半球形工件内表面溅射镀膜的膜厚均匀性研究

半球形工件内表面溅射镀膜的膜厚均匀性研究

张世伟¹ 张文慧¹ 谢元华¹ 慈连鳌²

(1.东北大学机械工程与自动化学院过程装备与环境工程研究所；2.沈阳腾鳌真空技术有限公司)

　　摘要：在真空镀膜生产实践中，要求在球形工件内表面镀制薄膜的情况时有发生。如果采用CVD 方法或者是蒸发镀膜方法，能够很容易地制成膜厚均匀性极好的膜层。但在要求必须采用溅射镀膜方法制备功能薄膜的情况下，由于溅射靶形状的限制，要在球形内表面获得均匀膜层则具有较大的难度。

　　针对这一问题，本文提出了使用圆平面磁控溅射靶在球形工件内表面镀制薄膜的技术方案，设计了三种靶—基系统布置模式：对于半球形工件的直径尺寸接近于正常溅射靶基距的小尺寸工件情况，采用圆平面靶相对于半球形内表面的对中外部放置;对于更大尺寸工件情况，以及要求提供离子发射源布置空间的情况，采用圆平面靶相对于半球形内表面的偏心外部放置;对于直径远大于正常溅射靶基距的超大尺寸半球形工件，则采用圆平面靶相对于半球形内表面的偏心倾斜内部放置。

　　针对上述三种布置方案，本文分别建立了计算模型，将圆平面靶的溅射区域简化为线形圆环跑道，在靶材表面余弦发射、空间直线飞行的基本假设下，推导得到了各自的半球形工件内表面上的膜厚分布计算公式。基于大量计算数据的比较分析，得到了满足不同膜厚分布均匀性要求的优化结构参数。优化计算的结果可供相关工程技术人员在设计镀膜设备结构和评估镀膜性能时参考借鉴。