專利名稱：閉合式電子漂移型氣體離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空鍍膜設(shè)備，特別是提供一種閉合式電子漂移型氣體離子源，可以應(yīng)用在清洗工件、輔助沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
背景技術(shù)：
閉合式電子漂移型離子源在H·R·Kaufman的文章中有詳細(xì)介紹，見PlasmaSource Sci.Technol.8(1999)P1-20。在此作簡要引述。
這種離子源最早是做為一種等離子體推進(jìn)器，應(yīng)用于太空領(lǐng)域。
這種離子源分為磁性層型和陽極層型兩種，這兩種的區(qū)別主要在于放電室側(cè)壁的材料和放電室長度與寬度的比例。磁性層型離子源其放電室側(cè)壁由陶瓷絕緣材料組成，其放電室的長度大于其寬度。陽極層型離子源其放電室由導(dǎo)電材料構(gòu)成其放電室的寬度大于其長度，在文章中介紹了一種陽極層型離子源(見附圖1)，其主要技術(shù)內(nèi)容如下發(fā)射電子的陰極是一空心陰極電子槍1，陽極2接收電子，外磁場線圈3，內(nèi)磁場線圈4，磁路8，在內(nèi)磁極5和外磁極6之間形成磁力線9，工作氣體經(jīng)進(jìn)氣管7進(jìn)入離子源。當(dāng)離子源工作時，空心陰極電子槍1發(fā)射的電子流向陽極2時，電子橫切磁力線9產(chǎn)生洛侖茲力，使電子作閉合式電子漂移，進(jìn)入離子源的工作氣體同運(yùn)動的電子相碰撞，使中性的工作氣體原子離化產(chǎn)生離子，離子在陰陽極之間的加速電場作用下，很快離開離子源，形成離子束流。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的首要目的是用一般的導(dǎo)磁材料代替燈絲或空心陰極電子槍作為陰極。
本實(shí)用新型的另一個目的是用一個永磁鐵就可產(chǎn)生所需的磁場。
根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)計，離子源通過引入工作氣體，使其離子化并產(chǎn)生等離子體區(qū)域，陽極位于等離子體區(qū)域的底部，陰極位于等離子體區(qū)域的兩側(cè)。陰陽極間放電產(chǎn)生的電子流在等離子體區(qū)域通過同磁場相互作用產(chǎn)生閉合式環(huán)形的電子漂移。同時陰陽極間的電場使等離子體區(qū)域的離子加速離開。
在真空中當(dāng)真空度和陰陽極間的電位差一定的條件下，陰陽極間產(chǎn)生輝光放電與陰陽極間距離和放電區(qū)域的磁場強(qiáng)度大小有關(guān)。在本實(shí)用新型中，所采用的陰陽極間距離可使離子源在較寬的真空度范圍內(nèi)順利起輝放電。本實(shí)用新型只在離子源中心處放置一個永磁體，通過采用導(dǎo)磁材料作為磁靴和陰極，就可在放電區(qū)域獲得理想的磁場形狀和磁場強(qiáng)度。
本實(shí)用新型通過用一般的導(dǎo)磁材料作為陰極代替了燈絲或空心陰極電子槍，可使離子源的工作成本大大降低。
本實(shí)用新型通過用一個永磁鐵就產(chǎn)生了所需的磁場，縮小了離子源的尺寸，使離子源應(yīng)用更方便。


圖1是閉合式電子漂移型陽極層離子源示意圖。
空心陰極電子槍陰極1、陽極2、外磁場線圈3、內(nèi)磁場線圈4、內(nèi)磁極5、外磁極6、進(jìn)氣管7、磁路8、磁力線9圖2是本發(fā)明閉合式電子漂移型離子源示意圖。
陽極10、內(nèi)陰極11、外陰極12、放電室13、磁場14、磁靴15、供氣管16、永磁鐵17、進(jìn)水管18、法蘭盤19、氣孔20、磁鐵外套21、水冷室22、絕緣套23實(shí)施方式 本實(shí)用新型如圖2所示，由內(nèi)陰極11、外陰極12、陽極10、供氣系統(tǒng)、磁路等部件組成，通過法蘭盤19安裝在真空室壁上。
內(nèi)陰極11、外陰極12、陽極10構(gòu)成一個環(huán)形的供電室13；陽極內(nèi)部有水冷室22，工作時，冷卻水由進(jìn)水管18進(jìn)入水冷室22，陽極10通過絕緣套23安裝在磁靴15上。工作氣體通過供氣管16進(jìn)入磁鐵外套21內(nèi)部，再經(jīng)均勻分布的氣孔20進(jìn)入放電室13。
內(nèi)陰極11、外陰極12、磁靴15均由導(dǎo)磁材料加工而成，永磁鐵17產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過內(nèi)陰極11、外陰極12、磁靴15在放電室13處形成徑向的磁場14，磁場在陽極10表面沿水平方向的磁場強(qiáng)度為0.04至0.08T(特斯拉)。
閉合式電子漂移型氣體離子源工作原理如下先將真空室抽至本底真空(如0.006Pa)，通入工作氣體，使放電室的真空達(dá)到氣體放電壓強(qiáng)(在0.01至0.6Pa范圍內(nèi))。通過給陽極施加一個正電壓，使陰陽極間產(chǎn)生放電，當(dāng)電子由陰極流向陽極時，橫切磁力線，產(chǎn)生洛侖茲力使其作閉合式電子漂移獲得一定的能量，這些電子同工作氣體相碰撞使其離化，產(chǎn)生的離子受到陽極正電位的排斥，加速離開放電室，到達(dá)要處理的工件。
按本實(shí)用新型設(shè)計的一種離子源，直徑為150mm，高度為60mm，放電室長度為5mm，寬度為7mm，在放電室中心位置磁場的磁場強(qiáng)度是0.08T。當(dāng)充入氮?dú)猓拐婵帐业恼婵斩葹?.08Pa時，打開電源產(chǎn)生放電，此時放電電壓為1200V，放電電流為150mA，工作穩(wěn)定，此時離子源處于清洗工作的狀態(tài)。當(dāng)離子源同磁控濺射靶共同工作時，充入氮?dú)?、氬氣使真空室真空度?.3Pa，打開離子源電源，離子源工作電流最高可至8A，放電電壓為220V。此時離子源處于輔助沉積狀態(tài)。
本實(shí)用新型不限于軸對稱的圓形離子源，本離子源可為不同形狀，如圖2所示，離子源沿垂直于軸對稱的方向向兩側(cè)延伸，可以形成矩形結(jié)構(gòu)，延伸長度為400～3000mm。
權(quán)利要求1.一種閉合式電子漂移型氣體離子源，由內(nèi)陰極(11)、外陰極(12)、陽極(10)、供氣系統(tǒng)、磁路等部件組成，其特征在于離子源通過法蘭盤(19)安裝在未詳細(xì)說明的真空室壁上；由內(nèi)陰極(11)、外陰極(12)、陽極(10)構(gòu)成一個環(huán)形的放電室(13)；陽極(10)內(nèi)部有水冷室(22)，并通過絕緣套(23)安裝在磁靴(15)上；工作氣體通過供氣管(16)進(jìn)入磁鐵外套(21)的內(nèi)部，再經(jīng)過均勻分布的氣孔(20)進(jìn)入放電室(13)。
2.按照權(quán)利要求1所述的閉合式電子漂移型氣體離子源，其特征在于內(nèi)陰極(11)、外陰極(12)、磁靴(15)均由導(dǎo)磁材料加工而成，這樣永磁鐵(17)產(chǎn)生的磁力線就在放電室(13)處形成徑向的磁場(14)分布，使電子在放電室(13)作閉合式電子漂移，磁場在陽極(10)表面沿水平方向的磁場強(qiáng)度為0.04至0.08T(特斯拉)。
3.按照權(quán)利要求1所述的閉合式電子漂移型氣體離子源，其特征在于離子源沿垂直于對稱軸的方向向兩側(cè)延伸，可以形成矩形結(jié)構(gòu)，延伸長度為400～3000mm。
專利摘要閉合式電子漂移型氣體離子源屬于真空鍍膜設(shè)備，本實(shí)用新型提供了一種閉合式電子漂移型氣體離子源，由陽極(10)、內(nèi)陰極(11)、外陰極(12)、供氣系統(tǒng)、磁路等部件構(gòu)成。其特征在于離子源通過法蘭盤(19)安裝在未詳細(xì)說明的真空室壁上；內(nèi)陰極(11)、外陰極(12)、陽極(10)構(gòu)成一個環(huán)形的放電室(13)；陽極(10)內(nèi)部有水冷室(22)，并通過絕緣套(23)安裝在磁靴(15)上；工作氣體通過供氣管(16)進(jìn)入磁鐵外套(21)的內(nèi)部，再通過均勻分布的氣孔(20)進(jìn)入放電室(13)。本實(shí)用新型可應(yīng)用于鍍膜前清洗工件、輔助沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
文檔編號C23C16/50GK2646155SQ03208419
公開日2004年10月6日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
發(fā)明者劉涌, 宋雷 申請人:劉涌, 宋雷