利用磁控濺射技術制備不銹鋼- 氮化鋁(SS-AlN)太陽選擇性吸收涂層的過程中，鋁靶拐點電壓的選取以及微控對所鍍膜層的質量及其重要。本文分別試驗了單獨開啟鋁靶時不同濺射壓強(0.2Pa、0.3Pa、0.4Pa、0.5Pa)下、單獨開啟鋁靶時不同鋁靶電流(30A、35A、40A)下、同時開啟不銹鋼靶和鋁靶時不同不銹鋼靶電流(20A、30A、40A)下，鋁靶拐點電壓的變化。

　　能源危機是當今社會面臨的一個十分嚴峻的問題，世界各地都致力于開發(fā)新能源來替代常規(guī)化石燃料能源。太陽能以其清潔性、可再生性等優(yōu)點正越來越多地被人們所關注。在太陽能的光熱利用中，性能優(yōu)異的太陽能選擇性吸收膜層可大大提高太陽能光熱設備的效率，延長其壽命。

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

　　在鋁靶與氮氣的反應濺射中(以氬氣為濺射氣體)，鋁靶電壓與氮氣流量曲線存在遲滯現(xiàn)象，選定鋁靶的電流值不變，隨著氮氣流量的加大，鋁靶電壓逐漸下降，當下降到某一值時在一定的氮氣流量范圍內鋁靶電壓基本保持不變，當?shù)獨饬髁砍掷m(xù)加大時在某一點處鋁靶電壓會急劇下降，這個點的電壓值被稱為拐點電壓，當?shù)獨饬髁看笥诖朔秶�，鋁靶電壓會急劇迅速的掉至很低的電壓值，隨著氮氣流量的減少鋁靶電壓會沿著另一曲線返回起點處，出現(xiàn)遲滯效應，示意曲線如圖1 所示。

圖1 鋁靶與氮氣反應的遲滯曲線圖

　　在利用反應磁控濺射法制備太陽能選擇性吸收涂層的過程中，靶拐點電壓的確定至關重要，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：鋁靶拐點電壓選取高了(即實際鋁靶電壓高于拐點電壓)所濺射的氮化鋁陶瓷會摻雜有金屬鋁成分；鋁靶拐點電壓選取低了(即實際鋁靶電壓低于拐點電壓)所濺射的雖然是純的氮化鋁，但濺射速率會大大下降，同時也會引起靶“中毒”(靶材表面被改性，形成氮化鋁，造成濺射速率會大幅度下降)；另外，拐點電壓對應的氮氣流量范圍較寬，可以在較寬的氮氣范圍內穩(wěn)定鋁靶電壓使得濺射過程穩(wěn)定，膜層的性能就穩(wěn)定。在反應濺射中，控制氮氣流量使鋁靶電壓穩(wěn)定在拐點電壓附近，可以實現(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

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

　　本試驗用的設備是沈陽百樂生產的三靶全玻璃真空鍍膜機，圓柱鍍膜真空室高2800mm，內徑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、靶管不轉，靶外徑為70mm，壁厚為8mm，靶放電區(qū)長度2580mm。鍍膜機裝有兩路進氣系統(tǒng)，分別通入氬氣、氮氣(或氧氣)，采用北京七星華創(chuàng)公司生產的型號為D07-18、最大流量量程為200sccm 的質量流量計來控制兩路進氣管路的氣體的流量。濺射電源為脈沖直流電源。本鍍膜機中裝載32 支直徑為58mm、長度為2100mm 的玻璃管做公轉加自轉的行星運動。

　　本試驗所有分項試驗的前期條件均相同，其中本底真空為4.0×10^-3 Pa，轉速為3.0 r/min。本試驗首先研究了不銹鋼靶與氮氣的反應特性以及布氣管路相互調換時鋁靶拐點電壓的變化，之后研究了在不同濺射壓強、鋁靶電流、不銹鋼靶電流的情況下鋁靶拐點電壓的變化規(guī)律。各試驗中尋找拐點電壓的步驟如下：

　　首先初步判斷拐點電壓，

　　當電壓降至粗定拐點+50V 時，每次反應氣體增加量=2sccm；

　　當電壓降至粗定拐點+30V 時，每次反應氣體增加量=1sccm；

　　當電壓降至粗定拐點+20V 時，每增加1sccm 反應氣體，穩(wěn)定時間>1min；

　　當電壓降至粗定拐點+10V 時，每增加1sccm 反應氣體，穩(wěn)定時間>2min。

　　記錄各點的反應氣體流量、靶電壓、壓強等參數(shù)，繪制圖表進行分析總結。

圖2 真空鍍膜機橫截面圖

　　2、總結

　　本文主要研究了濺射壓強、鋁靶電流、不銹鋼靶的開啟與否以及不銹鋼靶電流大小對鋁靶拐點電壓的影響，鋁靶拐點電壓對太陽能選擇性吸收涂層性能的調試至關重要。

　　在其它條件一致的情況下，單獨改變?yōu)R射壓強時，隨著濺射壓強的升高，拐點電壓逐漸下降，拐點電壓范圍對應的氮氣流量范圍越大，掉在拐點下的鋁靶電壓越低；單獨改變鋁靶電流時，明顯的變化是鋁靶電流越高，鋁靶掉下拐點時的氮氣流量大；相對于單獨開啟鋁靶而言，同時開啟不銹鋼靶與鋁靶的最大特點是鋁靶拐點電壓段對應的氮氣流量范圍明顯增寬，并且隨著不銹鋼靶電流的加大，其氮氣流量范圍有加大的趨勢。通過合理地調節(jié)濺射壓強、鋁靶電壓、不銹鋼靶電流，得到一定的鋁靶拐點電壓，從而可以濺射出性能優(yōu)異的太陽能選擇性吸收涂層。