一種濺射鍍膜裝置和方法
2023-05-17 23:30:51
專利名稱：：一種濺射鍍膜裝置和方法
技術領域：
：本發明涉及一種真空鍍膜技術，特別涉及一種在"靜態，，工作氣氛下做濺射的裝置及方法。
背景技術：
：濺射一般是固態靶材在高能離子/原子轟擊下靶材原子或原子團發生物理轉移的過程。被濺射的靶材在高能粒子轟擊下，有一定數量的原子或原子團脫離靶體並獲得一定的動能，飛向薄膜生長面，從而實現薄膜的生長。濺射必須發生在真空中，其一般流程是先將濺射真空室抽取到一個合適的真空負栽，典型值為1x10—'lxl(T帕，依據實際要求而定；在濺射真空室內維持一定的工作氣體氣壓，典型值為0.1-10帕，從而能維持一個穩定的輝光，最常用的方法是向真空室內連續充入一定流量的惰性氣體。目前一般選用惰性氣體為工作氣體，因為它一般不會與薄膜發生反應。並且在綜合考慮濺射產額和氣體成本的情況下，通常採用較廉價而且安全的氬氣。以往維持工作氣體(如氬氣)的方式一般是以一定流量連續的向真空室內充入工作氣朱並降低真空泵的有效抽速，以降低工作氣體的消耗。由於工作氣體不可能是絕對純淨的，工作氣體中的雜質氣體會隨工作氣體一起被送入真空室內，在濺射過程中真空泵的有效抽速降低，實際上降低了真空室的真空負載，工作氣體中的雜質氣體不能被有效抽除，對於一些活性較強的材料如Nb、Ti、Al等金屬，在濺射過程中雜質氣體中的02、H2等會與新鮮薄膜表面發生反應，不同程度的降低薄膜質量，甚至使得生長出來的薄膜無法使用。
發明內容針對現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種濺射鍍膜裝置和方法。為實現上述目的，本發明一種濺射鍍膜裝置包括真空室、濺射系統、真空泵，所述真空泵包括氣體捕集式真空泵和非氣體捕集式真空泵，所述氣體捕集式真空泵直接設置在真空室內，或設置在一與真空室相連的隔腔中，該隔腔與真空室之間設置有超高真空閥門。進一步，所述氣體捕集式真空泵為吸氣劑泵。進一步，根據所生長的薄膜材料不同，所述濺射系統為磁控濺射或射頻濺射或反應濺射或離子輔助濺射。進一步，所述濺射系統包括'賊射靶源、氣體輸入控制閥、超高真空閥門、耙電源。進一步，所述吸氣劑泵中的吸氣劑材料是一種由鋯、釩、鐵組成的合金材料。上述賊射裝置工作方法分為以下幾個工作步驟(1)將吸氣劑泵直接設置在真空室內，或設置在與真空室相連通的隔腔中，用非氣體捕集式真空泵將真空室抽至滿足吸氣劑泵工作要求的真空狀態；(2)開啟吸氣劑泵，關閉非氣體捕集式真空泵；(3)向真空室內輸入工作氣體至滿足濺射所需的工作氣尿(4)關斷輸入氣體流，並等待10-20分鐘，待工作氣體被吸氣劑泵純化後，啟動濺射系統，進行濺射鍍膜。進一步，步驟(1)中所述真空室內的真空度至少低於lxlO"PaL/s，以保證吸氣劑泵的正常工作。進一步，才艮據所生長的薄膜的材料的不同，輸入工作氣體至O.l-10帕以維持穩定的輝光。進一步，所述工作氣體為惰性氣體，如Ar氣、Kr氣或者Ne氣。本發明所提供的濺射方法，在濺射系統中加入了吸氣劑泵，將工作氣體進一步純化，大大降低了活性氣體對薄膜材料的汙染，提高了薄膜的生長質量，特別是對於一些活性較強的材料有很明顯的效肊另外由於不需要持續輸入工作氣體，也大大節省了工作氣體的用量，節約了成本。如圖1所示為本發明裝置的簡單結構示意圖。具體實施方式如圖1所示，本發明濺射鍍膜裝置包括真空室1、賊射靶源2、工作檯3、氣體輸入控制閥4、超高真空閥門5、隔腔6、吸氣劑泵7、超高真空閥門9、分子泵10。濺射靶源2和工作檯3相對設置在真空室1內，真空室1上設置有氣體輸入控制閥4、超高真空閥門5、隔腔6;吸氣劑泵7兩端通過法蘭8連接在隔腔6內，分子泵10通過超高真空閥門9與真空室1連接。本發明濺射鍍膜方法有如下步驟首先將要鍍膜的村底放置在工作檯3上，打開超高真空閥門5,開啟分子泵10將真空室1內抽取滿足吸氣劑泵7工作要求的真空狀態，保證吸氣劑泵7能夠正常工作，一般該真空狀態的真空度小於lx10—6帕；打開氣體輸入控制閥4向真空室1內輸入氬氣至0.1-10帕，然後關閉氣體輸入控制閥4，等待10-20分鐘，待送入的工作氣體中的雜質活性氣體基本被抽除後，開啟賊射電源，進行濺射鍍膜。真空室1內的氬氣量能夠維持一穩定輝光，以產生大量高能離子。濺射靶源2在大量高能離子轟擊下，其上的原子或者原子團落向相對工作檯3上的鍍膜材料表面，產生一層鍍膜。由於吸氣劑泵7工作一定時間後需要更換，因而兩端通過法蘭8將吸氣劑泵7設置在隔腔6中，通過法蘭8連接可使吸氣劑泵7方便地進行更換。吸氣劑泵7也可直接設置在真空室1內，這時可省略隔腔6。表1列出了傳統濺射方式(連續流方式)和本發明濺射鍍膜方法所獲得的薄膜性能的差別。Nb膜具有很高的氧活性，很容易吸附氧氣。並且氧氣的吸附對Nb膜的超導轉變溫度有很顯著的影響，因此鍍出來的Nb膜性能是檢驗濺射的純淨度的很好方法。採用本發明濺射鍍膜方法，3000埃厚度的Nb膜超導轉變溫度已經達到塊材的轉變溫度，說明通過本發明賊射鍍膜方法獲得的薄膜是非常純淨的。而通過傳統的連續流濺射方式獲得的薄膜，則對所有不同厚度的薄膜超導轉變溫度均有0.05-0.16k的降低，明顯受到了雜質氣體的影響。表1本發明濺射鍍膜方法與傳統濺射方式製備薄膜性能對比表tableseeoriginaldocumentpage5權利要求1.一種濺射鍍膜裝置，其特徵在於，包括真空室、濺射系統、真空泵，所述真空泵包括氣體捕集式真空泵和非氣體捕集式真空泵，所述氣體捕集式真空泵直接設置在真空室內，或設置在一與真空室相連的隔腔中，該隔腔與真空室之間設置有超高真空閥門。2.如權利要求l所述的一種賊射鍍膜裝置，其特徵在於，所述氣體捕集式真空泵為吸氣劑泵。3.如權利要求l所述的一種濺射鍍膜裝置，其特徵在於，根據所生長的薄膜材料不同，所述濺射系統為》茲控濺射或射頻濺射或反應濺射或離子輔助濺射。4.如權利要求l所述的一種濺射鍍膜裝置，其特徵在於，所述濺射系統包括濺射靶源、氣體輸入控制閥、超高真空閥門、靶電源。5.如權利要求l所述的一種濺射鍍膜裝置，其特徵在於，所述吸氣劑泵中的吸氣劑材料是一種由鋯、釩、鐵組成的合金材料。6.—種賊射方法，其特徵在於，包括以下幾個步驟(1)將吸氣劑泵直接設置在真空室內，或設置在與真空室相連通的隔腔中，利用非氣體捕集式真空泵將真空室抽至滿足吸氣劑泵工作要求的真空狀態(2)開啟吸氣劑泵，關閉非氣體捕集式真空泵；(3)向真空室內輸入工作氣體至滿足濺射所需的工作氣尿(4)關斷輸入氣體流，並等待10-20分鐘，待工作氣體被吸氣劑泵純化後，啟動濺射系統，進行濺射鍍膜。7.如權利要求6所述的一種濺射方法，其特徵在於，步驟(1)中所述真空室內的真空度至少低於lxlO—PaL/s,以保證吸氣劑泵的正常工作。8.如權利要求6所述的一種濺射方法，其特徵在於，根據所生長的薄膜的材料的不同，輸入工作氣體至0.1-10帕以維持穩定的輝光。9.如權利要求6所述的一種濺射方法，其特徵在於，所述工作氣體為惰性氣體，如Ar氣、Kr氣或者Ne氣。全文摘要本發明公開了一種濺射鍍膜裝置和方法，該裝置包括真空室、濺射系統、真空泵，所述真空泵包括氣體捕集式真空泵和非氣體捕集式真空泵，所述氣體捕集式真空泵直接設置在真空室內，或設置在一與真空室相連的隔腔中，該隔腔與真空室之間設置有超高真空閥門。本發明所提供的濺射方法，在濺射裝置中加入了吸氣劑泵，將工作氣體進一步純化，大大降低了活性氣體對薄膜材料的汙染，提高了薄膜的生長質量，特別是對於一些活性較強的材料有很明顯的效果。另外由於不需要持續輸入工作氣體，也大大節省了工作氣體的用量，節約了成本。文檔編號C23C14/34GK101270466SQ20081010631公開日2008年9月24日申請日期2008年5月12日優先權日2008年5月12日發明者宋小會,張殿琳,金貽榮申請人:中國科學院物理研究所