一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置和方法与流程

本发明涉及一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置和方法，涉及薄膜沉积。

背景技术：

1、磁过滤阴极真空电弧(fcva)作为一种制备高质量薄膜的方法，其包括阴极电弧源、磁过滤单元和基材，阴极电弧源用于发生弧光放电，并释放阴极靶等离子体，阴极靶等离子体通过磁过滤单元后在负偏置电压的吸引下沉积至基材表面成膜，磁过滤单元用于过滤不带电的颗粒，提高等离子体的传输效率，制备得到的致密且平整光滑的薄膜。

2、fcva技术中包括对基材的刻蚀处理，以去除基材表面的污染物，提高薄膜与基材的结合力。刻蚀工艺主要包括离子束刻蚀和辉光刻蚀，其中，离子刻蚀需配备额外的等离子体源，设备整体结构设计复杂，制造成本高，且由于气体离化率有限，导致刻蚀效率低；辉光刻蚀无需额外等离子体源，但需要配备高频脉冲或射频偏压电源，无形中增加成本，同时由于负脉冲持续时间短，离子无法获得较高能量，导致刻蚀效果差。

3、对于高机械性能、难抛光的基体材料，如硬质合金等，高效的刻蚀工艺对基体表面质量和后续的沉积镀膜至关重要。

技术实现思路

1、本发明提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置，通过在阴极电弧源和磁过滤单元之间设置阳极环，并向阳极环施加正电压，实现对基材表面的高效刻蚀。

2、本发明还提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜方法，使用上述装置进行。

3、本发明第一方面提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置，包括阴极电弧源、连接直管、阳极环、磁过滤单元、真空腔体和控制单元；

4、所述阴极电弧源用于发生弧光放电，并释放阴极靶等离子体；所述连接直管的入口与所述阴极电弧源连接，使所述阴极电弧源释放的阴极靶等离子体进入所述连接直管内，所述连接直管上设置有工作气体输入口；

5、所述连接直管的出口和磁过滤单元的入口之间设置有所述阳极环，所述磁过滤单元的出口与所述真空腔体连通，所述真空腔体内固定设置有基材；

6、所述控制单元用于控制所述阳极环的电压，当所述装置用于刻蚀时，向所述阳极环上施加5～50v的电压，当所述装置用于镀膜时，则关闭所述控制单元对所述阳极环的电压控制。

7、在一种可能的实现方式中，所述阳极环的长度为20mm～100mm。

8、在一种可能的实现方式中，所述装置还包括绝缘环，所述绝缘环设置在所述阳极环与连接直管之间，以及所述阳极环与磁过滤单元之间。

9、在一种可能的实现方式中，所述阳极环的环壁上设置有冷却管，所述冷却管用于输入冷却液，对所述阳极环进行冷却。

10、在一种可能的实现方式中，所述磁过滤单元包括磁过滤管道和电磁线圈，所述磁过滤管道包括依次连接的第一直管、第二直管和第三直管，所述第二直管和第一直管、第三直管之间具有夹角；

11、所述电磁线圈环绕设置在所述第一直管、第二直管和第三直管的管壁，通过所述控制单元控制所述电磁线圈的中心磁场为30gs～200gs。

12、在一种可能的实现方式中，所述真空腔体内设置有转架和偏压电极，所述转架用于固定所述基材，所述偏压电极与所述转架连接；

13、通过所述控制单元向所述偏压电极上施加-300～-1000v的直流偏置电压。

14、在一种可能的实现方式中，所述阴极电弧源包括引弧针和靶材，所述引弧针的一端设置在所述靶材表面上方；

15、通过所述控制单元向所述引弧针施加40～100a的电流。

16、在一种可能的实现方式中，所述阴极电弧源还包括永久磁铁，所述永久磁铁设置在所述靶材后端，所述永久磁铁在靶材表面的磁场强度为5gs～30gs。

17、在一种可能的实现方式中，所述连接直管的长度为50mm～100mm。

18、本发明第二方面提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜方法，使用上述任一所述的装置进行，包括如下步骤：

19、将基材固定设置在所述真空腔体内，并使所述真空腔体内为真空环境；

20、通过工作气体输入口向阴极电弧源的阴极靶等离子体产生区输入工作气体，打开所述控制单元并向所述阳极环施加5～50v的电压，使工作气体电离出的离子轰击基材表面，进行刻蚀处理；

21、待刻蚀处理结束后，关闭所述控制单元对阳极环电压的控制，进行镀膜处理。

22、本发明在连接直管和磁过滤单元之间设置阳极环，通过向阳极环施加正电压，吸引靶材和工作气体电离出的电子，使得电子在飞向阳极环的过程中碰撞工作气体产生更多的电离，增加离子比例和气体离化率，实现高能离子轰击基材，提高刻蚀效果；同时，在刻蚀完成后，通过关闭对阳极环的控制，可实现常规镀膜操作，实现刻蚀与沉积一体化。

技术特征：

1.一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置，其特征在于，包括阴极电弧源、连接直管、阳极环、磁过滤单元、真空腔体和控制单元；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极环的长度为20mm～100mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括绝缘环，所述绝缘环设置在所述阳极环与连接直管之间，以及所述阳极环与磁过滤单元之间。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极环的环壁上设置有冷却管，所述冷却管用于输入冷却液，对所述阳极环进行冷却。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁过滤单元包括磁过滤管道和电磁线圈，所述磁过滤管道包括依次连接的第一直管、第二直管和第三直管，所述第二直管和第一直管、第三直管之间具有夹角；

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述真空腔体内设置有转架和偏压电极，所述转架用于固定所述基材，所述偏压电极与所述转架连接；

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极电弧源包括引弧针和靶材，所述引弧针的一端设置在所述靶材表面上方；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阴极电弧源还包括永久磁铁，所述永久磁铁设置在所述靶材后端，所述永久磁铁在靶材表面的磁场强度为5gs～30gs。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接直管的长度为50mm～100mm。

10.一种磁过滤阴极真空电弧镀膜方法，其特征在于，使用权利要求1～9任一项所述的装置进行，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置和方法。本发明第一方面提供一种磁过滤阴极真空电弧镀膜装置，包括设置于连接直管和磁过滤单元之间的阳极环，通过向阳极环施加正电压，吸引阴极靶材和工作气体电离出的电子，使得电子在飞向阳极环的过程中碰撞工作气体产生更多的电离，增加气体离子比例和气体离化率，实现高能离子轰击基材，提高刻蚀效果；在刻蚀完成后，关闭对阳极环的控制，可实现常规镀膜操作。因此，本发明提供的装置和方法，仅通过工艺参数的调整，实现刻蚀与沉积一体化，简化了整机结构设计，节约了制造成本。

技术研发人员：刘春敏,罗振东,叶海水
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21