利用磁控濺射技術(shù)制備不銹鋼- 氮化鋁(SS-AlN)太陽(yáng)選擇性吸收涂層的過(guò)程中，鋁靶拐點(diǎn)電壓的選取以及微控對(duì)所鍍膜層的質(zhì)量及其重要。本文分別試驗(yàn)了單獨(dú)開(kāi)啟鋁靶時(shí)不同濺射壓強(qiáng)(0.2Pa、0.3Pa、0.4Pa、0.5Pa)下、單獨(dú)開(kāi)啟鋁靶時(shí)不同鋁靶電流(30A、35A、40A)下、同時(shí)開(kāi)啟不銹鋼靶和鋁靶時(shí)不同不銹鋼靶電流(20A、30A、40A)下，鋁靶拐點(diǎn)電壓的變化。

　　能源危機(jī)是當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)十分嚴(yán)峻的問(wèn)題，世界各地都致力于開(kāi)發(fā)新能源來(lái)替代常規(guī)化石燃料能源。太陽(yáng)能以其清潔性、可再生性等優(yōu)點(diǎn)正越來(lái)越多地被人們所關(guān)注。在太陽(yáng)能的光熱利用中，性能優(yōu)異的太陽(yáng)能選擇性吸收膜層可大大提高太陽(yáng)能光熱設(shè)備的效率，延長(zhǎng)其壽命。

　　由磁控濺射技術(shù)完成的化學(xué)氣相沉積(以下稱反應(yīng)磁控濺射)，由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而成為各種太陽(yáng)能選擇性吸收涂層制備的首選方法：反應(yīng)磁控濺射更有利于制備純度高的化合物薄膜；可以通過(guò)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)進(jìn)而精確地調(diào)節(jié)薄膜的組成及性能；對(duì)襯底的要求及影響較小；適合均勻大面積膜層的制備。

　　在鋁靶與氮?dú)獾姆磻?yīng)濺射中(以氬氣為濺射氣體)，鋁靶電壓與氮?dú)饬髁壳�線存在遲滯現(xiàn)象，選定鋁靶的電流值不變，隨著氮?dú)饬髁康募哟螅�鋁靶電壓逐漸下降，當(dāng)下降到某一值時(shí)在一定的氮?dú)饬髁糠秶鷥?nèi)鋁靶電壓基本保持不變，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁砍掷m(xù)加大時(shí)在某一點(diǎn)處鋁靶電壓會(huì)急劇下降，這個(gè)點(diǎn)的電壓值被稱為拐點(diǎn)電壓，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁看笥诖朔秶�，鋁靶電壓會(huì)急劇迅速的掉至很低的電壓值，隨著氮?dú)饬髁康臏p少鋁靶電壓會(huì)沿著另一曲線返回起點(diǎn)處，出現(xiàn)遲滯效應(yīng)，示意曲線如圖1 所示。

圖1 鋁靶與氮?dú)夥磻?yīng)的遲滯曲線圖

　　在利用反應(yīng)磁控濺射法制備太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的過(guò)程中，靶拐點(diǎn)電壓的確定至關(guān)重要，直接影響著膜層的性能及壽命。以不銹鋼-氮化鋁(SS-AlN)干涉膜層為例：鋁靶拐點(diǎn)電壓選取高了(即實(shí)際鋁靶電壓高于拐點(diǎn)電壓)所濺射的氮化鋁陶瓷會(huì)摻雜有金屬鋁成分；鋁靶拐點(diǎn)電壓選取低了(即實(shí)際鋁靶電壓低于拐點(diǎn)電壓)所濺射的雖然是純的氮化鋁，但濺射速率會(huì)大大下降，同時(shí)也會(huì)引起靶“中毒”(靶材表面被改性，形成氮化鋁，造成濺射速率會(huì)大幅度下降)；另外，拐點(diǎn)電壓對(duì)應(yīng)的氮?dú)饬髁糠秶�較寬，可以在較寬的氮?dú)夥秶鷥?nèi)穩(wěn)定鋁靶電壓使得濺射過(guò)程穩(wěn)定，膜層的性能就穩(wěn)定。在反應(yīng)濺射中，控制氮?dú)饬髁渴逛X靶電壓穩(wěn)定在拐點(diǎn)電壓附近，可以實(shí)現(xiàn)在保證所濺射得到的氮化鋁純度高(金屬鋁的含量較少)的情況下又有高的濺射速率。

　　1、試驗(yàn)

　　本試驗(yàn)主要研究了不銹鋼- 氮化鋁(SS-AlN) 金屬陶瓷太陽(yáng)能選擇性吸收膜層調(diào)試過(guò)程中，在不同的濺射壓強(qiáng)、鋁靶電流、不銹鋼靶電流下鋁靶拐點(diǎn)電壓的變化規(guī)律，雖然不同的鍍膜機(jī)，甚至同一鍍膜機(jī)在不同的狀況下鋁靶拐點(diǎn)電壓的具體數(shù)值不太相同，但變化規(guī)律基本是一致的。

　　本試驗(yàn)用的設(shè)備是沈陽(yáng)百樂(lè)生產(chǎn)的三靶全玻璃真空鍍膜機(jī)，圓柱鍍膜真空室高2800mm，內(nèi)徑850mm。真空室橫截面圖如圖2 所示：鍍膜室中有鋁(Al)靶、不銹鋼(SS)靶、銅(CU)靶三支圓柱靶，靶芯轉(zhuǎn)、靶管不轉(zhuǎn)，靶外徑為70mm，壁厚為8mm，靶放電區(qū)長(zhǎng)度2580mm。鍍膜機(jī)裝有兩路進(jìn)氣系統(tǒng)，分別通入氬氣、氮?dú)?或氧氣)，采用北京七星華創(chuàng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為D07-18、最大流量量程為200sccm 的質(zhì)量流量計(jì)來(lái)控制兩路進(jìn)氣管路的氣體的流量。濺射電源為脈沖直流電源。本鍍膜機(jī)中裝載32 支直徑為58mm、長(zhǎng)度為2100mm 的玻璃管做公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動(dòng)。

　　本試驗(yàn)所有分項(xiàng)試驗(yàn)的前期條件均相同，其中本底真空為4.0×10^-3 Pa，轉(zhuǎn)速為3.0 r/min。本試驗(yàn)首先研究了不銹鋼靶與氮?dú)獾姆磻?yīng)特性以及布?xì)夤苈废嗷フ{(diào)換時(shí)鋁靶拐點(diǎn)電壓的變化，之后研究了在不同濺射壓強(qiáng)、鋁靶電流、不銹鋼靶電流的情況下鋁靶拐點(diǎn)電壓的變化規(guī)律。各試驗(yàn)中尋找拐點(diǎn)電壓的步驟如下：

　　首先初步判斷拐點(diǎn)電壓，

　　當(dāng)電壓降至粗定拐點(diǎn)+50V 時(shí)，每次反應(yīng)氣體增加量=2sccm；

　　當(dāng)電壓降至粗定拐點(diǎn)+30V 時(shí)，每次反應(yīng)氣體增加量=1sccm；

　　當(dāng)電壓降至粗定拐點(diǎn)+20V 時(shí)，每增加1sccm 反應(yīng)氣體，穩(wěn)定時(shí)間>1min；

　　當(dāng)電壓降至粗定拐點(diǎn)+10V 時(shí)，每增加1sccm 反應(yīng)氣體，穩(wěn)定時(shí)間>2min。

　　記錄各點(diǎn)的反應(yīng)氣體流量、靶電壓、壓強(qiáng)等參數(shù)，繪制圖表進(jìn)行分析總結(jié)。

圖2 真空鍍膜機(jī)橫截面圖

　　2、總結(jié)

　　本文主要研究了濺射壓強(qiáng)、鋁靶電流、不銹鋼靶的開(kāi)啟與否以及不銹鋼靶電流大小對(duì)鋁靶拐點(diǎn)電壓的影響，鋁靶拐點(diǎn)電壓對(duì)太陽(yáng)能選擇性吸收涂層性能的調(diào)試至關(guān)重要。

　　在其它條件一致的情況下，單獨(dú)改變?yōu)R射壓強(qiáng)時(shí)，隨著濺射壓強(qiáng)的升高，拐點(diǎn)電壓逐漸下降，拐點(diǎn)電壓范圍對(duì)應(yīng)的氮?dú)饬髁糠秶�越大，掉在拐點(diǎn)下的鋁靶電壓越低；單獨(dú)改變鋁靶電流時(shí)，明顯的變化是鋁靶電流越高，鋁靶掉下拐點(diǎn)時(shí)的氮?dú)饬髁看�；相�?duì)于單獨(dú)開(kāi)啟鋁靶而言，同時(shí)開(kāi)啟不銹鋼靶與鋁靶的最大特點(diǎn)是鋁靶拐點(diǎn)電壓段對(duì)應(yīng)的氮?dú)饬髁糠秶�明顯增寬，并且隨著不銹鋼靶電流的加大，其氮?dú)饬髁糠秶�有加大的趨�?shì)。通過(guò)合理地調(diào)節(jié)濺射壓強(qiáng)、鋁靶電壓、不銹鋼靶電流，得到一定的鋁靶拐點(diǎn)電壓，從而可以濺射出性能優(yōu)異的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層。