一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于材料表面改性領(lǐng)域，具體為一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，用于控制陰極弧斑運動速度，約束等離子體的傳輸，提高薄膜的沉積速率和沉積均勻性，減少靶材表面大顆粒的噴射，提高靶材刻蝕均勻性。電弧離子鍍裝置設(shè)置有兩套磁場發(fā)生裝置，一套置于靶材后面，另一套置于等離子體傳輸通道外側(cè)，通過兩套磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場輔助對基體表面進行薄膜沉積。本實用新型通過兩套耦合的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場，可以減少靶材表面大顆粒的發(fā)射和薄膜中大顆粒的數(shù)量，解決了傳統(tǒng)工藝等離子體在傳輸空間上的不均勻性，提高了等離子體的利用率，增加了薄膜的沉積速率與薄膜厚度均勻性，為制備各種高性能的薄膜提供有效保障。
【專利說明】一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實用新型屬于材料表面改性領(lǐng)域，具體為一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，用以提高弧斑運動速度，減少靶材表面大顆粒發(fā)射，提高薄膜的沉積速率與沉積均勻性。
【背景技術(shù)】:
[0002]電弧離子作為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的物理氣相沉積(PVD)技術(shù)之一，由于其離化率高，入射粒子能量高，繞射性好，可實現(xiàn)低溫沉積等一系列優(yōu)點，使電弧離子鍍技術(shù)得到快速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用。但是，由于電弧離子鍍中大顆粒的存在，嚴重影響了涂層和薄膜的性能和壽命。因此，有關(guān)如何解決陰極電弧鍍中大顆粒問題對陰極電弧的發(fā)展影響很大，成為阻礙電弧離子鍍技術(shù)更深入廣泛應(yīng)用的瓶頸問題。而磁過濾技術(shù)是在等離子體傳輸過程中將大顆粒排除掉的方法，是等癥狀出現(xiàn)以后用來治標而不治本的方法，因此是一種消極的方法。
[0003]真空電弧放電實際上是一系列電弧事件，電弧陰極斑點及弧根的運動決定了整個電弧的運動，相鄰弧斑的次第燃起和熄滅構(gòu)成了弧斑的運動。盡管對弧斑內(nèi)部結(jié)構(gòu)還沒有確切了解，但為了提高放電過程穩(wěn)定性及沉積薄膜質(zhì)量，必須對弧斑運動進行合理的控制。而弧斑的聚集與運動速度過慢是陰極靶材表面產(chǎn)生大顆粒發(fā)射的主要原因。目前的電弧離子鍍技術(shù)主要是采用在靶材附件施加磁場來控制弧斑的運動，以提高電弧放電穩(wěn)定性。
[0004]中國專利200810010762.4公開了一種新的電弧離子鍍裝置(多模式可編程調(diào)制的旋轉(zhuǎn)橫向磁場控制的電弧離子鍍裝置)，通過在靶材附近設(shè)置一個多模式可編程調(diào)制的旋轉(zhuǎn)橫向磁場發(fā)生裝置，利用該裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)橫向磁場來改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，減少靶材表面大顆粒的發(fā)射。盡管利用該裝置沉積的薄膜表面大顆粒明顯減少，但是不同位置處薄膜的沉積均勻性仍有待改善。
[0005]中國專利200710158829.4公開了一種磁場增強的電弧離子鍍沉積工藝，通過設(shè)置兩套磁場發(fā)生裝置，一套放置于靶材后面，另一個放置于真空室內(nèi)，通過兩套耦合的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場輔助對基體進行沉積。利用該工藝使得薄膜表面大顆粒明顯減少，薄膜沉積均勻性也有改善，但是在真空室內(nèi)設(shè)置的電磁場線圈在電弧等離子體空間易發(fā)生電荷累積及薄膜沉積過程中帶來的高溫烘烤，其穩(wěn)定性大大降低。因此，既要通過磁場控制弧斑運動以減少靶材表面大顆粒發(fā)射，又要解決等離子體傳輸過程中的均勻性仍存在一定困難。
實用新型內(nèi)容:
[0006]為了解決以上問題，本實用新型旨在提供一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，用以提高弧斑運動速度，減少靶材表面大顆粒發(fā)射，提高薄膜的沉積速率與沉積均勻性。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是(見權(quán)利要求書):
[0008]本實用新型的核心思想是:
[0009]為了有效改善靶材表面大顆粒發(fā)射，在靶材后面設(shè)置電磁場發(fā)生裝置，利用電磁場對弧斑的運動進行控制，提高弧斑運動速度；在等離子體束流從陰極靶材表面噴射出來后，即采用磁場與等離子體的交互作用，對等離子體束流進行聚焦與約束，以減少等離子體在傳輸過程中的損失程度，以實現(xiàn)等離子體對基體表面薄膜沉積的均勻性。此外，為了加強離子與基體的良好結(jié)合，在基體表面設(shè)置脈沖電場，在管壁施加脈沖負偏壓對正離子進行加速，以保證薄膜與基體的良好結(jié)合。
[0010]本實用新型的有益效果是:
[0011]1、本實用新型采用兩套磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場，減少了靶材表面大顆粒的發(fā)射和薄膜表面大顆粒的數(shù)量，提高了薄膜質(zhì)量。同時，還解決了傳統(tǒng)工藝中等離子體傳輸過程的不均勻性，提高了薄膜的沉積速率和沉積均勻性。
[0012]2、本實用新型中放置于靶材后面的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁控可以控制弧斑的運動速度，提高靶面橫向磁場分量的大小，減少靶材表面大顆粒的發(fā)射，并通過改變線圈電流的形式如交流電，可以使弧斑在整個靶面上均勻運行，提高靶材利用率。
[0013]3、本實用新型中兩套磁場的耦合使用，可以改善等離子體在傳輸過程中的空間分布。通過調(diào)節(jié)放置于真空室外側(cè)的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場大小，可以改變基體處離子的密度及分布，進而控制薄膜質(zhì)量及性能。
[0014]4、本實用新型中放置于真空室外側(cè)的磁場發(fā)生裝置，可以在等離子體從靶面噴射出來后即進行聚焦約束，減少等離子體沉積到真空室壁的損失，提高等離子體密度與空間分布均勻性，進而提高薄膜沉積速率及沉積均勻性。
[0015]5、本實用新型的磁控電弧離子鍍復合沉積工藝配合在基體上施加脈沖偏壓使用，可以擴大工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍，為制備不同性能的薄膜提供保障。同時，可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)達到制備高質(zhì)量薄膜的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1是本實用新型的采用均勻磁場`和電場增強的磁控電弧離子鍍復合工藝沉積
>J-U ρ?α裝直。
[0017]圖2是本實用新型的采用梯度磁場和電場增強的磁控電弧離子鍍復合工藝沉積裝置；其中，梯度磁場由若干個電磁線圈組成，磁感應(yīng)強度分別調(diào)整，且其大小沿著等離子體束流方向逐漸減小。
[0018]圖中:I真空室，2等離子體約束電磁線圈支撐圓筒，3等離子體約束電磁線圈，4靶材，5引弧針，6引弧線圈，7出水管，8進水管，9弧斑約束電磁線圈，10弧斑約束電磁線圈支撐圓筒，11鍍鎳純鐵，12水冷套，13脈沖偏壓電源，14工件，15工件臺。
【具體實施方式】:
[0019]本實用新型是通過在電弧離子鍍過程中采用弧斑約束磁場控制弧斑的運動速度及運動軌跡，以減少靶材表面大顆粒發(fā)射；采用等離子體約束磁場以約束等離子體的傳輸及等離子體束流運動軌跡，以提高等離子體的傳輸效率、薄膜沉積速率及沉積均勻性；利用電場對等離子體實現(xiàn)加速定向流動，以提高膜基結(jié)合強度，從而實現(xiàn)等離子體在工件表面沉積高質(zhì)量薄膜的目的。
[0020]本實用新型采用金屬純鈦靶(也可以是其它金屬或合金靶材)，將工件清洗干燥后固定于電弧離子鍍沉積裝置的工件臺上，抽真空至真空室內(nèi)真空度達到5X10_3Pa~I X IO^2Pa時，通氬氣、氣壓控制在0.5~2Pa之間，調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.1~5A，聚束磁場線圈電流為0.5~10A，磁感應(yīng)強度范圍為10~2000高斯，工件加負偏壓-500V~-1000V范圍，對工件進行輝光清洗5~30分鐘；然后，調(diào)整Ar氣流量，使真空室氣壓調(diào)整為0.5~1.0Pa,同時開啟靶弧，對樣品繼續(xù)進行靶離子轟擊I~10分鐘；首先調(diào)整基體偏壓為-100~-600V范圍，通氮氣、調(diào)整氣壓為0.1~1.0Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.2~4A，聚束磁場線圈電流為0.5~10A，磁感應(yīng)強度范圍為10~2000高斯，鍍膜時間為20~120分鐘。沉積結(jié)束后，迅速關(guān)閉基體偏壓，關(guān)閉靶弧電源開關(guān)，停止氣體通入，繼續(xù)抽真空至工件隨爐冷卻至80°C以下，鍍膜過程結(jié)束，打開真空室，取出工件。
[0021]本實用新型中，在電弧離子鍍沉積裝置設(shè)置有兩套磁場發(fā)生裝置，一套放在真空室外靶材的后面，即用弧斑約束電磁線圈產(chǎn)生的磁場控制弧斑運動速度及運動軌跡；另一套放置于真空室外等離子體的傳輸通道上，通過等離子體約束電磁線圈產(chǎn)生的磁場對等離子體束流進行聚焦，約束等離子體束流傳輸時的橫截面直徑和傳輸效率；利用電場對等離子體實現(xiàn)加速定向流動，即在工件上施加脈沖負偏壓，利用脈沖負偏壓產(chǎn)生的偏壓電場對正離子進行加速，以提高薄膜與工件的結(jié)合強度。
[0022]本實用新型中，放置于真空室外靶材后面的磁場發(fā)生裝置為一個電磁線圈，線徑
0.5~2.5mm,纏繞密度為20~100阻/mm,電磁線圈用支撐筒支撐,支撐筒內(nèi)徑為200~400mm,長度為 200 ~400mm。[0023]本實用新型中，放置于真空室外等離子體傳輸通道上的磁場發(fā)生裝置為一個電磁線圈，線徑0.3~2.5mm,纏繞密度為10~100阻/mm,電磁線圈用支撐筒支撐,支撐筒內(nèi)徑為200~400mm，長度為200~500mm，通過調(diào)節(jié)電磁線圈電流的大小來調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強度的大小。
[0024]本實用新型中，電磁線圈的電流形式是直流、交流或脈沖的，電流大小通過調(diào)壓電源調(diào)節(jié)。
[0025]本實用新型中，在工件內(nèi)部設(shè)置的脈沖電場為以工件作為脈沖電場負極，真空室壁作為正極，從而構(gòu)成一個脈沖電場，對等離子體進行定向加速。
[0026]本實用新型中，在工件內(nèi)部設(shè)置的脈沖電場需要使用脈沖偏壓電源，偏壓幅值100~1500V，頻率為10~IOOkHz，占空比為10~80%連續(xù)可調(diào)。
[0027]實施例1
[0028]本實施例中，電弧離子鍍膜裝置如圖1所示，電弧離子鍍裝置主要包括:真空室1、等離子體約束電磁線圈支撐圓筒2、等離子體約束電磁線圈3、靶材4、引弧針5、引弧線圈6、出水管7、進水管8、弧斑約束電磁線圈9、弧斑約束電磁線圈支撐圓筒10、鍍鎳純鐵11、水冷套12、脈沖偏壓電源13、工件14、工件臺15等，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0029]靶材4的一端伸至真空室I內(nèi)，靶材4的另一端設(shè)置水冷套12，水冷套12連有出水管7、進水管8，形成靶材4的循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)。真空室I內(nèi)的引弧針5—端與靶材4相對應(yīng)，引弧針5的另一端與引弧線圈6連接。靶材4通過靶材電源加電后，采用引弧線圈6產(chǎn)生的電磁場吸引引弧針5與靶材4表面接觸，接觸瞬間產(chǎn)生的短路電流將弧斑引燃，隨后產(chǎn)生連續(xù)的弧斑；在靶材4后面設(shè)置有弧斑約束電磁線圈9，并由位于弧斑約束電磁線圈9內(nèi)側(cè)的弧斑約束電磁線圈支撐圓筒10支撐，弧斑約束電磁線圈9和弧斑約束電磁線圈支撐圓筒10中間設(shè)置鍍鎳純鐵11，以增強弧斑約束電磁線圈9產(chǎn)生的磁場；在等離子體傳輸通道的真空室I外側(cè)設(shè)置等離子體約束電磁線圈3，并由位于等離子體約束電磁線圈3內(nèi)側(cè)的等離子體約束電磁線圈支撐圓筒2支撐，通過等離子體約束電磁線圈3產(chǎn)生的磁場對等離子體傳輸進行約束控制；在真空室I中設(shè)置工件臺15，工件14固定于工件臺15上；在工件臺15上連接脈沖偏壓電源13，脈沖偏壓電源13的負極接工件臺15，其正極接真空室I的外壁。
[0030]本實施例中，等離子體約束電磁線圈3產(chǎn)生的磁場為均勻磁場，均勻磁場是指放置于真空室外等離子體傳輸通道上的磁場發(fā)生裝置為一個電磁線圈，電磁線圈的線徑、纏繞密度相同等參數(shù)相同，其特點是可以在管狀工件內(nèi)部等效位置處(即距離軸向不同位置處)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度基本相同，且等效位置處的磁感應(yīng)強度不隨軸向深度的變化而變化。
[0031]基材采用高速鋼(牌號為W18Cr4V)，試樣尺寸為20mmX IOmmX 10mm，鍍膜面尺寸為20mmX10mm。鍍膜前基材表面先經(jīng)過研磨、拋光、超聲清洗、干燥后，放入真空室工件臺上。本實施例中，靶材為純鈦靶。抽真空至真空室內(nèi)真空度達到5X KT3Pa時，通氬氣、氣壓控制在1.0Pa，調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為3.0A，等離子體約束電磁線圈電流為5.0A，磁感應(yīng)強度分別為500高斯與800高斯，工件加脈沖負偏壓-600V，對工件進行輝光清洗10分鐘；然后，調(diào)整Ar氣流量，使真空室氣壓調(diào)整為0.5Pa，同時開啟鈦弧，對樣品繼續(xù)進行鈦離子轟擊6分鐘；首先調(diào)整基體偏壓為-400V范圍，通氮氣、調(diào)整氣壓為0.4Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.5A，等離子體約束電磁線圈電流為8.0A，磁感應(yīng)強度分別為200高斯與1200高斯，鍍膜時間為60分鐘。沉積結(jié)束后，迅速關(guān)閉基體偏壓，關(guān)閉鈦弧電源開關(guān)，停止氣體通入，繼續(xù)抽真空至工件隨爐冷卻至80°C以下，鍍膜過程結(jié)束，打開真空室，取出工件。
[0032]本實施例可以在高速鋼工件上沉積致密的TiN薄膜，TiN薄膜的厚度為3.1 μ m，薄膜顯微硬度達到22GPa，膜基結(jié)合強度為65N，工件鍍膜后能顯著提高其耐磨和耐腐蝕性倉泛。
[0033]實施例2
[0034]與實施例1的不同之處是，等離子體約束電磁線圈3由若干個電磁線圈組成，這些電磁線圈的磁感應(yīng)強度分別調(diào)整，且其大小沿著等離子體束流方向逐漸減小。其具體的沉積裝置如圖2所示，與圖1不同之處在于，本實施例工件等離子體約束電磁線圈3的磁場采用梯度磁場，梯度磁場是指放置于等離子體傳輸通道上真空室外的磁場發(fā)生裝置為4個電磁線圈，電磁線圈的線徑、纏繞密度等參數(shù)相同，這些電磁線圈的磁感應(yīng)強度通過分別調(diào)整其電磁線圈電流的大小來實現(xiàn)，且其磁感應(yīng)強度大小沿著等離子體束流方向逐漸減小，從而構(gòu)成一個梯度磁場。梯度磁場是相對于均勻磁場而言的，其特點是在等離子體傳輸通道軸向內(nèi)部等效位置處(即距離軸向不同位置處)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度隨著與靶材距離的變化逐漸減小，而呈梯度變化。
[0035]基材采用高速鋼(牌號為W18Cr4V)，試樣尺寸為30mmX 20mmX 10mm，鍍膜面尺寸為30mmX20mm。鍍膜前基材表面先經(jīng)過研磨、拋光、超聲清洗、干燥后，放入真空室工件臺上。本實施例中，靶材為純鈦靶。抽真空至真空室內(nèi)真空度達到6X KT3Pa時，通氬氣、氣壓控制在1.2Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為3.6A，其磁感應(yīng)強度為500高斯；調(diào)節(jié)等離子體約束電磁線圈(隨著與靶材距離增加)電流分別為5.0A、4.5A、4.0A、3.5A，磁感應(yīng)強度分別為800高斯、700高斯、600高斯及500高斯，工件加脈沖負偏壓-600V，對工件進行輝光清洗10分鐘；然后，調(diào)整Ar氣流量，使真空室氣壓調(diào)整為0.5Pa，同時開啟鈦弧，對樣品繼續(xù)進行鈦離子轟擊6分鐘；首先調(diào)整基體偏壓為-400V范圍，通氮氣、調(diào)整氣壓為0.4Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.5A，等離子體約束電磁線圈電流分別為8.0A、7.0A、6.0A及
5.0A，磁感應(yīng)強度分別為1200高斯、1050高斯、900高斯及750高斯，鍍膜時間為60分鐘。沉積結(jié)束后，迅速關(guān)閉基體偏壓，關(guān)閉鈦弧電源開關(guān)，停止氣體通入，繼續(xù)抽真空至工件隨爐冷卻至80°C以下，鍍膜過程結(jié)束，打開真空室，取出工件。
[0036]本實施例可以在高速鋼工件上沉積致密的TiN薄膜，TiN薄膜的厚度為3.2 μ m，薄膜顯微硬度達到23GPa，膜基結(jié)合強度為68N，工件鍍膜后能顯著提高其耐磨和耐腐蝕性倉泛。
[0037]實施例3
[0038]本實施例采用如圖1所示的電弧離子鍍裝置，基材采用硬質(zhì)合金(牌號為YT5)，試樣尺寸為20mmX IOmmX IOmm,鍍膜面尺寸為20mmX10mm。鍍膜前基材表面先經(jīng)過研磨、拋光、超聲清洗、干燥后，放入真空室工件臺上。本實施例中，靶材為鈦鋁(50at.%:50at.%)合金靶。抽真空至真空室內(nèi)真空度達到5X10_3Pa時，通氬氣、氣壓控制在1.0Pa，調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為3.0A，等離子體約束電磁線圈電流為5.0A，磁感應(yīng)強度分別為500高斯與800高斯，工件加脈沖負偏壓-600V，對工件進行輝光清洗10分鐘；然后，調(diào)整Ar氣流量，使真空室氣壓調(diào)整為0.5Pa，同時開啟鈦鋁弧，對樣品繼續(xù)進行鈦、鋁離子轟擊6分鐘；首先調(diào)整基體偏壓為-400V范圍，通氮氣、調(diào)整氣壓為0.4Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.5A，等離子體約束電磁線圈電流為8.0A，磁感應(yīng)強度分別為200高斯與1200高斯，鍍膜時間為60分鐘。沉積結(jié)束后，迅速關(guān)閉基體偏壓，關(guān)閉鈦鋁弧電源開關(guān)，停止氣體通入，繼續(xù)抽真空至工件隨爐冷卻至80°C以下，鍍膜過程結(jié)束，打開真空室，取出工件。
[0039]本實施例可以在硬質(zhì)合金工件上沉積致密的T1-Al-N薄膜，T1-Al-N薄膜的厚度為3.6 μ m，薄膜顯微硬度達到30GPa，膜基結(jié)合強度為60N，工件鍍膜后能顯著提高其耐磨和耐腐蝕性能。
[0040]實施例4
[0041]本實施例采用如圖2所示的電弧離子鍍裝置，基材采用高速鋼(牌號為W6Mo5Cr4V2Al),試樣尺寸為20mmX IOmmX IOmm,鍛膜面尺寸為20mmX10mm。鍛膜前基材表面先經(jīng)過研磨、拋光、超聲清洗、干燥后，放入真空室工件臺上。本實施例中，靶材為鈦鋁(50at.%:50at.%)合金靶。抽真空至真空室內(nèi)真空度達到6X 10_3Pa時，通氬氣、氣壓控制在1.2Pa，調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為3.6A，磁感應(yīng)強度為500高斯，等離子體約束電磁線圈(隨著與靶材距離增加)電流分別為5.0A、4.5A、4.0A、3.5A，磁感應(yīng)強度分別為800高斯、700高斯、600高斯及500高斯，工件加脈沖負偏壓-600V，對工件進行輝光清洗10分鐘；然后，調(diào)整Ar氣流量，使真空室氣壓調(diào)整為0.5Pa，同時開啟鈦鋁弧，對樣品繼續(xù)進行鈦、鋁離子轟擊6分鐘；首先調(diào)整基體偏壓為-400V范圍，通氮氣、調(diào)整氣壓為0.4Pa ;調(diào)節(jié)弧斑約束電磁線圈電流為0.5A，等離子體約束電磁線圈電流分別為8.0A、7.0A、6.0A及5.0A，磁感應(yīng)強度分別為1200高斯、1050高斯、900高斯及750高斯，鍍膜時間為60分鐘。沉積結(jié)束后，迅速關(guān)閉基體偏壓，關(guān)閉鈦鋁弧電源開關(guān)，停止氣體通入，繼續(xù)抽真空至工件隨爐冷卻至80°C以下，鍍膜過程結(jié)束，打開真空室，取出工件。
[0042]本實施例可以在高速鋼工件上沉積致密的T1-Al-N薄膜，T1-Al-N薄膜的厚度為3.4 μ m，薄膜顯微硬度達到32GPa，膜基結(jié)合強度為58N，工件鍍膜后能顯著提高其耐磨和耐腐蝕性能。
[0043]實施例結(jié)果表明，本實用新型中的電弧離子鍍裝置設(shè)置有兩套磁場發(fā)生裝置，一套置于靶材后面，另一套置于等離子體傳輸通道外側(cè)，通過兩套磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場輔助對基體表面進行薄膜沉積。本實用新型通過兩套耦合的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場，可以減少靶材表面大顆粒的發(fā)射和薄膜中大顆粒的數(shù)量，解決了傳統(tǒng)工藝等離子體在傳輸空間上的不均勻性，提高了等離子體的利用率，增加了薄膜的沉積速率與薄膜厚度均勻性，為制備各種高性能的薄膜提供了有效保障。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，電弧離子鍍沉積裝置設(shè)有兩套磁場發(fā)生裝置:一套磁場發(fā)生裝置I置于靶材后面，稱為弧斑約束磁場發(fā)生裝置；另一套磁場發(fā)生裝置II置于真空室外的等離子體傳輸通道外側(cè)，稱為等離子體約束磁場發(fā)生裝置；通過兩套磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的耦合磁場，輔助對基體表面進行薄膜沉積。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，放置于靶材后面的磁場發(fā)生裝置I為磁場線圈。
3.按照權(quán)利要求1所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，放置于真空室外的磁場發(fā)生裝置II為磁場增強線圈，磁場增強線圈放置于等離子體傳輸通道外側(cè)的支撐圓筒上，沿圓筒軸向分布。
4.按照權(quán)利要求1所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，放置于真空室外的磁場發(fā)生裝置II為梯度磁場增強線圈，該梯度磁場增強線圈由兩個或兩個以上磁場增強線圈構(gòu)成，磁場線圈的匝數(shù)隨著與靶材距離的增加而逐漸減少，磁場增強線圈均放置于圓筒形真空室外，沿圓筒狀真空室軸向分布。
5.按照權(quán)利要求1、3或4所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，放置于真空室外側(cè)的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場極性，與放置于祀材后面的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場極性相同。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，放置于靶材后面的磁場發(fā)生裝置，與放置于真空室外側(cè)的磁場發(fā)生裝置的線圈電流大小通過調(diào)節(jié)電源調(diào)節(jié)。
7.按照權(quán)利要求1所述 的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，電弧離子鍍沉積裝置包括:真空室、等離子體約束電磁線圈支撐圓筒、等離子體約束電磁線圈、靶材、引弧針、引弧線圈、出水管、進水管、弧斑約束電磁線圈、弧斑約束電磁線圈支撐圓筒、鍍鎳純鐵、水冷套、脈沖偏壓電源、工件、工件臺，具體結(jié)構(gòu)如下: 靶材的一端伸至真空室內(nèi)，靶材的另一端設(shè)置水冷套，水冷套連有出水管、進水管，形成靶材的循環(huán)水冷結(jié)構(gòu)；真空室內(nèi)的引弧針一端與靶材相對應(yīng)，引弧針的另一端與引弧線圈連接；靶材通過靶材電源加電后，采用引弧線圈產(chǎn)生的電磁場吸引引弧針與靶材表面接觸，接觸瞬間產(chǎn)生的短路電流將弧斑引燃，隨后產(chǎn)生連續(xù)的弧斑；在靶材后面設(shè)置有弧斑約束電磁線圈，并由位于弧斑約束電磁線圈內(nèi)側(cè)的弧斑約束電磁線圈支撐圓筒支撐，弧斑約束電磁線圈和弧斑約束電磁線圈支撐圓筒中間設(shè)置鍍鎳純鐵，以增強弧斑約束電磁線圈產(chǎn)生的磁場；在等離子體傳輸通道的真空室外側(cè)設(shè)置等離子體約束電磁線圈，并由位于等離子體約束電磁線圈內(nèi)側(cè)的等離子體約束電磁線圈支撐圓筒支撐，通過等離子體約束電磁線圈產(chǎn)生的磁場對等離子體傳輸進行約束控制；在真空室中設(shè)置工件臺，工件固定于工件臺上；在工件臺上連接脈沖偏壓電源，脈沖偏壓電源的負極接工件臺，其正極接真空室的外壁。
8.按照權(quán)利要求1所述的磁控電弧離子鍍復合沉積裝置，其特征在于，等離子體約束電磁線圈的磁場采用梯度磁場，梯度磁場是指放置于等離子體傳輸通道上真空室外的磁場發(fā)生裝置為四個或四個以上電磁線圈，電磁線圈的線徑、纏繞密度等參數(shù)相同，這些電磁線圈的磁感應(yīng)強度通過分別調(diào)整其電磁線圈電流的大小來實現(xiàn)，且其磁感應(yīng)強度大小沿著等離子體束流方向逐漸減小，從而構(gòu)成一個梯度磁場；在等離子體傳輸通道軸向內(nèi)部等效位置處，即距離軸向不同位置處產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強度隨著與靶材距離的變化逐漸減小，而呈梯 度變化。
【文檔編號】C23C14/46GK203498466SQ201320661704
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】趙彥輝, 肖金泉, 于寶海, 華偉剛, 宮駿, 孫超 申請人:中國科學院金屬研究所