專利名稱：一種磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射方法，采用一對相對的附加了同軸線圈的非平衡磁控濺射靶，可在更大的范圍內(nèi)提高沉積區(qū)域的等離子體的密度和調(diào)整沉積參數(shù)。
背景技術(shù)：
磁控濺射沉積技術(shù)用于表面工程領(lǐng)域內(nèi)的材料改性和薄膜沉積，普通的磁控濺射裝置中采用陰極表面的封閉磁場產(chǎn)生等離子體，其中離子在陰極電壓的作用下轟擊陰極材料形成濺射效應(yīng)，所形成的沉積材料離子和原子擴散到被鍍工件的表面沉積成薄膜形態(tài)，薄膜沉積的過程中等離子體密度影響沉積到被鍍工件表面的薄膜性能，因此設(shè)計者不斷采用各種技術(shù)措施來提高等離子體密度和轟擊到被鍍工件表面的離子電流密度?！稙R射沉積技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀》(《真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報》Vol.25，No.3，2005)和《磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用》(《現(xiàn)代儀器》No.5，2005)介紹了目前各種磁控濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，普通的磁控濺射裝置中等離子體被陰極表面的磁場約束，沉積區(qū)域的等離子體的密度很低，難以獲得理想的等離子體狀態(tài)，沉積粒子的能量在幾個電子伏特左右，在磁控濺射靶前30-50毫米處，等離子體的密度更進(jìn)一步急劇降低。所沉積的薄膜由于缺乏離子轟擊，殘留大量的缺陷和應(yīng)力，影響了薄膜的性能，由于磁控濺射裝置的磁場結(jié)構(gòu)是開放的空間結(jié)構(gòu)，所以參數(shù)可以調(diào)節(jié)的范圍很小。當(dāng)前磁控濺射沉積技術(shù)存在著前面所述的技術(shù)缺點，為了解決這些技術(shù)缺陷，研究者開發(fā)了有閉和磁場的非平衡磁控濺射系統(tǒng)，這種非平衡磁控濺射系統(tǒng)雖然磁場的磁力線，但是基本采用永磁鐵作為磁場源，永磁鐵形成陰極表面的增強放電的磁路，同時也作為約束等離子體的磁路，但是這種結(jié)構(gòu)的問題在于，永磁鐵的兩種作用不能夠同時發(fā)揮到最好的匹配效果，參數(shù)不能夠調(diào)整，而且封閉性不好，普通閉合場非平衡濺射系統(tǒng)中非平衡磁場不是完全封閉的，沉積參數(shù)調(diào)整范圍較小，實際上對等離子體的約束程度不理想，其中一個重要的問題是，在目前文獻(xiàn)中公布的閉合場非平衡濺射系統(tǒng)，總會有磁場的漏洞，破壞閉合磁場的封閉性，這種閉合磁場的漏洞出現(xiàn)在磁力線無法閉合的非平衡濺射靶的端頭。普通閉合場非平衡濺射系統(tǒng)中非平衡磁場的這種缺陷能夠在相關(guān)的結(jié)果參考文獻(xiàn)中得到反映，采用本發(fā)明中提供的方案徹底克服了這種缺陷，在沉積區(qū)域上形成的等離子體密度比普通的非平衡磁控濺射系統(tǒng)高一個數(shù)量級以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種與現(xiàn)有磁控濺射系統(tǒng)相比可更好的，能夠通過改變磁鏡場磁感強度的空間分布、有效的約束和形成高密度的等離子體、且放電過程更穩(wěn)定，可在更寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沉積參數(shù)，從而獲得具有良好性能薄膜的沉積技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用在兩個相對放置的永磁式磁控濺射靶周圍同軸放置的兩個亥姆霍茲線圈構(gòu)成磁鏡場，應(yīng)用的過程中，永磁式磁控濺射靶內(nèi)部的永磁鐵在磁控濺射靶表面形成封閉的磁場，形成磁控濺射放電，形成等離子體，兩個磁控濺射靶的放電功率能夠分別調(diào)節(jié)，兩個磁控濺射靶的材料可以不同，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)沉積多層薄膜、梯度薄膜、合金薄膜等功能。
兩個同軸線圈的作用如下1.對單獨的磁控濺射靶和相應(yīng)的同軸線圈情況，同軸線圈能夠提高濺射效率，增強陰極表面的等離子體電離率，提高陰極表面的等離子體引出。
2.當(dāng)兩個線圈同時作用時，兩個同軸線圈的電流能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，形成磁鏡場約束放電等離子體，同時同軸線圈也加強了陰極區(qū)域的電離效應(yīng)，同時能夠在更大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沉積參數(shù)。
同軸線圈的參數(shù)設(shè)計傾向于形成廣泛、均勻的空間分布，使薄膜的沉積過程中厚度分布更加均勻。同軸的磁鏡場約束等離子體，沉積區(qū)域的等離子體密度的到顯著的提高，顯著提高了等離子體的離化率；同軸線圈對于穩(wěn)定放電過程也有很好的效果，在放電過程中采用雙靶同時作用，使放電過程更加穩(wěn)定。
本發(fā)明的效果和益處是和現(xiàn)有的各種磁控濺射系統(tǒng)相比，磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射方法，采用一對相對的附加了同軸線圈的非平衡磁控濺射靶，通過調(diào)整同軸線圈的電流，可在更大的范圍內(nèi)提高沉積區(qū)域的等離子體的密度和調(diào)整沉積參數(shù)，使等離子體的狀態(tài)可調(diào)，等離子體離化率高，離子原子到達(dá)比高等優(yōu)點，在提高薄膜質(zhì)量方面有應(yīng)用價值。


圖1是磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由同軸線圈1；同軸線圈2；磁控濺射靶A；磁控濺射靶B；平面偏壓電極組；真空室；等離子體組成。
圖2是磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)的陰極電壓隨線圈電流之間的變化關(guān)系。
圖中虛線對應(yīng)磁控濺射靶A的各種恒定電流條件下，陰極電壓隨線圈電流的變化關(guān)系；實線對應(yīng)磁控濺射靶B的各種恒定電流條件下，陰極電壓隨線圈電流的變化關(guān)系。
圖3、圖4是磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)在恒定的陰極電流，分別對應(yīng)3.6Pa和0.3Pa兩種放電氣壓條件下，線圈電流在0-6A之間變化時，離子電流在不同位置上的分布情況，其中離子電流的測量使用直徑40mm的平面偏壓電極組5，電極除了收集離子電流的表面之外采用了屏蔽措施，電極上連接-150V的偏壓。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
一種磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射方法采用兩個永磁的磁控濺射靶A和磁控濺射靶B相對放置，同時將兩個同軸線圈1和同軸線圈2是兩個亥母霍茲線圈，同軸放置于磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的外圍，兩個相對放置的永磁式磁控濺射靶A和磁控濺射靶B周圍同軸放置的兩個亥姆霍茲同軸線圈1和同軸線圈2在通電流以后構(gòu)成磁鏡場，應(yīng)用的過程中，永磁式磁控濺射靶A和磁控濺射靶B內(nèi)部的永磁鐵在磁控濺射靶表面形成封閉的磁場，形成磁控濺射放電，形成等離子體，磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的放電功率能夠分別調(diào)節(jié)，磁控濺射靶A和磁控濺射靶B的材料可以不同，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)沉積多層薄膜、梯度薄膜、合金薄膜等功能。
同軸線圈1和同軸線圈2通直流電以后，能夠形成一個磁鏡場，約束非平衡磁控濺射放電形成的等離子體，沉積區(qū)域的等離子體密度能夠大幅提高，增強薄膜沉積過程的離子轟擊，薄膜質(zhì)量得以提高。從圖中能夠看出離子電流在同軸線圈1和同軸線圈2電流提高時能夠顯著增加。診斷磁控濺射靶A和磁控濺射靶B之間不同位置上的離子電流使用直徑40mm的平面偏壓電極組，電極除了收集離子電流的表面之外采用了屏蔽措施，電極上連接-150V的偏壓，分別放置于磁控濺射靶A和磁控濺射靶B之間不同位置上，采集數(shù)據(jù)繪圖。
權(quán)利要求
1.一種磁鏡場約束雙靶非平衡磁控濺射方法，其特征在于在兩個相對放置的永磁式磁控靶的外圍設(shè)置兩個通電的同軸線圈，形成和兩個永磁式磁控靶同軸的完全封閉的磁鏡場，通過調(diào)整相對放置的同軸線圈的電流來調(diào)整沉積區(qū)域放電等離子體狀態(tài)和沉積參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁鏡場約束的對靶非平衡磁控濺射系統(tǒng)，主要用于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于有兩個通電的同軸線圈和兩個永磁式磁控靶相對放置，通電線圈能夠形成和兩個永磁式磁控靶同軸的完全封閉的磁鏡場；通過調(diào)整兩對相對放置的同軸線圈的電流來控制濺射靶的外圍的封閉磁鏡場，精細(xì)調(diào)整放電等離子體狀態(tài)、沉積參數(shù)；同時電磁線圈增強陰極放電，增加陰極區(qū)域等離子體引出，提高沉積區(qū)域等離子體密度。本發(fā)明的優(yōu)點采用同軸的磁鏡場約束等離子體，附加同軸線圈后，增大了沉積參數(shù)的調(diào)整范圍，這種非平衡磁控濺射技術(shù)和常規(guī)磁控濺射技術(shù)相比具有等離子狀態(tài)可調(diào)，等離子體離化率高，離子原子到達(dá)比高等優(yōu)點。
文檔編號C23C14/34GK1948548SQ200610134220
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者牟宗信, 賈莉, 李國卿, 趙華玉, 劉升光 申請人:大連理工大學(xué)