauss。微粒吸附環(huán)柱3由5個(gè)不銹鋼的微粒吸附環(huán)組成，5個(gè)微粒吸附環(huán)的內(nèi)徑分別為70、65、60、55、50mm，間距為5mm。等離子體源4，即陰極靶材是鈦。以陰極電弧方式工作，陰極電流為60A。在位于襯底基架7的襯底的表面上可沉積出清潔的鈦膜。與傳統(tǒng)的90°磁過濾彎管相比，沉積速率可提高60～90％。陰極靶材利用率提高40～60％。沉積均勻面積可擴(kuò)大8～12％。
實(shí)施例2磁場(chǎng)過濾裝置尺寸同實(shí)施例1，微粒吸附環(huán)柱3由中心圓環(huán)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不銹鋼微粒吸附環(huán)疊合而成。當(dāng)微粒吸附環(huán)上加上正10V的電壓時(shí)，沉積在襯底的表面上的薄膜內(nèi)非常微小的粒子，如1微米以下的粒子都可被過濾，從而得到非常清潔的薄膜。
實(shí)施例3磁場(chǎng)過濾裝置尺寸同實(shí)施例1，微粒吸附環(huán)柱3由多孔氧化鋁陶瓷微粒吸附環(huán)疊合而成。等離子體源4，即陰極靶材為高純石墨(99.9％)，以陰極電弧方式工作，陰極電流為40A。在襯底的表面上可沉積出清潔的類金剛石膜。
權(quán)利要求
1.一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，含真空腔體(1)和線圈(2)，真空腔體(1)是空心圓管，線圈(2)纏繞在真空腔體(1)的外壁上，其特征在于，它還含微粒吸附環(huán)柱(3)，微粒吸附環(huán)柱(3)由多片外徑相同、內(nèi)徑逐漸增大的微粒吸附環(huán)以同心的方式疊合而成，微粒吸附環(huán)的組成材料是金屬，微粒吸附環(huán)的中心圓孔(30)為空心結(jié)構(gòu)，微粒吸附環(huán)柱(3)的外徑與真空腔體(1)的內(nèi)徑相等，微粒吸附環(huán)柱(3)通過摩擦以與真空腔體(1)同軸的方式與真空腔體(1)的內(nèi)壁連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，其特征在于，微粒吸附環(huán)的材料是陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，其特征在于，微粒吸附環(huán)的中心圓孔(30)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種等離子體磁場(chǎng)過濾裝置，屬真空及等離子體沉積裝備技術(shù)領(lǐng)域，含真空腔體、線圈和微粒吸附環(huán)柱，線圈套在圓管形的真空腔體外，真空腔體內(nèi)裝有由多片內(nèi)徑逐漸增大的微粒吸附環(huán)疊合而成的微粒吸附環(huán)柱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和性能好能有效地過濾等離子體中的中性微粒、等離子體密度大、傳輸效率高，薄膜沉積速率高、薄膜質(zhì)量好、陰極靶材利用率高和薄膜制備的成本低。
文檔編號(hào)H05H1/46GK1560320SQ200410016650
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者孫卓, 孫懿, 孫 卓 申請(qǐng)人:上海納晶科技有限公司