CN101192497B - 离子源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子源。该离子源包括一个本体，该本体包括一放电室；一阳极，设置在该放电室内，该本体的顶部设置一开口，在该本体的顶部与该开口相邻处设置有阴极电极，该阴极电极与该阳极相对设置，该离子源还包括多个夹持臂，每个夹持臂包括夹持部和与夹持部相连的绝缘部，该夹持部的另一端夹持有阴极灯丝，该绝缘部的另一端与该本体枢轴连接，该多个夹持臂所夹持的阴极灯丝切换式地的位于该开口位置，当一阴极灯丝断开后，经由转动切换夹持臂以使另一阴极灯丝与阳极形成电气回路。

Description

离子源

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜辅助设备，尤其涉及一种用于离子辅助镀膜的离子源。

背景技术

传统真空镀膜设备是在真空条件下用电子束将膜料加热至蒸发温度，使其蒸发并沉积在基材上形成薄膜以达到镀膜的目的。但是，被蒸发的膜料原子的能量低，所镀膜层的附著力差、密度低，薄膜的性质受环境影响大、易脱落、不稳定。此外，电子蒸发时，电子枪的栅极电压为6000-10000V，容易引起高压放电打火，影响薄膜的质量。

为增加真空镀膜的附著力、密度，在电子束蒸发过程中需使用离子源对基材进行轰击，实现离子辅助镀膜的目的。离子辅助镀膜对膜料原子的撞击可使形成的薄膜的光谱特性特别稳定、吸水性减少、折射率升高和粗糙度降低，这是因为离子助镀后膜堆积密度升高，膜变得更致密，因此吸水量变少，光谱特性也因此不会飘移，折射率变大而且稳定。

如图1所示，一种现有的离子源100由阴极120、阳极140、磁路150和供气系统(未标示)组成，该阴极120包括一阴极灯丝121和两陶瓷绝缘垫122和123。磁路150在放电室130内形成磁场，磁力线由阴极120下部的磁极发出经放电室进入顶部磁极160。离子源100在真空状态作业时，由供气系统提供的工作气体(氩气)和反应气体(如氧气)由供气管道110进入到放电室130内。与此同时，阴极灯丝121被加热至热电子发射温度，阳极140被施以正电位。在电场的作用下，阴极灯丝121发射的部分电子沿磁力线以螺旋运动的方式向阳极140迁移，在放电室内与气体原子或分子发生碰撞，并将其电离。在电离过程中产生的电子继续向阳极140迁移，产生的离子将在放电室130电场的作用下被加速并与阴极灯丝121产生的部分电子中和后形成等离子体射出离子源100，具有一定能量的等离子体对基材进行直接轰击以进行镀前清洗，或轰击薄膜表面以与薄膜表面原子进行能量交换进而实现离子辅助镀膜。

在镀膜过程中，上述阴极灯丝121在工作中会发射热电子而损耗，使得该阴极灯丝121变得越来越细而断开。该阴极灯丝121的断开会造成离子源断路，在更换阴极灯丝221之间通常要打破真空状态使得镀膜过程中断。

发明内容

有鉴于此，提供一种防止镀膜过程中断的离子源实为必要。

以下将以实施例说明一种防止镀膜过程中断的离子源。

该离子源包括一个本体，该本体包括一放电室；一阳极，设置在该放电室内，该本体的顶部设置一开口，在该本体的顶部与该开口相邻处设置有阴极电极，该阴极电极与该阳极相对设置，该离子源还包括多个夹持臂，每个夹持臂包括夹持部和与夹持部相连的绝缘部，该夹持部的另一端夹持有阴极灯丝，该绝缘部的另一端与该本体枢轴连接，该多个夹持臂所夹持的阴极灯丝切换式地的位于该开口位置，当一阴极灯丝断开后，经由转动切换夹持臂以使另一阴极灯丝与阳极形成电气回路。

相对于现有技术，所述离子源经由设置枢轴连接在本体上的多个夹持有阴极灯丝的夹持臂，且该多个夹持臂均设置有夹持部及由该夹持部夹持的阴极灯丝。经由转动该多个夹持臂之一可使其夹持部与该阴极电极形成电连接并使其阴极灯丝位于上述开口位置，使与阴极电极导通的阴极灯丝受激发射出电子。当阴极灯丝因变细而断开后，可经由转动切换该夹持臂以使另一阴极灯丝与阳极形成电气回路，从而保证该离子源正常运作以避免镀膜过程中断。

附图说明

图1是一种现有技术中的离子源的剖面示意图。

图2是本发明第一实施例离子源的立体结构示意图。

图3是图2中沿III-III的剖面示意图。

图4是本发明第二实施例离子源的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，本发明第一实施例的离子源200包括一个本体210，夹持臂220及230。该夹持臂220，230与该本体210枢轴连接。

该本体210的顶部设置一开口260，在该本体210的顶部与该开口260相邻处设置有阴极电极250。为使该夹持臂220，230与该本体210枢轴连接，可在与该本体210的顶部相邻的侧壁上设置有一对转轴240。优选的，该转轴240的轴线与该阴极电极250的中心轴线位于同一平面。该阴极电极250为两个金属块，该两个金属块相对设置在该开口260两侧，其形状可为任意形状，如圆柱状。该阴极电极250的材料可为导电材料如铜，金。

该夹持臂220包括夹持部221和与该夹持部221相连接的绝缘部222。该夹持臂230包括支持部231和与该夹持部231相连的绝缘部232。该夹持部221，231的另一端分别夹持有阴极灯丝223，233。该绝缘部222，232的另一端分别与该本体210枢轴连接，即该绝缘部222，232的另一端依次套设在该转轴240上并与该转轴240固定连接。转动该转轴240可带动该夹持臂220，230以转轴240为支点转动从而将该夹持臂220，230所夹持的阴极灯丝223，233切换式地位于所述开口260位置。该阴极灯丝223，233其中之一位于所述开口260位置时，经由夹持该阴极灯丝的夹持部与该阴极电极250形成电连接，可使该阴极灯丝与阴极电极250形成电连接。为了使该阴极灯丝223，233其中之一位于所述开口260位置时，夹持该阴极灯丝的夹持部能与该阴极电极250形成电连接，在该夹持臂220，230的夹持部221，231上可分别设置凸块224，234。当该阴极灯丝223，233其中之一位于所述开口260位置时，该凸块224，234其中之一将与该阴极电极250紧密接触，从而阴极灯丝223，233与该阴极电极250形成电连接。通常，当该阴极电极250为圆柱状时，该凸块224，234与该金属块250相接触的表面优选为曲面，以使该凸块224，234能与该金属块250形成更为紧密的接触，并且可以减小切换该凸块224，234与该金属块250完全接触和完全分离两种状态所受阻力的大小。

该夹持部221，231均可由导电材料制成，如铜，金等。该绝缘部222，232均可由非导电材料制成，优选陶瓷等，以防止该离子源200发生短路。优选的，在该阴极灯丝223，233上分别缠绕一个灯丝弹簧2231，2331，以增大该阴极灯丝223，233的工作面积，进而在该阴极灯丝223，233受到激发时能够产生更多的电子。该阴极灯丝223，233和该灯丝弹簧2231，2331的材质可为钨丝或硼化镧。

请一并参考图3，该本体210包括一放电室228；一磁路226，该磁路226环绕该放电室228；一供气系统(未标示)，用于向该放电室228提供工作气体和反应气体；一阳极225，设置在该放电室228内，该阳极225与所述阴极电极250相对设置。

该夹持臂220，230其中之一以该转轴240为支点转动使阴极灯丝223，233其中之一位于所述开口260位置时，相对应的阴极灯丝会与该阳极225形成电气回路。

上述磁路226为环绕该本体210内部而设，其一般由背磁极(未标示)、磁体(未标示)、外磁体(未标示)和顶部磁体229组成。该磁路226的背磁极(未标示)、磁体(未标示)、外磁体(未标示)和顶部磁体229在放电室228内形成磁场，该磁场可在放电室228产生如图3虚线所示的磁力线。

该阳极225可为圆柱体结构，在沿其中心轴方向上开设有一锥形凹槽，该锥形凹槽的直径沿邻近于阴极电极250的方向逐渐增大。该阳极225的锥形凹槽底部设置有可装载膜料的圆形坩埚2251。在该阳极225的底部设置有布气板227，该阳极225通过螺栓(未标示)与该布气板227相连接。该布气板227上设有供气管道2271，组成供气系统。

上述离子源200在真空环境下工作时，转动该转轴240带动该夹持臂220以该转轴240为支点转动，将阴极灯丝223置于上述开口260位置以使其与阳极225形成电气回路。分别将工作气体和反应气体经由该供气管道2271导入到放电室228内，工作气体可选用氩气，反应气体可选用氧气。磁力线由上述阴极灯丝223下方的磁路226发出进入顶部磁极229。同时，与该阴极电极250相接的电源提供给该阴极电极250一负电位，提供阳极225一正电位，阴极灯丝223受激发射出电子。在放电室228的电场作用下，从阴极灯丝223发出的部分电子沿磁力线方向向阳极225迁移，在放电室228内与气体原子或分子发生碰撞，并将其电离。在电离过程中产生的电子继续向阳极225迁移，产生的离子将在放电室228电场的作用下被加速，与阴极灯丝223产生的部分电子中和之后，形成等离子体从该离子源200射出。具有一定能量的等离子体束可对基材(未标示)进行直接轰击以进行镀前清洗，或轰击基材薄膜表面以与薄膜表面原子进行能量交换进而实现离子辅助镀膜。

当该阴极灯丝223因被损耗而断开时，转动该转轴240带动该夹持臂220以该转轴240为支点转动，使该凸块224与该阴极电极250完全分离，进而将该阴极灯丝223从上述开口260位置移出。当夹持臂220，230与转轴240固定连接时，转动该转轴240的同时会带动该夹持臂230以该转轴240为支点转动，从而将该夹持臂230的夹持部231夹持的阴极灯丝233置于上述开口260位置，在该凸块224与该阴极电极250完全分离后，使该凸块234与该阴极电极250完全接触以使阴极灯丝233与阳极225形成另一电气回路。处于上述开口260位置的阴极灯丝233受激发射出电子。在放电室228的电场作用下，从阴极灯丝233发出的部分电子沿磁力线方向向阳极225迁移，在放电室228内与气体原子或分子发生碰撞，并将其电离。在电离过程中产生的电子继续向阳极225迁移，产生的离子将在放电室228电场的作用下被加速，与阴极灯丝233产生的部分电子中和之后，形成等离子体从该离子源200射出。

在此过程中，该夹持臂220上的阴极灯丝223断开后，转动转轴240会带动该夹持臂230以该转轴240为支点转动，使该凸块234与该阴极电极250完全接触，从而使阴极灯丝233受激发射出电子，保证离子源的正常运作，而不用解除该离子源200的真空环境。镀膜结束后，可以更换该阴极灯丝222，223，以备下次使用。

可以理解的是，上述离子源200可以包括两个以上的上述夹持臂，每个夹持臂所包括的绝缘部的一端与离子源的本体枢轴连接，例如将该多个夹持臂所包括的绝缘部的一端依次套设在该转轴240上并与该转轴240固定连接。转动该转轴240可同时带动该多个夹持臂以该转轴240为支点转动，将其中一个夹持臂所包括的夹持部与阴极电极形成电连接，使阴极灯丝受激发射出电子。

请参考图4，本发明第二实施例的离子源300与上述本发明第一实施例的离子源200的结构基本相同，不同之处在于：该离子源300的本体310的侧壁上设置有两对转轴；该离子源300具有夹持臂320，330，该夹持臂320，330的夹持部321，331上可分别设置凸块324，334，该夹持臂320，330分别将其绝缘部322，332套设并固定连接在相应的转轴390，340上，转动转轴390，340分别带动与其枢轴连接的夹持臂以其相应转轴390，340为支点转动，使具有不同的延伸长度的凸块324，334与阴极电极350紧密接触，从而阴极灯丝323，333与阴极电极350形成电连接。当该夹持臂320的夹持部321所夹持的阴极灯丝323断开后，转动该转轴340使该阴极灯丝333与阴极电极350形成电连接，从而阴极灯丝333能够受激发射出电子，保证离子源200正常运作。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种离子源，其包括一个本体，该本体包括一放电室；一阳极，设置在该放电室内，该本体的顶部设置一开口，在该本体的顶部与该开口相邻处设置有阴极电极，该阴极电极与该阳极相对设置，其特征在于：该离子源还包括多个夹持臂，每个夹持臂包括夹持部和与夹持部相连的绝缘部，该夹持部的另一端夹持有阴极灯丝，该绝缘部的另一端与该本体枢轴连接，该多个夹持臂所夹持的阴极灯丝切换式地的位于该开口位置，当一阴极灯丝断开后，经由转动切换夹持臂以使另一阴极灯丝与阳极形成电气回路。

2.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该本体的与该顶部相邻的侧壁上设置有一对转轴，该多个夹持臂的绝缘部依次套设在该转轴上并与该转轴固定连接。

3.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该本体的与该顶部相邻的侧壁上设置有多对转轴，该多个夹持臂的绝缘部分别套设在相应的转轴上并与该转轴固定连接。

4.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：每个夹持臂的夹持部上设置有凸块，用于当阴极灯丝位于所述开口位置时，该凸块与该阴极电极相接触以使该夹持部与该阴极电极形成电连接。

5.如权利要求4所述的离子源，其特征在于：该阴极电极为圆柱状，该凸块与该阴极电极相接触的表面为曲面。

6.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该夹持部由导电材料制成。

7.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该绝缘部由非导电材料制成。

8.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该离子源还包括一环绕该放电室的磁路，该磁路包括背磁极、磁体、外磁极和顶部磁极，用于在放电室内形成一磁场。

9.如权利要求1所述的离子源，其特征在于：该本体还包括一供气系统，用于向该放电室内通入工作气体和反应气体。

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