圆筒式磁控溅射靶的磁场仿真与结构设计

目的探究一种可用于实现圆柱形工件外表面镀膜设备的可能性,设计了一种新型的圆筒式磁控溅射靶结构,溅射在圆筒状靶材内表面发生,从整个圆周方向对工件外表面镀膜,以改善传统长管工件镀膜设备体积庞大、结构复杂的不足。方法首先对圆筒式磁控溅射靶进行初始结构设计,再运用有限元分析软件COMSOL中静磁无电流仿真模块,通过控制变量法对溅射靶内部冷却背板厚度d1、内磁环轴向高度h1、内磁环径向宽度Δr1、外磁环轴向高度h2、外磁环径向宽度Δr2以及内外磁环间距d2不同结构参数下的靶面水平磁感应强度值进行仿真与研究。在此基础上进行磁场优化并设计出溅射靶的理想磁铁结构参数。结果计算结果表明,当冷却背板厚度为13 mm,外磁环内径为266 mm、外径为310 mm、厚度为20 mm,内磁环内径为270 mm、外径为310 mm、厚度为22 mm,内外磁环间距为50 mm时,距靶面上方3 mm处最大水平磁感应强度为40 mT,磁场分布均匀区域可达40%左右。结论此外考虑溅射靶内部的水冷、密封以及绝缘结构,最终设计的圆筒式磁控溅射靶整体高384 mm,最大直径432 mm,结构紧凑可靠,为长管工件外表面金属薄膜的制备提出了一种新的磁控溅射靶结构。

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。

磁约束磁控溅射源的工作特性测试

为了提高靶材利用率，将磁约束原理应用在磁控溅射技术中，设计了一款直流矩形平面磁控溅射源．测量了磁约束磁控溅射源原理样机靶面磁场强度，研究了不同工作真空度下的伏安特性以及磁控溅射电源工作在不同模式下靶电压与工作真空度之间的关系，确定了磁控溅射源正常工作时的最佳工艺参数，为磁约束磁控溅射源原理样机的结构改进提供依据．实验表明：磁控溅射靶稳定工作的电压范围是300-700V，靶电流可达到1．2A，最高工作真空度为2Pa．

直流磁过滤电弧源沉积氧化铝薄膜的研究

采用直流磁过滤电弧源技术,在K9玻璃基底上制备氧化铝薄膜,研究了沉积时的氧气分量和阴极靶电流对薄膜折射率、沉积速率、消光系数和表面粗糙度的影响。结果表明:薄膜折射率、沉积速率和消光系数均随着氧气分量的增加而降低,随着阴极靶电流的升高而增加;薄膜表面粗糙度则随氧气分量或阴极靶电流的增加,呈先减小、后增大的趋势。分析认为,主要是因为随着氧气分量和阴极靶电流的变化,基底表面铝原子和氧气的比例发生了改变,进而影响到薄膜的相关性能。

氧分压对电弧源制备TiO_2薄膜光学性能和表面形貌的影响

为了寻求更加有效的方法和途径来制备高质量的光学薄膜,以直流磁过滤电弧源(УВНИПА?1-001型等离子体镀膜机)技术作为制备方法镀制TiO2光学薄膜,通过在不同氧分压的条件下制备TiO2光学薄膜.利用椭圆偏振光谱仪研究TiO2薄膜的光学性能,TayloyHobson轮廓仪研究TiO2薄膜的厚度和表面形貌.研究结果表明:制备出的TiO2薄膜随着氧分压的不断提高,在400～1 000nm的波长范围内折射率变化较大,在1 000～1 600nm的波长范围内折射率变化较为平稳;其消光系数在10-3数量级上;TiO2薄膜的吸收较小;TiO2薄膜的厚度和粗糙度呈现出先增大后减小的趋势.在氧分压为1.0Pa时,薄膜的表面未观察到明显的孔洞、裂纹等缺陷,所制备的薄膜致密且稳定性较好.

脉冲真空放电离子密度的测量

由于采用脉冲放电沉积技术能够克服连续电弧离子镀沉积时产生的液滴及负偏压放电的缺点,特别是它在镀制类金刚石薄膜中显示出来的独特性能:不含氢和硬度高,使其在薄膜沉积技术中越来越受到广大研究者的重视。为了更深入地研究薄膜的沉积工艺和薄膜性能之间的关系,迫切需要对脉冲真空放电等离子体的微观参数进行深入透彻的研究,如离子密度及其空间分布等。本文介绍了测量脉冲真空电弧离子源离子密度的方法,并采用该方法测量了脉冲真空电弧离子源离子密度及其空间分布,分析和研究了影响离子空间分布的各种参数。

脉冲源所镀DLC膜成份的分析

类金刚石薄膜(DLC膜)的成份(主要指sp3键和sp2键)是影响薄膜性能如薄膜的机械特性和电阻特性等的重要因素。因此,研究DLC膜的成份是非常必要的。本文介绍用X射线光电子能谱仪(XPS)测量薄膜成份的方法。通过采用脉冲真空电弧离子源研究在各种工艺条件下镀制的DLC膜,发现了影响DLC膜成份的主要因素。

非平衡磁控溅射TiC_xN_(1-x)薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x=0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.

一种监控膜厚的新算法

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关,为了制备出符合要求的光学薄膜产品,在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷,提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算,使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系,并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响,算法精度可控制在2%以内。

电弧离子镀阴极靶材起弧控制电路的设计及仿真

为了清除电弧离子镀接触式引弧容易造成引弧针与靶材粘连的问题,文中采用新式的引弧针非接触式高压脉冲引弧方式优化了阴极靶材的起弧结构.论述了控制电路的实现方案,进行了绝缘栅双极型晶体管的驱动电路、多谐振荡器、电压比较电路的设计,对控制电路环节的性能进行了仿真测试,制作了电路PCB板并对其进行了检测.仿真与实验结果表明:在初次引弧和靶材熄弧时能够生成高压脉冲,而在引弧稳定后可以关闭脉冲信号,符合设计需要,镀膜工作时能够保持靶源电弧的持续稳定,稳定性较高,达到预期效果.

分色滤光片的实现及基本工艺

利用截止滤光片可以实现分色目的，而通过合理设计膜系参数，带通滤光片也可达到类似目的．本文对用于分色的截止和带通滤光片的特点作了对比；并讨论了要从工艺上实现这两类膜系需要解决的基本问题．

脉冲离子镀膜中的脉冲计数

在脉冲真空电弧离子镀膜过程中,膜层厚度的控制至关重要.由其镀膜机理可知,膜层厚度与脉冲放电次数之间成线性正比关系,可以通过对脉冲放电次数进行计数的方法达到控制膜层厚度的目的.然而,脉冲计数的准确性受到很多因素的影响,分析认为主要是由外界电磁干扰和多斑点的产生引起计数的不准确.为此,采用了加入延时电路的方法提高计数的准确性.实验表明,采用这种计数电路减少计数误差是可行的,并能将误差控制在5%的范围内,能够很好的满足薄膜沉积的工艺要求.

Ar/CH_4流量比对a-C∶H薄膜沉积速率及性能的影响

为研究气体流量比对非平衡磁控溅射沉积含氢类金刚石薄膜(Diamond-Like Carbon,DLC)沉积速率及性能的影响,在不同Ar/CH4流量比条件下将a-C∶H沉积在单晶硅基底,采用傅里叶红外光谱、椭偏仪、表面轮廓仪对薄膜的沉积速率、光学特性及表面粗糙度进行研究.实验结果表明:引入甲烷气体后,非平衡磁控溅射沉积a-C∶H薄膜沉积速率大幅度提高;在3～5μm波段硅基底上镀制a-C∶H膜具有良好的红外增透特性,薄膜峰值透射率明显受到Ar/CH4流量比的影响,Ar/CH4流量比1∶3时,制备的a-C∶H峰值透过率可达69.24%;a-C∶H薄膜的折射率和消光系数随着CH4流量的增加而增大;a-C薄膜的粗糙度要优于a-C∶H薄膜,a-C∶H薄膜的粗糙度随厚度的增加而变大.

石油钢板长度在线测试仪

采用光电转换技术，利用单片机对石油钢板长度实现在线测量，通过微型打印机输出与生产有关的汉字信息。

磁约束磁控溅射源工作特性及沉积速率的分析

为了提高靶材的利用率,将磁约束原理应用于磁控溅射技术中.采用直流矩形平面磁控溅射源,测量了磁约束磁控溅射源稳定工作状态下的伏安特性及在恒功率模式下真空度与靶电流之间的关系,研究了沉积速率与Ar气流量、溅射功率等因素之间的关系.确定了磁约束磁控溅射源稳定工作时的最佳工艺参数.实验表明:磁约束磁控溅射源稳定工作的电压范围是400～750 V,工作真空度范围是3.7～4.7 Pa,在Ar气流量为220 sccm时膜层具有最大沉积速率为54.6 nm/min.

直流磁过滤电弧源制备银膜的工艺参数研究

为了探索电弧离子镀技术制备银薄膜中相关的工艺参数,利用直流磁过滤电弧源在K9玻璃和硅片上制备了银膜,通过白光干涉仪和剥离实验对所制备银膜的厚度、表面粗糙度和附着力进行检测,分析靶电流、基片偏压和过渡层对银薄膜沉积速率、粗糙度及附着力等特性的影响.实验结果表明:当靶电流为90.0A时,沉积速率为1.84nm/s,在偏压为+10V时,得到膜层粗糙度为0.535 5nm;利用过渡层的辅助,通过电弧离子镀有效地提高了银膜的附着力.

直流磁过滤电弧源沉积氧化钛薄膜的光学特性

为了探索电弧源离子镀技术制备的氧化钛薄膜的透射率、消光系数和折射率,利用直流磁过滤电弧源在K9玻璃基底上制备了氧化钛薄膜,通过分光光度计和椭偏仪对薄膜的透射率、折射率和消光系数等光学特性和沉积速率进行分析研究.研究结果表明:波长在400～700nm之间,氧化钛薄膜的折射率为2.3389～2.1189;消光系数在10-3数量级上,消光系数小,薄膜吸收小,薄膜峰值透射率接近K9基底的透射率;沉积时间30min,薄膜的厚度是678.2nm,电弧源离子镀技术沉积氧化钛薄膜的平均速率为22.6nm/min.

平面光学元件微位移测量及仿真

为了实现针对平面光学元件的微位移测量,提出了一种新型的基于消光式椭偏法的测量方法.通过对光线传播过程中椭圆偏振态的变化进行分析,推导出了在消光条件下,平面光学元件标准件与被测件之间的间距与起偏器方位角及检偏器方位角之间的函数关系,根据起偏器与检偏器方位角得出被测件相对标准件发生位移前后的间距,从而得出位移量的数值.仿真结果表明:入射角为60°,实验仪器测角精度为5′时,这种方法能够实现测量范围在250nm以内,测量精度为10nm的微位移测量.

空心阴极的等离子体源结构方案设计

通过大量数据分析电磁场对等离子体源性能的影响,采用ANSYS有限元分析软件对等离子体源的静态电磁场进行模拟分析,应用SIMION静电透镜模拟软件对等离子体源进行粒子运动轨迹仿真验证和改进,最终得出结论管形结构的空心阴极等离子源结构简单,所得粒子运动轨迹较为均匀,但是粒子出射效率较低。平行结构空心阴极的等离子体源,结构新颖,选用边部向上弯曲的平行圆盘,并在上部放置一个永磁铁,此结构不但能够使得电子从四周逸出而且效率和速度也得到极大提高。

脉冲多弧离子源引弧效率的定量检测与过程控制

介绍了一种应用于脉冲多弧离子源镀膜过程控制的电子监控装置．用该装置定量检测脉冲多弧离子源的引弧效率，克服了因停弧带来的膜厚误差的缺点．本文主要叙述了该装置的工作原理及有关电路．