用于產(chǎn)生空心陰極電弧放電等離子體的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生空心陰極電弧放電等離子體的裝置，由兩個(gè)等離子體源（11；12）組成，所述等離子體源分別包括空心陰極（13；14）和屬于空心陰極（13；14）的電極（15；16），該電極具有穿過(guò)該電極（15；16）延伸的開(kāi)口，其中兩個(gè)等離子體源（11；12）的空心陰極（13；14）被連接到脈沖發(fā)生器（17）上，所述脈沖發(fā)生器在兩個(gè)空心陰極（13；14）之間產(chǎn)生雙極中頻脈沖電壓。在此，在兩個(gè)等離子體源（11；12）中所述空心陰極（13；14）直接地或在中間連接至少一個(gè)限制電流方向的元件（38；39）的情況下與所屬的電極（15；16）導(dǎo)電連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于產(chǎn)生空心陰極電弧放電等離子體的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在反應(yīng)或不反應(yīng)涂層應(yīng)用中借助以交變的極性來(lái)脈動(dòng)的空 心陰極電弧放電源產(chǎn)生用于真空過(guò)程的密集的等離子體的裝置。該裝置除了涂覆靜止的襯 底之外特別是還能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)的帶狀的襯底的涂覆。該裝置適合于在惰性氣體和反應(yīng)氣體 氣氛中使用并且因此也可用于表面處理和等離子體蝕刻過(guò)程。如果在隨后的發(fā)明描述中僅 使用概念空心陰極，那么以此總是意指空心陰極電弧放電源的空心陰極。本發(fā)明因此與以 下裝置劃清界限，在這些裝置中使用空心陰極輝光放電源。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知的是，在ΚΓ2 Pa和1 Pa之間的低壓范圍內(nèi)利用空心陰極電弧放電等離子體 可以獲得很高的、數(shù)量級(jí)為1〇12 cnT3的載流子密度。如果在層沉積時(shí)形成層的顆粒遭受這 樣的等離子體，那么可以獲得有利的層特性。
[0003] 為此如下裝置是已知的，在這些裝置中蒸汽特別是針對(duì)較大的涂覆面積和高的涂 覆速率可以通過(guò)以下方式有效地被激活，即空心陰極等離子體僅被用于等離子體激活。這 些裝置的等離子體放電以直流電來(lái)運(yùn)行。除了空心陰極之外為了生成等離子體所需的陽(yáng)極 在這樣的裝置中部分地與蒸發(fā)設(shè)備耦合（DE 196 12 344 C1)。蒸發(fā)坩堝或被布置在蒸發(fā)坩 堝附近的作為陽(yáng)極的電極的使用有以下缺點(diǎn)，即裝置的功能能力受限于與導(dǎo)電材料的蒸發(fā) 相關(guān)聯(lián)的等離子體激活。
[0004] 此外已知的是，借助磁場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)等離子體。如果通過(guò)合適的磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備產(chǎn)生縱 向的磁場(chǎng)，使得該磁場(chǎng)的一些場(chǎng)力線(xiàn)從空心陰極通向陽(yáng)極，那么較高能量的輻射電子在其 從空心陰極到陽(yáng)極的路徑上在連接的場(chǎng)力線(xiàn)的范圍內(nèi)保持結(jié)合并且將高密度的等離子體 保持在與襯底的一定的間距中（DE 42 35 199 C1)。在此不利的是，由于較高能量的輻射電 子遠(yuǎn)離襯底，阻止高的自偏置電位的建立。其它的缺點(diǎn)在于，可應(yīng)用性保持受限于具有昂貴 的磁體系統(tǒng)的蒸發(fā)設(shè)備的特別的構(gòu)型。在蒸發(fā)絕緣材料的情況下，為了維持陽(yáng)極處的導(dǎo)電 性附加地需要巨大的有關(guān)儀器的花費(fèi)。
[0005] DE 195 46 827 A1描述一種用于蒸發(fā)絕緣材料的裝置，在該裝置中環(huán)狀的陽(yáng)極 (所謂的環(huán)形陽(yáng)極）直接被布置在空心陰極之前，以便僅通過(guò)已經(jīng)穿過(guò)環(huán)形陽(yáng)極的開(kāi)口的輻 射電子來(lái)產(chǎn)生對(duì)于等離子體激活有效的等離子體。在該情況下，沒(méi)有干擾性的絕緣層沉積 在環(huán)形陽(yáng)極上，因?yàn)樵摥h(huán)形陽(yáng)極基本上位于蒸汽范圍之外并且該環(huán)形陽(yáng)極通過(guò)撞擊的輻射 電子強(qiáng)烈地被加熱。因?yàn)檎羝牡入x子體激活的范圍位于在空心陰極和陽(yáng)極之間所建立的 電場(chǎng)之外，然而存在以下缺點(diǎn)，即在等離子體中只可以產(chǎn)生比利用包含空心陰極和陽(yáng)極之 間的要激活的范圍的裝置明顯更低的載流子密度。此外，輻射電子的作用距離限制等離子 體的幾何延伸。
[0006] 在DE 199 02 146 A1中提出，將兩個(gè)由先前所提到的文獻(xiàn)已知的產(chǎn)生等離子體 的、分別包括空心陰極與所屬的環(huán)形陽(yáng)極和被連接在其間的直流電壓源的設(shè)備相對(duì)地布置 并且在兩個(gè)空心陰極之間產(chǎn)生雙極中頻脈沖電壓。在該裝置中，由于在空心陰極和環(huán)形陽(yáng) 極之間的直流電壓源，不斷地在產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的空心陰極和所屬的環(huán)形陽(yáng)極之間產(chǎn) 生等離子體。在兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備之一根據(jù)雙極電壓脈沖以陰極被連接的階段中， 以陰極被連接的產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的等離子體從該設(shè)備的空心陰極被吸引直到相對(duì)的 產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的環(huán)形陽(yáng)極。以該方式，在兩個(gè)環(huán)形陽(yáng)極之間形成大體積的空心陰極 電弧放電等離子體。在這種技術(shù)上要求高的結(jié)構(gòu)的情況下產(chǎn)生不利的影響的是，許多過(guò)程 參數(shù)必須被調(diào)節(jié)，以便獲得始終不變的等離子體條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此本發(fā)明所基于的技術(shù)問(wèn)題是，創(chuàng)建一種用于產(chǎn)生空心陰極電弧放電等離子體 的裝置，借助該裝置可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別是應(yīng)該利用該裝置可產(chǎn)生不僅具有高 強(qiáng)度的等離子體而且具有大體積的等離子體。此外，該裝置應(yīng)該相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)以技術(shù)上 簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)而出眾并且即使在具有直至1〇〇 Pa的環(huán)境壓力的應(yīng)用情況下也構(gòu)造穩(wěn)定的等 離子體。
[0008] 該技術(shù)問(wèn)題的解決方案通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的主題得出。本發(fā)明的其它的 有利的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求得出。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的裝置包括兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，所述設(shè)備相對(duì)地被布置。兩個(gè) 產(chǎn)生等離子體的設(shè)備中的每個(gè)由空心陰極和電極組成，其中工作氣體流過(guò)該空心陰極的 管，該電極具有穿過(guò)該電極延伸的開(kāi)口。陰極管的開(kāi)口隨后被稱(chēng)為空心陰極的出口或輸出 口，其中工作氣體從該陰極管流出。
[0010] 在一種實(shí)施方式中，電極被布置在空心陰極的出口之前。替代地，但是陰極管也可 以以其出口的一側(cè)伸入到所屬的電極的開(kāi)口中或者也可以完全穿過(guò)所屬的電極的開(kāi)口伸 出。在此穿過(guò)電極的開(kāi)口伸出的陰極管可以具有與該電極的機(jī)械接觸或者在一種替代的實(shí) 施方式中與該電極相間隔。
[0011] 優(yōu)選地，這樣的電極被構(gòu)造為環(huán)狀的電極并且被布置，使得空心陰極管和環(huán)形電 極的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)是相同的。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的裝置的兩個(gè)空心陰極的輸出口是朝向彼此的。在此，兩個(gè)產(chǎn)生等離 子體的設(shè)備（隨后也被稱(chēng)為等離子體源和單數(shù)形式的等離子體源）可以相對(duì)地被布置，使得 兩個(gè)空心陰極管的延長(zhǎng)的管軸線(xiàn)是相同的。替代地，兩個(gè)空心陰極管的管軸線(xiàn)也可以相對(duì) 于彼此具有一個(gè)角度。
[0013] 此外，脈沖發(fā)生器屬于根據(jù)本發(fā)明的裝置，該脈沖發(fā)生器被電連接在兩個(gè)空心陰 極上并且在兩個(gè)空心陰極之間產(chǎn)生雙極中頻脈沖電壓。脈沖在此可以具有1Hz到1MHz的 范圍內(nèi)的頻率。為了在極性變換時(shí)禁止在兩個(gè)空心陰極之間所產(chǎn)生的等離子體的衰變，極 性變換應(yīng)該以至少1kHz的頻率來(lái)實(shí)施。因此已經(jīng)被證明為有利的是，該脈沖發(fā)生器以1kHz 到100 kHz的范圍內(nèi)的頻率來(lái)運(yùn)行。
[0014] 在現(xiàn)有技術(shù)中，具有迄今所描述的特征的產(chǎn)生等離子體的設(shè)備還具有直流電壓 源，該直流電壓源被連接在空心陰極和被布置在空心陰極輸出口之前的電極(在現(xiàn)有技術(shù) 中被構(gòu)造為陽(yáng)極)之間。該直流電壓源負(fù)責(zé)，不斷地燃燒在空心陰極和被布置在該空心陰極 之前的電極之間的等離子體。
[0015] 而根據(jù)本發(fā)明的裝置沒(méi)有這樣的在空心陰極和所屬的電極之間的直流電壓源。代 替于此，在根據(jù)本發(fā)明的裝置中屬于產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的空心陰極與所屬的電極導(dǎo)電連 接。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的裝置通過(guò)以下方式被點(diǎn)燃，即借助脈沖發(fā)生器來(lái)提供具有點(diǎn)火電壓 的點(diǎn)火脈沖，該點(diǎn)火電壓是燃燒電壓（Brennspannung)的多倍。該點(diǎn)火電壓在此可以是燃燒 電壓的10倍或甚至50倍。為了點(diǎn)燃根據(jù)本發(fā)明的裝置，根據(jù)該裝置的配置，可能需要100V 到5000V的范圍內(nèi)的電壓。脈沖發(fā)生器的雙極點(diǎn)火電壓脈沖首先在兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè) 備之間引起輝光放電，由于所述雙極點(diǎn)火電壓脈沖，兩個(gè)空心陰極一直被加熱，直到該輝光 放電轉(zhuǎn)變?yōu)榭招年帢O電弧放電。電弧放電在此從分別以陰極被連接的空心陰極主要燃燒到 相對(duì)的、以陽(yáng)極被連接的等離子體源的電極。等離子體源的陽(yáng)極階段也是為什么需要非得 具有與所屬的空心陰極相等的電位的電極的原因。以陽(yáng)極被連接的空心陰極獨(dú)自的表面太 小，以致于不能從等離子體中提取對(duì)于維持高電弧電流所需的每時(shí)間單位的多個(gè)電子。屬 于等離子體源的電極因此僅僅用于在產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的陽(yáng)極階段中擴(kuò)大陽(yáng)極表面。
[0017] 如上面已經(jīng)提及一次的，產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的電極可以被布置在所屬的空心陰 極的出口之前，使得空心陰極管的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)穿過(guò)電極的開(kāi)口延伸。因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的 裝置中電極基本上僅僅有助于在陽(yáng)極階段中擴(kuò)大表面并且不燃燒在空心陰極和所屬的電 極之間的電弧放電，所以在一種替代的實(shí)施方式中陰極管本身也可以穿過(guò)電極的開(kāi)口延 伸。在此，電極環(huán)可以與陰極管相間隔或者也可以具有與陰極管的機(jī)械接觸。如果電極具 有與空心陰極的機(jī)械接觸，那么取消兩個(gè)元件的電連接接觸。而產(chǎn)生不利的影響是，用于加 熱空心陰極所需的熱能被引出到電極材料中。如果通過(guò)電極的開(kāi)口延伸的空心陰極管與該 電極相間隔，那么情況相應(yīng)地是相反的。于是少量的熱能從空心陰極被引出到電極材料中， 但是附加地還需要兩個(gè)元件的電連接接觸。
[0018] 為了完整起見(jiàn)還應(yīng)該提及，在點(diǎn)燃兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備之間的電弧放電之 后，由脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖的電壓從點(diǎn)火電壓的高度被降低到由現(xiàn)有技術(shù)已知的燃燒 電壓。作為不僅能夠提供點(diǎn)火電壓脈沖而且能夠提供燃燒電壓的脈沖發(fā)生器，例如可以使 用由DE 10 2008 047 198 A1已知的脈沖發(fā)生器。就此而言由DE 10 2008 047 198 A1已 知的公開(kāi)內(nèi)容特此完全通過(guò)參考被包含。
[0019] 然而正是在點(diǎn)火階段中產(chǎn)生負(fù)面的影響的是，空心陰極和所屬的電極具有相同的 電壓電位，在該點(diǎn)火階段中在兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備之間還產(chǎn)生輝光放電并且兩個(gè)空心 陰極首先還必須被加熱。在等離子體源的陰極階段中，于是陰極電流不僅流經(jīng)以陰極被連 接的等離子體源的空心陰極，而且流經(jīng)所屬的電極。因此僅僅減少的加熱電流可供空心陰 極使用，由此空心陰極的加熱被延遲。
[0020] 因此已經(jīng)證明為有利的是，在空心陰極和所屬的電極之間連接限制電流方向的元 件、諸如二極管。于是空心陰極和所屬的電極在陽(yáng)極階段中具有相同的電壓電位，而在陰極 階段中由于在該限制電流方向的元件上的電壓降在空心陰極和所屬的電極之間存在電壓 差，由此流經(jīng)空心陰極的加熱電流相對(duì)于沒(méi)有限制電流方向的元件的實(shí)施方式被提高。
[0021] 如先前已經(jīng)提及的，為了點(diǎn)燃根據(jù)本發(fā)明的裝置需要具有很高電壓的點(diǎn)火脈沖。 如果每個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備被單獨(dú)的電磁線(xiàn)圈包圍，那么點(diǎn)火電壓的高度可以被減小。 這應(yīng)該被理解為，電極和具有屬于該電極的空心陰極的輸出口的陰極管的至少一個(gè)端部范 圍被電磁線(xiàn)圈包圍。優(yōu)選地，這樣的電磁線(xiàn)圈環(huán)狀地被構(gòu)造并且圍繞空心陰極管旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng) 地被布置。
[0022] 這樣被構(gòu)造的電磁線(xiàn)圈在輝光放電模式下引起等離子體阻抗的降低，由此脈沖的 電壓高度在點(diǎn)火階段期間可以被減小。在此存在以下的關(guān)系：磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，對(duì)于點(diǎn)火階段 中的脈沖所需的電壓就越小。相反地適用：使用越高的電壓，就可以越小地選擇包圍等離子 體源的電磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度。為了電弧放電的可靠的點(diǎn)燃，在預(yù)先給定的最大的電壓脈沖 高度的情況下需要哪個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度或在預(yù)先給定的最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況下需要哪個(gè)電壓 脈沖高度，依賴(lài)于相應(yīng)的設(shè)備配置，然而可以利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)來(lái)確定。
[0023] 兩個(gè)電磁線(xiàn)圈可以在其極性方面被布置，使得所述電磁線(xiàn)圈的磁力線(xiàn)在相同的方 向上伸展。在該實(shí)施方式中在兩個(gè)空心陰極之間的中心范圍內(nèi)形成具有很高強(qiáng)度的等離子 體。特別是在點(diǎn)燃根據(jù)本發(fā)明的裝置時(shí)，兩個(gè)電磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)應(yīng)該具有相同的方向，因?yàn)橛?此使裝置的點(diǎn)燃容易。
[0024] 在一種替代的實(shí)施方式中，兩個(gè)電磁線(xiàn)圈在其極性方面被布置，使得所述電磁線(xiàn) 圈的磁力線(xiàn)具有相反的方向。兩個(gè)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備的在該實(shí)施方式中疊加的磁場(chǎng)導(dǎo)致 總磁場(chǎng)，該總磁場(chǎng)在空心陰極之間產(chǎn)生具有較大體積的等離子體，然而在此外始終不變的 設(shè)備參數(shù)的情況下該等離子體具有比先前所描述的實(shí)施方式的等離子體更低的強(qiáng)度。
[0025] 由DE 10 2006 027 853 A1已知基于空心陰極的等離子體源，在該等離子體源中 在點(diǎn)燃電弧放電之后流經(jīng)空心陰極的工作氣體的流量一直被降低，直到等離子體強(qiáng)度的增 加應(yīng)被記錄。根據(jù)本發(fā)明的裝置也可以以該處理方式來(lái)運(yùn)行，由此構(gòu)造具有還要更高的強(qiáng) 度的等離子體。就此而言由DE 10 2006 027 853 A1已知的公開(kāi)內(nèi)容特此完全通過(guò)參考被 包含。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 隨后借助實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。其中： 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖； 圖2示出替代的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖； 圖3示出另一個(gè)替代的根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖； 圖4示出用于利用集成的根據(jù)本發(fā)明的裝置真空蒸鍍襯底的設(shè)備的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 在圖1中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置10。裝置10包括兩個(gè)產(chǎn)生等離子體 的設(shè)備11和12,所述設(shè)備分別由空心陰極13、14和所屬的電極15、16組成。兩個(gè)電極15、 16環(huán)狀地被構(gòu)造并且被布置在分別所屬的空心陰極13、14的出口之前，使得空心陰極管和 電極環(huán)的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)是相同的。在空心陰極13、14之后的箭頭說(shuō)明流動(dòng)方向，工作氣體在 該流動(dòng)方向上流過(guò)相應(yīng)的空心陰極13、14的管。
[0028] 在等離子體源11中，空心陰極13和電極15相互導(dǎo)電連接以及在等離子體源12 中空心陰極14與所屬的電極16導(dǎo)電連接。脈沖發(fā)生器17與兩個(gè)空心陰極15、16電連接 并且在兩個(gè)等離子體源11、12之間產(chǎn)生具有10 kHz的頻率的雙極脈沖電壓。
[0029] 在裝置10的點(diǎn)火階段中，借助脈沖發(fā)生器17產(chǎn)生直至1800 V的電壓脈沖。因此 在兩個(gè)等離子體源11和12之間首先形成輝光放電。在此流經(jīng)空心陰極13和14的電流將 空心陰極13、14加熱直至電子發(fā)射溫度，在該電子發(fā)射溫度下輝光放電轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姴?且因此在等離子體源11和12之間構(gòu)造空心陰極電弧放電等離子體。從該時(shí)間點(diǎn)起，由脈 沖發(fā)生器17所產(chǎn)生的脈沖被降至大約60 V的燃燒電壓。在此，電弧放電在等離子體源11 以陰極被連接的階段中基本上從空心陰極13燃燒到電極16。在等離子體源12以陰極被連 接的階段中電弧放電基本上從空心陰極14燃燒到電極15。由于在根據(jù)本發(fā)明的裝置中電 弧放電總是在一個(gè)等離子體源的空心陰極和相對(duì)的等離子體源的電極之間燃燒，相對(duì)的等 離子體源的作為陽(yáng)極被連接的電極引起來(lái)自等離子體的電子的后加速，這特別是在具有提 高的環(huán)境壓力(直至1〇〇 Pa)的應(yīng)用情況下產(chǎn)生有利的影響，因?yàn)樵诟叩膲毫ο码娮拥钠骄?自由行程強(qiáng)烈地縮短。
[0030] 在圖2中示意性地示出了一種替代的根據(jù)本發(fā)明的裝置20。裝置20包括兩個(gè)產(chǎn) 生等尚子體的設(shè)備21和22,所述設(shè)備分別由空心陰極23、24和所屬的電極25、26組成。兩 個(gè)電極25、26環(huán)狀地被構(gòu)造并且被固定在分別所屬的空心陰極23、24的管上?？招年帢O和 所屬的電極由此具有機(jī)械接觸并且不需要附加的電接觸。在空心陰極23、24之后的箭頭在 此也說(shuō)明流動(dòng)方向，工作氣體在該流動(dòng)方向上流過(guò)相應(yīng)空心陰極23、24的管。
[0031] 脈沖發(fā)生器27與兩個(gè)空心陰極25、26連接并且在兩個(gè)等離子體源21、22之間產(chǎn) 生雙極脈沖電壓。用于點(diǎn)火并且維持兩個(gè)等離子體源21、22之間的電弧放電的脈沖發(fā)生器 27的參數(shù)和操作與圖1中的脈沖發(fā)生器17的相應(yīng)的參數(shù)是相同的。在該實(shí)施例中電弧放 電也在一個(gè)等離子體源的空心陰極和另一個(gè)等離子體源的電極之間燃燒。
[0032] 在圖3中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置30的另一種替代的實(shí)施方式。裝置 30除了技術(shù)上的細(xì)節(jié)之外與在圖1中被示出的裝置10相同。在圖3中，兩個(gè)產(chǎn)生等離子體 的設(shè)備11和12附加地還分別包括二極管38或39,所述二極管被連接在相應(yīng)的等離子體源 的空心陰極和所屬的電極之間。二極管38和39在等離子體源的陰極階段中引起電壓降并 且因此引起，以陰極被連接的等離子體源的空心陰極和所屬的電極具有不同的電位。因此 提高流經(jīng)空心陰極的陰極電流，由此陰極比在沒(méi)有中間連接的二極管的情況下更好地借助 電流流動(dòng)來(lái)加熱。這使得特別是通過(guò)裝置30相對(duì)于在圖1中被示出的裝置10縮短的點(diǎn)火 可被察覺(jué)到。
[0033] 在圖4中示出了在真空條件下工作的設(shè)備40,帶狀襯底41的一側(cè)應(yīng)該借助該設(shè)備 被蒸鍍。為此位于容器42中的材料被加熱，使得該材料蒸發(fā)并且上升的材料蒸汽沉淀在襯 底41的朝向該容器42的側(cè)上。為了獲得所期望的層特性，需要上升的材料蒸汽被高強(qiáng)度 的等離子體穿過(guò)。為了產(chǎn)生該等離子體，根據(jù)本發(fā)明的裝置被集成到該設(shè)備40中。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的裝置包括兩個(gè)相同的、相對(duì)地被布置的產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，所述 設(shè)備分別具有空心陰極43、被布置在該空心陰極43之前的環(huán)形電極44和被連接在空心陰 極43和電極44之間的二極管45作為組成部分。附加于先前在圖1到圖3中被示出的實(shí) 施方式，還有電磁線(xiàn)圈46也屬于在圖4中被示出的等離子體源中的每個(gè)，該電磁線(xiàn)圈旋轉(zhuǎn) 對(duì)稱(chēng)地包圍等離子體源的空心陰極43和所屬的電極44。等離子體源的空心陰極43、電極 44和電磁線(xiàn)圈46的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)因此是相同的。該軸線(xiàn)隨后也被稱(chēng)為等離子體源的軸線(xiàn)。
[0035] 兩個(gè)電磁線(xiàn)圈46同向地被激勵(lì)并且產(chǎn)生引導(dǎo)磁場(chǎng)47。該引導(dǎo)磁場(chǎng)隨著與空心陰 極43的距離增加而轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑸浯艌?chǎng)。場(chǎng)力線(xiàn)的上面的部分通向襯底41。兩個(gè)在圖4中相 對(duì)地被示出的等離子體源的軸線(xiàn)相對(duì)于彼此具有一個(gè)角度。在此空心陰極43被校準(zhǔn)，使得 等離子體電子的定向的部分通過(guò)該引導(dǎo)磁場(chǎng)47部分地朝著襯底41被引導(dǎo)并且部分地在襯 底41附近經(jīng)過(guò)朝著相對(duì)的等離子體源的環(huán)形電極44被引導(dǎo)。定向的電子的射到襯底41 上的部分在絕緣的表面上產(chǎn)生高的負(fù)的自偏壓，該自偏壓通過(guò)在等離子體邊緣層中的加速 賦予冷凝離子附加的能量。磁場(chǎng)的形狀導(dǎo)致從封閉的場(chǎng)力線(xiàn)的范圍朝著襯底41的場(chǎng)強(qiáng)梯 度。該梯度同樣引起來(lái)自等離子體的離子的加速，這導(dǎo)致在襯底41處的提高的離子流密度 并且導(dǎo)致離子能量的進(jìn)一步的增長(zhǎng)。
[0036] 在兩個(gè)空心陰極43之間所連接的脈沖發(fā)生器48不僅產(chǎn)生用于在兩個(gè)等離子體源 之間點(diǎn)燃電弧放電的雙極脈沖而且產(chǎn)生在燃燒電壓的電壓高度上的雙極脈沖。如在根據(jù)本 發(fā)明的裝置的所有的實(shí)施方式中的脈沖發(fā)生器那樣，利用脈沖發(fā)生器48,具有可變的占空 比的不僅對(duì)稱(chēng)的而且非對(duì)稱(chēng)的雙極脈沖也可以被應(yīng)用。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的裝置的、包括空心陰極、被布置在該空心陰極之前的環(huán)形電極、被連 接在空心陰極和環(huán)形電極之間的限制電流方向的元件和圍繞空心陰極和環(huán)形電極旋轉(zhuǎn)對(duì) 稱(chēng)地被布置的電磁線(xiàn)圈的等離子體源的在圖4中被示出的方式是一種優(yōu)選的實(shí)施方式。該 結(jié)構(gòu)相對(duì)于在空心陰極和那里的陽(yáng)極之間連接有直流電壓源的現(xiàn)有技術(shù)在技術(shù)上可更簡(jiǎn) 單地來(lái)實(shí)現(xiàn)并且通過(guò)省去直流電壓源也必然調(diào)節(jié)更少的參數(shù)。此外，可以快速并且可靠地 在該實(shí)施方式的等離子體源之間點(diǎn)燃電弧放電。此外，根據(jù)相對(duì)的電磁線(xiàn)圈的極性可以不 僅產(chǎn)生高強(qiáng)度的關(guān)于體積集中的等離子體而且產(chǎn)生大體積的等離子體。
【權(quán)利要求】
1. 用于產(chǎn)生空心陰極電弧放電等離子體的裝置，由兩個(gè)等離子體源（11 ;12)組成，所 述等離子體源分別包括空心陰極（13 ;14)和屬于所述空心陰極（13 ;14)的電極（15 ;16)， 所述電極具有穿過(guò)所述電極（15 ;16)延伸的開(kāi)口，其中兩個(gè)等離子體源（11 ;12)的空心陰 極（13 ;14)被連接到脈沖發(fā)生器（17)上，所述脈沖發(fā)生器在兩個(gè)空心陰極（13 ;14)之間產(chǎn) 生雙極中頻脈沖電壓，其特征在于，在兩個(gè)等離子體源（11 ;12)中所述空心陰極（13 ;14)直 接地或在中間連接至少一個(gè)限制電流方向的元件（38 ;39)的情況下與所屬的電極（15 ;16) 導(dǎo)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極（15 ;16)被布置在所屬的空心陰 極（13 ;14)的出口之前。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述空心陰極（23 ;24)的管穿過(guò)所屬的電 極（25 ;26)的開(kāi)口伸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述空心陰極（23 ;24)具有與所述電極 (25 ;26)的機(jī)械接觸。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述電極（15 ; 16)環(huán)狀地被構(gòu)造。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述空心陰極（13 ;14)和環(huán)狀的電極 (15 ; 16)的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)是相同的。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，每個(gè)等離子體源具有單獨(dú)的電磁 線(xiàn)圈（46)，所述電磁線(xiàn)圈包圍所述空心陰極（43)和所屬的電極（44)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述電磁線(xiàn)圈（46)環(huán)狀地被構(gòu)造。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，環(huán)狀的電磁線(xiàn)圈（46)和所述空心陰極 (43)的管的延長(zhǎng)的軸線(xiàn)是相同的。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述雙極中頻脈沖電壓具有1Hz 至IJ 1MHz的范圍內(nèi)的頻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述雙極中頻脈沖電壓具有1kHz到 100kHz的范圍內(nèi)的頻率。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述限制電流方向的元件是二極 管。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104094377SQ201280062842
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】H.莫格納, G.馬陶施, C.梅茨納, M.容黑內(nèi)爾, R.拉比茨克, L.克洛澤, T.維爾納, J.庫(kù)布斯 申請(qǐng)人:弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)