本发明涉及一种真空溅射镀膜技术领域，特别是涉及一种pems等离子体增强磁控溅射镀膜设备。
背景技术：
随着磁控溅射镀膜技术在近几年的飞速发展，该技术在机械、航天航空、装饰和食品包装等领域的应用越来越广泛，成为真空镀膜技术中的主流技术。其原理是在真空室中，利用电场使工作气体电离，并通过与电场正交的磁场束缚电离出来的离子在靶材附近不断轰击靶材，将靶材上的材料溅射沉积在工件表面。
等离子体增强磁控溅射(plasmaenhancedmagnetronsputtering)镀膜技术，简写为pems，在原有的磁控溅射镀膜技术的基础上，通过独立的电子发射源，达到了使等离子体增强的效果，使离化率提高，获得表面致密、附着性更好的薄膜。其原理是利用钨丝或者空心阴极管作为独立的电子发射源，在真空室内壁与钨丝之间施加电压，并在钨丝上加载电流，钨丝受热后发射大量电子，电子在电场的作用下，加速飞向真空真空室内壁。在电子运动过程中，电子与通入的气体分子ar产生碰撞，使气体电离，并在真空室内产生等离子体。在等离子体中ar+受到靶材的吸引加速轰击靶材，使靶材材料溅射沉积在工件表面。同时，利用上述原理也可达到对工件表面预清洗的效果。
尽管等离子体增强磁控溅射镀膜技术可以达到增强等离子体，提高离化率的效果，但膜材原子或分子的离化率仍然无法满足高新科技产品的需求。因此，在此基础上如何进一步提高离化率成为重中之重。
技术实现要素：
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种pems等离子体增强磁控溅射镀膜设备，目的是设计一个能够增加电子数量，并通过磁场束缚电子运动轨迹，进一步增加电子与膜材原子或分子碰撞几率，从而提高离化率的设备。
为了解决上述问题，本发明提供一种pems等离子体增强磁控溅射镀膜设备，其中，包括真空室、上盖升降机构和电源，所述真空室内设置有阴极钨丝、磁极板、磁控靶和工件台，所述阴极钨丝通过灯丝固定柱固定在所述真空室的顶端中心处，所述阴极钨丝围绕所述真空室的中心处有序排列，所述磁极板包括上磁极板和下磁极板，所述上磁极板设置在所述真空室的顶端，所述下磁极板设置在所述真空室的底端，所述工件台位于所述下磁极板的上方，所述磁控靶包括左磁控靶和右磁控靶，所述左磁控靶设置在所述真空室的左端，所述右磁控靶设置在所述真空室的右端，所述左磁控靶和所述右磁控靶相对设置。
优选的，所述真空室的内壁上设置有多个磁铁，所述磁铁之间设置有磁铁隔板，所述磁铁的顶端与所述上磁极板连接，所述磁铁的底端与所述下磁极板连接，所述磁铁的内侧设置有内隔板，所述磁铁的外侧设置有外隔板，所述内隔板内侧设置有阳极筒。
优选的，所述磁铁围绕所述真空室的内壁内侧呈圆周紧密排列，共四排，每个所述磁铁竖直放置，所述磁铁的上方为s极，所述磁铁的下方为n极，每两排所述磁铁之间由所述磁铁隔板相隔。
优选的，所述真空室为圆筒型结构，所述真空室包括真空室上盖、真空室壁和真空室底板，为达到最佳冷却效果，所述真空室上盖、所述真空室壁和所述真空室底板均为双层水冷结构。
优选的，所述电源包括偏压电源、等离子体增强电源和磁控靶电源，所述等离子体增强电源均与所述阴极钨丝连接，所述偏压电源与所述工件台连接，所述磁控靶电源包括左磁控靶电源和右磁控靶电源，所述左磁控靶电源与所述左磁控靶连接，所述右磁控靶电源与所述右磁控靶连接。
优选的，所述工件台的下端设置有移动导轨，能够电动移动，所述移动导轨上设置有行程位置指控装置，使代加工工件不仅可以往复移动，而且可以自转。
优选的，所述真空室上盖上设置有阴极法兰，所述阴极钨丝设置在所述阴极法兰上，所述阴极钨丝共有十二根，每根所述阴极钨丝相对于所述真空室上盖、所述真空室壁圆心的距离均不相同，由此可在不同位置发射电子，使等离子体更加均匀，具有更大强度。
优选的，所述上盖升降机构与所述真空室上盖连接，控制所述真空室上盖的上下移动。
优选的，所述磁控靶为方形磁控靶，所述磁控靶的调节距离大于50mm，为达到最佳冷却效果，所述磁控靶还配置有水冷装置。
优选的，所述磁铁为永磁体或电磁体中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明将原本只在磁控靶附近的辉光放电区域扩散到整个真空室，使离化率提高，从而增强工作气体及膜材原子或分子的离化效果，使成膜致密性、附着力与镀膜速度大幅提高；同时也可对工件与真空室进行清洗，清洗效果增强；此外，被离化的膜材原子或分子具有很强的绕射性，可以镀制外形复杂的工件。
附图说明
图1是本发明的实施例结构示意图；
图2是本发明的实施例真空室的结构及安装示意图；
图3是本发明的实施例真空室内电场与磁场方向说明示意图。
主要元件符号说明：
1-真空室2-阴极钨丝3-工件台
4-磁控靶5-上磁极板6-下磁极板
7-磁铁隔板8-磁铁9-阳极筒
10-上盖升降机构11-偏压电源12-等离子体增强电源
13-磁控靶电源
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。
如图1至图3所示，本发明的实施例包括真空室1、上盖升降机构10和电源，真空室1内设置有阴极钨丝2、磁极板、磁控靶4和工件台3，阴极钨丝2通过灯丝固定柱固定在真空室1的顶端中心处，阴极钨丝2围绕真空室1的中心处有序排列，磁极板包括上磁极板5和下磁极板6，上磁极板5设置在真空室1的顶端，下磁极板6设置在真空室1的底端，工件台3位于下磁极板6的上方，磁控靶4包括左磁控靶和右磁控靶，左磁控靶设置在真空室1的左端，右磁控靶设置在真空室1的右端，左磁控靶和右磁控靶相对设置。
真空室1的内壁上设置有多个磁铁8，磁铁8之间设置有磁铁隔板7，磁铁8的顶端与上磁极板5连接，磁铁8的底端与下磁极板6连接，磁铁8的内侧设置有内隔板，磁铁8的外侧设置有外隔板，内隔板内侧设置有阳极筒9。
磁铁8围绕真空室1的内壁内侧呈圆周紧密排列，共四排，每个磁铁8竖直放置，磁铁8的上方为s极，磁铁8的下方为n极，每两排磁铁8之间由磁铁隔板7相隔；同时设有水冷通道，以免磁铁8退磁或电磁线圈损坏。
上磁极板5与下磁极板6均为极靴，从整体来看，使磁铁8产生的磁场转变为上磁极板5为s极，下磁极板6为n极，达到使整个真空室1充满磁场的效果。
真空室1为圆筒型结构，真空室1包括真空室上盖、真空室壁和真空室底板，为达到最佳冷却效果，真空室上盖、真空室壁和真空室底板均为双层水冷结构，真空室1密封并与外部抽气设备连接。
电源包括偏压电源11、等离子体增强电源12和磁控靶电源13，等离子体增强电源12均与阴极钨丝2连接，偏压电源11与工件台3连接，磁控靶电源13包括左磁控靶电源和右磁控靶电源，左磁控靶电源与左磁控靶连接，右磁控靶电源与右磁控靶连接。
工件台3的下端设置有移动导轨，能够电动移动，移动导轨上设置有行程位置指控装置，使代加工工件不仅可以往复移动，而且可以自转；在真空室1另外一个方向上，有与工件台3对应的管道和移动机构，与工件台3同步移动。
真空室上盖上设置有阴极法兰，阴极钨丝2设置在阴极法兰上，阴极钨丝2共有十二根，每根阴极钨丝2相对于真空室上盖、真空室壁圆心的距离均不相同，由此可在不同位置发射电子，使等离子体更加均匀，具有更大强度。
上盖升降机构10与真空室上盖连接，控制真空室上盖的上下移动。
磁控靶4为方形磁控靶，磁控靶4的调节距离大于50mm，为达到最佳冷却效果，磁控靶4还配置有水冷装置。
磁铁8为永磁体或电磁体中的一种。
如图1所示，两套磁控靶4通过法兰连接在真空室1上，并分别配有一套磁控靶电源13，工件台3安装在真空室底板上，可电动移动，下配有移动导轨，在导轨上设置行程位置指控，工件可往复移动，也可自转，并配有偏压电源11。阴极钨丝2安装在真空室1上方的阴极法兰上，与真空室上盖相连，并配有等离子体增强电源12，真空室1的上盖升降机构10连接真空室上盖，控制真空室上盖上下移动。
如图2所示，真空室1内设置有阴极钨丝2、工件台3、磁控靶4、上磁极板5、下磁极板6、磁铁隔板7、磁铁8、阳极筒9。阴极钨丝2共设有12套，阴极钨丝2在真空室1中心位置有序排列，阴极钨丝2由灯丝固定柱连接。工件台3位于下磁极板6上方，下磁极板6位于真空室底板上方，上磁极板5位于真空室上盖下方。磁控靶4共设有2套， 均放置在真空室壁上，两靶相对排布。多个磁铁8均密布在真空室壁内侧，上下两个磁铁8由磁铁隔板7相隔，最上方磁铁8的顶端与上磁极板5相接，最下方磁铁8的底端与下磁极板6相接，磁铁8内外两侧有内外隔板固定。阳极筒9位于内隔板内侧。
如图3所示，电场与磁场方向正交，电场正极为阳极筒9，负极为阴极钨丝2，电场方向从真空室壁指向真空室1的圆心；磁场n极在真空底板，s级在真空室上盖，方向从真空室底板指向真空室上盖。
本实施例中，本发明的原理是：在磁控溅射镀膜的过程中，通过增设电子发射源与磁体组件机构，形成一个互相正交的磁场与电场，同时增加电子数量，将原本只在磁控靶4附近的辉光放电区域扩散到整个真空室1，使离化率提高，从而增强工作气体及膜材原子或分子的离化效果，使成膜质量大幅提高。
向阴极钨丝2加载电流，阳极筒9接正向电压，阴极钨丝2被加热产生发射大量电子，增加电子数量，电子受电场力的作用加速向阳极筒9运动，同时施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在真空室1内做螺旋运动，延长了电子运动路径，使电子在运动过程中与工作气体ar原子和膜材原子或分子发生碰撞的几率大大增加。此过程与磁控靶4溅射过程同时进行，将原本只在磁控靶4附近的辉光放电区域扩散到整个真空室1，把没有被磁控靶4附近的电子电离的ar原子和膜材原子或分子再次电离，电离出更多的ar+、膜材正离子与二次电子，大大提高了ar原子与膜材原子或分子的电离率。
向工件台3加负偏压，被电离的膜材正离子被电场加速，飞向工件表面，提高了薄膜的附着性与沉积速度；被电离的也加速运动到工件表面，对工件表面进行轰击清洗，形成致密性更好、结合力更强的薄膜。
工件进行预清洗时，磁控靶电源13处于关闭状态，将工件台3加载负偏压，开启等离子体增强电源12，并通入工作气体ar。ar被电子电离，并被工件台3吸引加速轰击工件表面，可除去工件表面的污染物 或氧化物，有利于提高工件与膜材原子或分子的附着力。
由于真空室1内互相正交的电场与磁场的共同作用，使被电离的膜材原子或分子具有很强的绕射性，因此可以镀制表面形状复杂的工件。
本实施例中，本发明的工作过程：启动真空系统的机械泵对真空室1进行抽气，达到本体真空之后，向真空室1充入工作气体ar，启动磁控靶电源13，并向阴极钨丝2加载电流，阳极筒9接正向电压，阴极钨丝2被加热产生发射电子，大量增加电子数量，电子受电场力的作用加速向阳极筒9运动，同时施加与电场方向正交的磁场，电子在电场力与洛伦兹力的共同作用下在真空室1内做螺旋运动，延长了电子运动路径，使电子在运动过程中与工作气体ar原子和膜材原子或分子发生碰撞的几率大大增加。此过程与磁控靶4溅射过程同时进行，将原本只在磁控靶4附近的辉光放电区域扩散到整个真空室1，把没有被磁控靶4附近的电子电离的ar原子和膜材原子或分子再次电离，电离出更多的ar+、膜材正离子与二次电子，大大提高了ar原子与膜材原子或分子的电离率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。