CN102172104A

CN102172104A - 等离子体源和用等离子体增强的化学气相沉积来沉积薄膜涂层的方法

Info

Publication number: CN102172104A
Application number: CN2009801394506A
Authority: CN
Inventors: P·马诗威茨
Original assignee: AGC Glass Europe SA; Asahi Glass Co Ltd; AGC Flat Glass North America Inc
Current assignee: AGC Glass Europe SA; AGC Inc; AGC Flat Glass North America Inc
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2019083200A; JP6246765B2; BRPI0916880A2; PH12015500539B1; TW201012308A; US8652586B2; US20150002021A1; US20140220361A1; EP2316252B1; TWI641292B; KR20110042104A; US9478401B2; CN102172104B; PH12015500539A1; PH12015500540A1; CN104498898A; CN105177526B; TW201644327A; PH12015500542B1; JP2017214651A

Abstract

本发明提供了对薄膜涂覆技术有用的新颖的等离子体源和使用所述等离子体源的方法。更具体地说，本发明提供了分别产生线性的和二维的等离子体的新颖的线性的和二维的等离子体源，其对增强等离子体的化学气相沉积有用。本发明还提供了生产薄膜涂层的方法和提高所述方法的涂覆效率的方法。

Description

等离子体源和用等离子体增强的化学气相沉积来沉积薄膜涂层的方法

交叉引用有关申请

本申请要求2008年8月4日提交的美国临时申请US 61/137,839的权益，因此其整个内容通过参考结合到本申请中。

技术领域

本发明一般地涉及一种用于薄膜沉积和表面化学改性的等离子体源。更具体的是，本发明涉及一种用于等离子体增强的化学气相沉积(CVD)的线性等离子体源。

背景技术

本文中所引用的所有美国专利和专利申请以其整体通过参考结合于此。在抵触的情况中，将对照包括定义的本说明书。

薄膜的沉积可以由许多技术实现，最常见的包括化学沉积、物理沉积和两者的混合。对于化学沉积，众所周知的技术是镀敷、化学溶液沉积(CSD)和化学气相沉积(CVD)。镀敷和CSD通常利用液态的化学前驱，而CVD通常利用气态的化学前驱。所述技术可以在大气压力或者真空条件下执行。对于物理沉积，众所周知的技术是热蒸发、溅射、脉冲激光沉积和阴极弧沉积。所述物理沉积技术通常应用真空条件，以便沉积所要求的薄膜材料。关于化学沉积，最常见的技术是CVD，然而对于物理沉积，最常见的技术是溅射。

CVD通常需要引入能源，以便产生这样的条件，前驱气体将粘附或者粘着到基板表面上。换句话说，将不会发生粘附到表面上。例如，在热解CVD过程中，由此希望在平板玻璃基板上沉积出薄膜涂层，一般是加热玻璃基板。加热的玻璃基板起到CVD能源的作用，并且当前驱气体接触加热的玻璃基板时，前驱气体粘附到热的玻璃表面上。加热的表面还提供了产生前驱气体所需的能量以发生化学反应来形成最薄的薄膜涂层成分。

等离子体还能起到用于CVD型加工的能源的作用，通常所说的等离子体增强的化学气相沉积(等离子体增强的CVD)或者等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。等离子体是由部分电离的气体和自由电子组成的，并且各个部分具有稍微独立地移动的能力。该独立的运动使等离子体导电，以便其可以对电磁场作出反应。该导电性提供了与其他已知的化学和物理沉积技术相比具有许多优点的PECVD工艺。

在PECVD工艺中，沉积材料一般是由前驱气体获得的。所述前驱气体的实例对本领域的技术人员来说是众所周知的。例如，如果将沉积硅基薄膜，则常见的前驱气体是硅烷、SiH₄。当SiH₄遭受等离子体源时，等离子体可以起到将硅烷分子的能级提高到其将与表面起反应并且附着成结实的层的作用。更具体地说，SiH₄被电离，使其电子移动到更高的能级。这伴随有随后的氢原子的剥离。离子化分子具有可用的敞开式反应物地点，并且如果在存在例如氧气的反应性气体的情况下，则可以轻易地形成SiO₂薄膜。如果离子化分子不在存在反应性气体的情况中，则可以形成硅的薄膜。前驱气体的化学作用存在元素的过剩，并且因此，存在可以通过PECVD沉积的元素和材料的大的可用性。在没有限制的情况中，可由PECVD沉积类型的薄膜为透明的导电氧化物薄膜涂层、日照控制及光学薄膜涂层和半导体薄膜涂层。本领域的普通技术人员将认识并了解到能够通过PECVD沉积的其他种类的薄膜涂层。

因此，在表面产生等离子体是常见的工业实践，特别是在涂覆行业中。已经开发出许多设备来产生并且形成等离子体。大部分已知的设备产生成形为圆柱形的等离子体喷流，其具有许多用于涂覆和表面处理的实际应用。然而，线性的等离子体可能具有更多的实际应用。可以使线性的等离子体在大型的基板表面积上工作，这对大面积的玻璃涂覆、纺织品涂覆和多部件的批量涂覆是有用的。

迄今为止，大部分已知的PECVD装置是用于小尺寸的(即＜1m²)的沉积，因为大部分等离子体源是非常短的并且可能仅涂覆小的面积。因此，已经难以实施应用于大面积涂覆的PECVD。然而，已经存在设计成用于涂覆大面积表面的PECVD装置。这包括(但不限于)磁电管源、阳极层离子源和Madocks源。

然而，存在与使用涂覆大面积表面的前述PECVD装置有关的缺陷。例如，磁电管源倾向于非常庞大，一般为150毫米宽乘300毫米深，并且需要磁铁。此外，当被用于PECVD时，磁电管源的表面趋向于涂覆有沉积的材料，并且因此，使磁电管绝缘，这可能产生弧光及其他并发情况。此外，溅射的材料损害了沉积的材料。阳极离子层源例如遭受和磁电管源类似的缺陷，其中它们倾向于庞大，需要磁铁以及被涂覆。此外，离子层源倾向于按低速(0.1μm/秒)沉积PECVD材料。Madocks源例如遭受庞大和需要磁铁以及低涂覆效率(大约15％)的缺陷。此外，所有三个前述的源依赖闭路电子漂移(例如霍耳效应)来产生均匀的等离子体。

在不依靠闭路电子漂移或者霍耳效应的情况下有可能产生均匀的等离子体。做到这的常见途径是具有两个相对于彼此基本上平行定位的电子发射表面，其中电子发射表面借助于交流电源按双极和不同相的方式相互连接。当电压差被应用到所述两个电子发射表面上时，可以产生等离子体。两个电子发射表面之间的极性按一些预定的频率被从正极转换为负极，并且等离子体均匀地传播开。

已经开发出基于平行的电子发射表面的等离子体源。一种所述源为空心阴极源，例如美国专利US6,444,945中所描述的那样。更具体地说，美国专利US 6,444,945中所描述的等离子体源包括由连接到双极性交流电源上的两个空心阴极形式所组成的，如图1所示。等离子体源包括第一和第二空心阴极结构1和2。两个空心阴极结构1和2通过导线6电连接到交流电源5上，该交流电源5产生交流电流来驱动等离子体3的形成。当空心阴极结构之一经受负电压时，另一个空心阴极结构经受正电压，在所述空心阴极结构之间产生电压差并且促使电流在所述结构之间流动，从而完成电路。选择性地，磁铁4可以设置在各个空心阴极的开口附近，以增加空心阴极结构1和2之间的等离子体电流。然而，美国专利US 6,444,945未说明所公开的空心阴极对于任何PECVD工艺或者对于大面积表面涂覆的使用。

因此，关于等离子体源或者PECVD源，在大面积涂覆技术中还有一种需求是可以产生相当长(即长度大于0.5米)的均匀且稳定的等离子体。此外，关于PECVD源，在现有技术中还有一种需求是细密的并且可以通过高涂覆效率地沉积出涂层。此外，关于PECVD源和工艺，在现有技术中还有一种需求是在操作期间消耗更少的能量，以便降低总运行成本。

发明内容

在本发明的一方面，提供了一种稳定的、均匀的和长的等离子体。

在本发明的一方面，提供了一种能够形成稳定的、均匀的和长的等离子体的等离子体源。

在本发明的一方面，提供了一对起线性等离子体源作用的电子发射表面。

在本发明的一方面，提供了一系列起双极性等离子体源作用的电子发射表面。

在本发明的另一方面，提供了一种形成稳定的、均匀的和长的线性等离子体的方法。

在本发明的另一方面，提供了一种形成稳定的、均匀的和长的双极性等离子体的方法。

在本发明的另一方面，提供了一种起到前驱气体的能源作用的等离子体。

在本发明的另一方面，提供了一种将前驱气体输送至等离子体源的方法。

在本发明的又一方面，提供了一种使用稳定的、均匀的长等离子体来形成大面积的涂层的方法。

在本发明的又一方面，提供了一种借助于磁铁所产生的增密的等离子体。

在本发明的又一方面，提供了一种使增密(或致密)的等离子体源弯曲的方法。

在本发明的又一方面，提供了一种提高由PECVD工艺沉积的涂层的涂覆效率的方法。

在本发明的又一方面，提供了一种增强次级电子流的PECVD设备。

根据发明的优选实施方式的原理，通过提供至少2个借助于交流电源相互连接的电子发射表面来获得所述及其他优点，其中所述交流电源向所述2个电子发射表面提供变化的或者交替的双极性电压。更具体地说，至少2个电子发射表面经由交流电源相互连接，以便所述交流电源向所述两个电子发射表面施加双极性的电压差。所述双极性电源最初驱动第一电子发射表面至负电压，提供等离子体结构，同时第二电子发射表面被驱动至正电压，以便起到电压施加电路的正极的作用。然后，这驱动第一电子发射表面至正电压，并且颠倒负极和正极的作用。当电子发射表面中的一个被驱动至负极时，在相应的腔体内形成放电。然后另一个负极形成正极，促使电子从等离子体中逸出并且行进至阳极侧，从而连通电路。

根据本发明的电子发射表面的配置可以按两种普通的模式(标准的和热电子的)来操作。在标准模式中，电子发射表面的温度保持比较低，并且通过水冷或者其他冷却方法来控制。当处于标准模式时，负极需要几百至几千伏特来运行，使电子电流保持比较低。在热电子模式中，允许通过等离子体加热作用或者单独的加热设备来使电子发射表面升温。当电子发射表面达到升温时，电子发射比冷阴极高至少一个数量级，结果在较低的电压下产生高的负极放电电流。达到热电子模式所需的温度和高效运行所需的电子电压将部分地依赖于负极材料的功函数。

当需要时，可以使用磁体和/或附加电极来结合到根据本发明的电子发射表面的配置中。磁体和/或附加电极的使用引起由本发明的PECVD源所产生的等离子体的增密(提高密度)的结果。根据本发明的等离子体源可以被用于(不限于)需要稳定的、均匀的和长的等离子体的应用方案的任何一种中，例如用于涂覆如单片玻璃和/或玻璃条带的大面积的涂层。

本发明提供了优于现有技术的等离子体源的许多独特优点和设计特点。所述优点和特点包括但不限于：1)可以将用于产生根据本发明的等离子体的设备制造成非常紧凑，使两个电子发射表面之间的间距小到大约0.5毫米，并且总高度小于大约60毫米；2)等离子体源可以被制造成线性的和较长的，例如＞0.5米；3)可以通过气体保护和/或热蒸发(例如表面没有被涂覆)来保持电子发射表面的清洁；4)可以热激励和/或电激励前驱气体以获得更高的反应性；5)等离子体源能够在单位长度内产生高的等离子体电流；6)所述等离子体源可以产生超过电容类系统或者二极管类系统的等离子体密度；以及7)由所述等离子体源产生的等离子体可以构成二维的。

本申请的发明人已经出乎意料地发现，上述优点导致了：1)二次电子表面之间的高的二次电子电流；2)大面积涂层的高的沉积速率；3)大面积涂层可以有几微米厚，但是具有很低的应力；4)大面积涂层可以有几微米厚，但是平滑；以及5)大面积涂层为几微米厚，但具有很低的浑浊度。

附图说明

图1示出了现有技术的空心阴极设备。

图2示出了根据本发明的基本的线性PECVD装置。

图3示出了图2的一系列基本的线性PECVD装置。

图4示出了根据本发明的PECVD装置中的双空心阴极。

图5示出了根据本发明的PECVD装置中的一系列空心阴极。

图6示出了根据本发明的PECVD装置的“串联”的配置。

图7示出了根据本发明的PECVD装置的另一种“串联”的配置。

图8示出了根据本发明的包括磁体的PECVD装置。

图9示出了根据本发明的包括第三电极的PECVD装置。

图10示出了根据本发明的包括一系列多孔壁的PECVD装置。

图11示出了根据本发明的“串联”的PECVD装置。

具体实施方式

虽然可以按许多不同的形状来概括本发明，但是本文是通过以下理解来描述许多说明性的实施方式的，本公开内容被认为是提供了发明原理的实例，并且所述实例并不旨在将发明限制于本文中所描述和/或示出的优选实施方式。通过充分的详图来公开了不同的实施方式，以使本领域的技术人员实践发明。应当理解，在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，可以采用其他实施方式、可以进行结构和逻辑上的改变。

如本文所提及的，“暗区”是指围绕电极的狭窄区域或者面积，由此等离子体电流是非常低的。通常，被暗区距离间隔开的两个相反地充电的等离子体电极或者等离子体电极和地电位导体将在它们之间基本上呈现为没有电流。

“空心阴极”是指一般由主要面向负极的表面和第三近端正极表面所构成的等离子体成型装置。面对的负极表面被这样间隔开，以使电子在表面的负电场之间振荡并且从而被约束。

“前驱气体”是指包含一种化学元素或者多种化学元素的待被冷凝成固体涂料的分子形式的气体。由前驱气体凝结的所述元素可以包括金属、过渡金属、硼、碳、硅锗和/或硒。通常，前驱分子是惰性物或者不倾向于附着在表面上，直到被能源激励、部分分解或者完全分解，因此包含所要求的用于涂覆的化学元素的前驱气体的化学片断在化学性质上能够以固体形式粘结到表面上或者凝结在表面上。前驱化合物的凝结部分可以主要是纯元素、元素的混合物、由前驱化合物组分获得的化合物或者化合物的混合物。

“反应气体”是指氧气和/或氮气。常常所希望的是将可能不能单独以化学方法从前驱气体中获取的化合物沉积到表面上。通常，例如氧气或者氮气的反应气体被添加到CVD工艺中以形成氧化物或者氮化物。其他反应气体可以包括氟、氯、其他卤族或者氢气。反应气体可以通过以下事实与前驱气体区别开，甚至当被激励或者以化学方法分解时，不会形成可冷凝的分子组织。通常，反应气体或者反应气体片断不能单独生长出固定的沉积物，但是它们可以发生反应并且以化学方法结合到由前驱气体或者其他固定沉积源获得的固体沉积物中。

“基板”是指待涂覆的小面积或者大面积物件或者具有通过本发明以化学方法改进的表面。本文中所指的基板可以由玻璃、塑料、无机材料、有机材料或具有待涂覆或改进的表面的任何其他材料组成的。

“等离子体”是指包括自由电子和正离子两者的导电的气态介质。

“霍尔电流”是指由交叉电磁场所引起的电子电流。在许多传统的等离子体形成装置中，霍尔电流形成了封闭的环流路径或者电子流的“跑道”。

“交流电”或者“交流电源”是指来自交变电源的电能，在该交变电源中，电压按正弦曲线、方波、脉冲或者其它波形方式的某一频率变化。电压变化常常是从负到正。当在双极形式中，由两根导线输送的输出功率通常相位相差大约180°。

“热电子”是指从一个表面发射的电子，其中发射通过高表面温度来极大地加速了。热电子温度通常为大约600℃或更高。

“功函数”是指将电子从固体表面直接移除到固体表面外面的一点处所需的最小能量，按电子伏特(eV)计算。

“二次电子”或者“二次电子电流”分别是指由于固体表面被粒子撞击而从所述固体表面发射的电子和因而所产生的电流。

本申请的发明人已经出乎意料地发现，可以在不依赖闭路电子漂移(例如霍耳效应)的情况下产生长的(例如＞0.5米)、稳定的和均匀的线性等离子体，其PECVD工艺是有益的。这可以通过提供借助于交流电源相互连接的至少2个电子发射表面来实现，其中所述交流电源向所述2个电子发射表面提供变化的或者交替的双极性电压。更具体地说，至少2个电子发射表面经由交流电源相互连接，以便所述交流电源向所述两个电子发射表面施加双极性电压差。所述双极性电源最初驱动第一电子发射表面至负电压，提供等离子体结构，同时第二电子发射表面被驱动至正电压，以便起到电压施加电路的正极的作用。然后，这驱动第一电子发射表面至正电压，并且颠倒负极和正极的作用。当电子发射表面中的一个被驱动至负极时，在相应的腔体内形成放电。然后另一个负极形成正极，促使电子从等离子体中逸出并且行进到另一侧，从而连通电路。

根据本发明的电子发射表面产生了等离子体，并且所述两个表面进一步依次被电子或者离子冲击。电子发射表面通过电子或者离子的冲击，结果从所述电子发射表面上发射出二次电子。二次电子发射是很重要的，因为二次电子流协助产生增密的等离子体。包括电子和/或离子的电流在两个电子发射表面之间存在的空间中流动。可以根据待使用的涂覆参数来在距离方面改变该空间。该距离可以在大约1毫米到大约0.5米之间，并且在某种程度上通过等离子体形成装置和围绕电子发射表面的工作气体的压力来决定。

为了增强电子发射表面的电子发射，电子发射表面可以由例如镀钍钨或者其他相似材料的低逸出功材料组成。替代地，电子发射表面可以被加热到大约600℃至大约2000℃的温度范围以增强电子发射，例如热电子发射。优选的温度范围为大约800℃至大约1200℃。当电子发射表面保持在升温下时，需要更低的电压来产生等离子体。当在升温下时，电压的范围可以从大约10伏特到大约1000伏特。优选的范围为大约30伏特到大约500伏特。当通过水或者其他冷却方法来冷却电子发射表面时，需要更高的电压来产生等离子体。当在所述更低的温度下时，电压的范围可以从大约100伏特到大约2000伏特。优选的范围从大约300伏特到大约1200伏特。

还可以通过形成空心阴极效应或者电子振荡效应来增加电子发射。当任何单个电子发射面被成型为由相同电势下的两个面对的表面构成时，电子可能振动并且被约束在所述两个面对的表面之间。电子发射表面之间的最佳距离随着压力的减小而增加。一般的工作压力可以从大约一个大气压力到大约10^-4毫巴。根据本发明的优选工作压力从大约1毫巴到大约10^-3毫巴。因此，在大约1毫巴的工作气体压力下，最佳的距离可以为大约2毫米到大约30毫米。优选距离为从大约3毫米到大约10毫米。因此，在大约10^-3毫巴的工作气体压力下，最佳的距离可以为大约10毫米到大约100毫米。优选距离为从大约10毫米到大约30毫米。根据本发明的等离子体的长度可以制造成如改变电子发射表面的长度所需的一样长或者一样短。根据本发明的等离子体可以被制造成非常长，＞0.5米。优选的是，根据本发明的等离子体大于一米长。

电极发射面还可以由多孔的导电的材料组成，例如金属、石墨、碳化硅、二硼化钛。当设计结合用于电子发射表面的所述多孔材料时，反应气体还可以被输送通过所述表面。反应气体喷射的该方法力图防止前驱气体接触器壁并且形成涂层。

如果需要，可以增加电子发射表面的数量以形成一系列电子发射表面，例如图3和5中所示出的那样。本申请的发明人已经出乎意料地发现，所述系列的电子发射表面能够形成不但很长而且非常宽的等离子体。换句话说，所述阵列能够形成二维的等离子体，例如图3和5中所示出的那些。所述阵列型PECVD源提供了优于仅具有两个电子发射表面的那些源的优点。本申请的发明人还意想不到地发现，在正偏压和负偏压的电子发射表面之间存在的“暗区”可以被利用来将前驱气体和/或反应气体输送到交变的电子电流空间中。已知等离子体不仅散逸到所述“暗区”中，并且因此，前驱气体和/或反应气体可以在没有任何显著降解作用的情况下或者在前驱气体和/或反应气体到达希望涂覆的基板的表面之前被输送到基板附近。

虽然不是为形成根据本发明的均匀的、长的和稳定的等离子体所必需的，但是可以利用具有本文中所描述的等离子体源的磁体，并且提供几个优点，包括但不限于以下：1)可以在没有形成显著的霍尔电流的地方使用磁体；2)可以通过聚合磁场线来形成增密的等离子体；3)用来产生增密的等离子体的磁场线可以经过基板的表面的附近或者甚至穿过基板的表面；4)可以在电子发射表面之间的电流路径中形成磁化的“反射面”；以及5)可以使增密的等离子体接触另外的电极。

根据本发明的设备和等离子体源的上述优点在大面积涂层的领域中具有直接冲击，例如大面积的玻璃涂层。玻璃基板涂有薄膜，包括但不限于：1)电介质薄膜；2)透明的导电薄膜；3)半导薄膜；以及4)防阳光薄膜。可以通过调整根据本发明的等离子体源的某些沉积参数来定制与上述涂层组有关的特性，例如结晶度、拉应力和空隙度。

考虑透明的导电薄膜的大面积涂层时，结晶度直接影响透明的导电薄膜的导电率的程度。通常，当基板处于升温时，通过溅射或者CVD来沉积出大部分透明的导电层。基板的升温给予了所沉积的透明的导电材料重新排列导电率的最佳结晶度所需的能量。升高基板(例如玻璃基板)的温度的需求产生许多缺点。所述缺点包括但不限于：1)基板的加热和冷却；2)可以操作基板的加热和冷却的设备；3)与基板的加热和冷却有关的成本；以及4)加热和冷却基板所需的时间趋于更长(至少1小时)。根据本发明的PECVD装置的等离子体源绕过了所述缺点，因为可以在不满足基板的技术要求的情况下在升温时沉积出透明的导电薄膜。而不是升温下的基板成为促进重新排列光学结晶度的能源，可以通过等离子体本身来提供能量，并且可以消除上述缺点。

关于电介质薄膜的大面积涂层，一般的PECVD方法很难适用于大表面积的涂层。对于所述大面积的表面涂层，通过一般的溅射方法来沉积出大部分的电介质膜。所述方法已经被用来生产比较薄(大约0.1μm或更薄)的电介质涂层。因此，迄今为止，对于大表面积的涂层，电介质涂层的厚度是受限制的(大约0.1μm或更厚)。因为能够采用很高的沉积速率，例如至少大约0.2μm/秒或更高，所以绕过了该限制。优选的沉积速率为大约0.3μm/秒。最优选的沉积速率为大约0.5μm/秒。当根据本发明的PECVD装置应用于大面积的表面涂层时，该很高的沉积速率进而允许用于更厚的电介质涂层。

关于半导体薄膜的大面积涂覆，例如用于光电应用的玻璃上的硅薄膜，传统的半导电薄膜沉积方法受到缓慢的材料沉积速率的限制。根据本发明的PECVD装置的等离子体源绕过了该限制，因为能够利用很高的沉积速率，例如至少大约0.2μm/秒或更高。当根据本发明的PECVD装置应用于大面积的表面涂覆时，该很高的沉积速率进而允许用于更厚的半导体薄膜涂层。

可通过根据本发明的PECVD装置和方法沉积的不同材料不具体限制于电介质材料、透明的导电材料和/或半导电材料。如果需要，可以利用根据本发明的PECVD装置和方法来沉积有机材料。例如，遭受来自本文中所描述的PECVD装置的等离子体的有机单分子物体可以被供给足够的能量以经受聚合作用。

本发明的以下实施方式绝不意在限制。本领域的技术人员将认识并了解到，在不脱离本发明的精神或范围的情况下如何应用本文中所描述的装置和方法。

图2中示出了本发明的一个实施方式，其示出了两个电子发射表面51和52的配置，所述电子发射表面51和52被连接到交流电双极电源(未示出)上，以便表面51和52的电压相互间的电相位不一致。电压可以从300伏持续到1200伏，并且一般当一个表面为负偏压时，则另一个表面为正偏压。然而，两个电子发射表面可以是正偏压或者负偏压，只要有足够的电压差来驱动等离子体的形成。极性可以按某一预定的频率来切换，通常在大约10赫兹(Hz)到108Hz之间。根据本发明的优选频率范围为大约103Hz到107Hz。图2中所示的本发明的实施方式表明PECVD源的紧凑特性，其为大约18毫米宽和30毫米高。所述尺寸比大部分已知的和传统的等离子体源要小很多。从图2的PECVD装置的底部到基板11的距离可以为从大约3毫米到大约100毫米。优选距离为从大约6毫米到大约50毫米。一般地，基板11将在等离子体源下面以预定速率移动，但是如果需要可以静止不动。

前驱气体可以被通过入口管55喷射到前驱歧管54中，以便前驱气体然后通过一排孔56进入到等离子体电流区域中并且然后与等离子体相互作用。有益地，所产生的等离子体提供了大量的能量。所述能量可以用来按非常高的速率激活、电离和/或分裂前驱气体分子，以便可以在大面积基板11上效率很高地涂覆。当图2的装置应用于PECVD时，可以获得超过已记录的其他线性的大面积沉积源的沉积速率。出乎意料的是，沉积速率可以高达0.5μm/秒或更高。绝缘层53将等离子体的产生限制在电子发射表面51和52之间的区域中。换句话说，绝缘层53限制等离子体离开由电子发射表面51和52所限定的空间并进入到周围环境中。

出乎意料的是，在两个表面51和52之间形成的等离子体沿所述表面的长度线性地且均匀地伸展开。图2的PECVD装置的运行，产生了大约200毫米长的等离子体。然而，所述等离子体可以为几米长并且仍然保持稳定性和均匀性。可以由本文中所论述的内容来改进本发明的PECVD装置的具体尺寸以如本领域技术人员考虑到本文的公开内容所认识和了解到地改变等离子体的长度。表面之间的区域中的等离子体电流可以比较高，在每25毫米长度上为1或2安培的范围内。由所述装置所消耗的总功率较高并且可以为每单位长度数10kW。

图2和其余附图示出了本文所描述的仅为了说明起见、末端开口的PECVD源的歧管及其他部分。一般地，所述端部将被封闭以容纳反应气体、前驱气体和等离子体中的任何一种，如本领域技术人员所认识和了解到的那样。

图3中所示的是本发明的PECVD源的一个实施方式。图3在这一点上类似于图2，两个实施方式示出电子发射表面相互平行地设置。然而，在图3中，电极发射表面的数量已经从2增加到10了，以形成一排电子发射表面。电子发射表面的精确数量不特别受限制并且可以根据需要来调整，如本领域技术人员在考虑到本文所公开的内容后认识和了解到的那样。一般地，可以使用4到20个电子发射表面，但是，如果需要，可以使用多于20个。当电子发射表面对的数量增加时，因此PECVD装置的沉积速率的能力也增加了。如果电子发射表面的数量增加到四个，或者如果为三倍而增加到六个(例如2个电子发射表面相当于至少大约0.2μm/秒的沉积速率；4个电子发射表面相当于至少大约0.4μm/秒的沉积速率；6个电子发射表面相当于至少大约0.6μm秒的沉积速率)，则现有的可以高达至少大约0.2μm/秒的沉积速率可以加倍。沉积速率上的该增大可以延伸至规模上，如将更多的电子表面加入到阵列中。

为了在每个相邻的电子发射表面产生电子流动的区域，电子发射表面被轮流地电连接到双极性电源或者脉冲电源(未示出)的电极上。优选的是，形成连通，以便对于任何给定的表面，在每个侧面上的两个表面的电压与中间部分中的的相位不一致。因此，第一电子发射表面40和第二电子发射表面41通过交流电压或者脉冲电压来供给能量并且相互的相位不一致。剩余阵列中随后的电子发射表面可以按这样的方式来偏压，以使阵列中每隔一个表面在电力上是同相的。形成电连接，以便各个电子发射表面在两侧上具有不同相的电子发射表面，除了阵列的每一侧上的电子发射表面之外。在电子发射表面的外侧上设置绝缘壁42，以便抑制等离子体形成在阵列的外侧上。

在PECVD装置远离基板11的侧面上为一系列用于反应气体和前驱气体的歧管。各个电子电流空间存在反应气体歧管43，并且被这样定位，以使反应气体可以沿电子发射表面流动。前驱气体歧管44被这样定位，以使前驱气体主要流过电子电流流动空间的中心。反应气体歧管43和前驱歧管44的该定位将减少前驱材料在电子发射表面41和40上的沉积。因此，每个电子流动空间具有三个相应的歧管。前驱气体歧管44可以这样来供给不同的前驱气体，以便当其移动通过图3的PECVD源时在基板11上形成多层沉积物。作为一个非限制性实例，如果需要玻璃/SiO₂/TiO₂/SnO₂的玻璃涂覆系统，则可以为三个连续的前驱气体歧管分别提供包括硅、钛和锡的合适的前驱气体。

反应气体歧管43还可以被供给以不同的气体材料。作为一个非限制性实例，如果需要氮氧化合物类层，则反应气体歧管可以被供给氧气和氮气。反应物气体和前驱气体自歧管43和44流过绝缘壁42中的孔45。三个歧管46在图3中被切短了以显示出气体流入到当前流动空间中的一排排孔45。

对于大面积基板的涂覆或者表面处理，所述阵列可以被延长到至少2到3米的长度，如本领域技术人员在考虑到本文的公开内容时认识和了解到的。在图3中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

整个阵列可以通过一个电源(未示出)来驱动。出乎意料的是，不但来自一个电源的等离子体沿每个表面的长度均匀地分布，而且其从所述阵列的电子发射表面到电子发射表面均匀地分布，从而形成二维的等离子体区。等离子体的该二维的均匀分布允许通过PECVD将材料以意想不到地高的速度(大约0.5μm/秒或更高)沉积到基板表面上。

本申请的发明人已经发现，出乎意料的是，细长的空心阴极可以被用作涂覆大面积表面的PECVD源。空心阴极是两个大致相互平行的表面，其中所述表面通过电压偏压并且彼此不同相，类似于本文所描述的电子发射表面。当以适当的电压偏压时，表面产生等离子体并且所述表面然后被电子或者其他离子冲击。

图4示出了根据本发明的双空心阴极。空心阴极12紧靠着另一个空心阴极13设置。应当注意到，空心阴极是由电子发射材料组成的。电绝缘的材料14围绕空心阴极设置并且限制等离子体向空心阴极外面行进到外界环境中。图4示出了出现在空心阴极之间的电子振荡区域16和二次电子电流15。PECVD源设置有用于输送计划沉积的前驱气体的前驱气体歧管17和前驱气体进口管19。管子18也被设置来用于输送反应气体。

在图4的PECVD装置中，在空心阴极12和13的每一个之间存在通称为暗区的空间20。图4中示出的双空心阴极之间的暗区不包括等离子体或者不允许电流在负极之间流动，并且从而提供了用于前驱气体流动的通道。使前驱气体流入到双空心阴极之间的暗区20中是有益的，因为暗区20中没有等离子体确保了前驱气体不会在到达待涂覆的基板11之前发生反应或者降解。换句话说，在暗区中可能不会发生前驱气体或者反应气体的电离。选择性地，如果需要，如果在所述空间内部不需要气体流量，则可以给暗区20充以绝缘材料。暗区20的宽度取决于压力并且在大约1毫巴到大约10^-3毫巴的压力范围内为从大约0.3毫米到大约3毫米。

对于大面积基板的涂覆或者表面处理，空心阴极可以被延长到至少2到3米的长度。在图4中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图5中所示的是本发明的空心阴极PECVD源的一个实施方式。图5在这一点上类似于图4，两个实施方式示出邻近地设置的空心阴极。然而，在图5中，空心阴极的数量已经从2增加到4了，以形成一排邻近地设置的空心阴极。空心阴极的精确数量不特别受限制并且可以根据需要来调整，如本领域技术人员在考虑到本文所公开的内容后认识到的那样。一般地，可以使用4到8个空心阴极，但是，如果需要，可以使用多于8个。

图5的空心阴极设有促进两个表面之间的振荡的电子发射表面31和38。在图5的装置中，电子发射表面31具有同相交变电压地电连接。电子发射表面38与电子发射表面31不同相。阵列的每个电子发射表面在两侧上具有电压不同相的电子发射表面。狭缝32用于电流和等离子体流动到相邻的电子发射表面。空心阴极之间的空间33表示了暗区。暗区33可以选择性地装填有固体绝缘子。暗区的宽度取决于压力并且在大约1毫巴到大约10^-3毫巴的压力范围内为从大约0.3毫米到大约3毫米。所述暗区33可以被用于前驱气体自前驱给料管36和歧管37流入到电子发射表面31及38和基板11之间的电子电流的区域39。在阵列的各个端部和在阵列的后部处空心阴极的外表面被绝缘材料34覆盖以减少在图5的PECVD装置的背面或者侧面上形成等离子体。

反应气体可以通过管子35被直接供给到电子振荡区域中。还可以通过管子35供给不同的反应气体。作为一个非限制性实例，如果需要氮氧化合物类层，则反应气体歧管可以被供给以氧气和氮气。

前驱气体歧管56可以被供给不同的前驱气体，以便当其移动通过图5的PECVD源时在基板11上形成多层沉积物。作为一个非限制性实例，如果需要玻璃/SiO₂/TiO₂/SnO₂的玻璃涂覆系统，则可以为三个连续的前驱气体歧管分别提供包含硅、钛和锡的合适的前驱气体。在对于单一材料需要非常高的沉积速率的情况中，可以将相同的前驱气体喷射到多于一个前驱歧管36中。利用该结构获得的至少大约0.2μm/秒的沉积速率然后可以被乘以空心阴极对的数量。(例如一对空心阴极相当于至少大约0.2μm/秒的沉积速率；两对空心阴极相当于至少大约0.4μm/秒的沉积速率；四对空心阴极相当于至少大约0.6μm/秒的沉积速率)。

对于大面积基板的涂覆或者表面处理，空心阴极可以被延长到至少2到3米的长度。在图5中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图6中示出的是根据本发明的、可以被被称作“串联的”PECVD源的PECVD源。图6的PECVD源适合于允许前驱气体和/或反应气体穿过等离子体电流的区域25。包括许多电极表面21、22、23和24的导电的壁相邻地设置，并且在所述壁的电极表面之间发生电子振荡，例如在电极表面21与22和23与24之间。可使用双极性电源29来连接电极表面21与22和23与24。当电极表面21和22相对于电极表面23和24为负偏压时，发生电子振荡。该相应的偏压然后在极性方面按某一频率被反转，以使表面23和24相对于表面21和22变为负偏压。极性的该反转形成了通过等离子体区域25的交变等离子体电流。虽然未示出，但是包括电极表面21、22、23和24的导电的壁可以在外表面上被电绝缘地覆盖以抑制在所述壁的外侧上形成等离子体。

电极表面21、22、23和24可以通过电绝缘体30相互间被电绝缘。电绝缘体30还可以被设置在包括电极表面23与24的导电的壁和气体歧管26、27与28之间。歧管26可以被用于前驱气体的输送，前驱气体向下行进到包括电极表面21、22、23和24的导电的壁之间的中心处。反应气体歧管27和28允许反应气体沿所述壁行进以防止前驱的不希望有的沉积。

因此，“串联的”PECVD源的配置可以被认为是推动反应气体和/或前驱气体“运动”通过的“等离子体gamet”。在该配置中，由于气体必须行进的距离和暴露于到达基板11的等离子体区域中的最高等离子能中，所以反应气体和/或等离子体气体被激励的可能性显著地增大了。对于大面积基板的涂覆或者表面处理，设备可以被延长到至少2到3米的长度。在图6中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图7中示出的是根据本发明的、还可以被被称作“串联的”PECVD源的PECVD源。图7的PECVD源适合于允许前驱气体和/或反应气体穿过电子振荡区域25并且形成等离子体。包括许多电极表面21、22、23和24的导电的壁相邻地设置，并且在所述壁的电极表面之间发生电子振荡，例如在电极表面21与22和23与24之间。可使用双极性电源来连接电极表面21与22和23与24。当电极表面21和22相对于电极表面23和24为负偏压时，发生电子振荡。相应的偏压极性按某一频率在表面21、22、23和24之间被反转。虽然未示出，但是包括电极表面21、22、23和24的导电的壁可以被电绝缘地覆盖以抑制在所述壁的外侧上形成等离子体。

电极表面21、22、23和24可以通过电绝缘体30相互间被电绝缘。电绝缘体30还可以被设置在包括电极表面23与24的导电的壁和气体歧管26、27与28之间。图7示出了为了说明起见而敞开的形成等离子体的壁和歧管的端部。一般地，所述端部将被封闭以容纳反应气体、前驱气体和等离子体中的任何一种，如本领域技术人员考虑到本文所公开的内容后所认识到的那样。歧管26可以被用于前驱气体的输送，前驱气体向下行进到包括电极表面21、22、23和24的导电的壁之间的中心处。反应气体歧管27和28允许反应气体沿所述壁行进以防止前驱的不希望有的沉积。

因此，图7的“串联的”PECVD源的配置可以被认为比图6的配置更加“等离子体gamet”，因为反应气体和/或前驱气体到达基板11必须横越的间距甚至比图6的更长。对于大面积基板的涂覆或者表面处理，设备可以被延长到至少2到3米的长度。在图7中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图8示出了根据本发明的包括附加的磁体的PECVD源。磁场的加入有助于引导电子从电子发射表面之间一般的直的电流路径射出。因此，可以在离等离子体产生设备稍微远些地形成等离子体的高密度。如果磁场线结合有“磁镜”效应，则可以形成等离子体的出乎意料的密度和高能的局部化。该增密的区域还可以被延长到均匀的高能等离子体条中，以供大面积基板的表面改良或者涂覆所用。

磁镜现象在等离子体物理学领域中是已知的。磁镜效应存在于电场和磁场两者均出现以加速并控制电子运动的地方。如果磁场线在某一点处汇合，则移向并移入会聚点的电子倾向于被反射并且引起反向。在磁会聚的区域中，每一单位面积的电子密度增大了以产生负的电偏压的区域。由于呈现出负电荷，所以正离子被促使离开该区域，并且所述离子可以进而冲击表面。

在图8的等离子体源中，通过第一电子发射表面70和第二电子发射表面71来产生电子。在图8中，电子发射表面是包括用于约束振动的电子等离子体的壁的空心管。管子79向管子70和71供给气体。一般地，这可以是惰性气体、反应气体或者其混合物。其他种类的电子发射表面可以代替产生振动电子等离子体的所述表面。在管子70和71中加工出狭缝(未示出)以形成用于所产生的等离子体的电子和离子的排出路径。电子发射表面通过交流电的双极性电源(未示出)来供能。这产生了通过等离子体路径72并且通过磁镜区域74的交变的、来来回回的电子流。当设备被延长时，电子的交变流倾向于传播并均匀地分配等离子体。发明人已经出乎意料地发现，长度接近四米的等离子体可以保持均匀的且稳定的等离子体特征。增密的等离子体区域74在所述长度上是出乎意料地均匀的，并且给基板11的表面赋予了出乎意料的大量能量。在基板11例如为3毫米厚的玻璃整料或者玻璃条带的情况中，温度在几秒内升高到足以沿等离子体的线来线性地切割玻璃。希望保持基板11移动以避免局部热损伤，特别是如果基板是玻璃、聚合物或者任何其他易受热破坏的材料。

增密的等离子体74的区域通过在基板与电子发射表面相反的侧面上具有一个或多个磁极75来与基板11保持接触。一部分磁场从电子发射表面附近穿过等离子体区域72然后穿过基板11的区域77进入到基板后面的磁极中。另一部分磁路是由流过磁极片78和79的场所组成的。所述磁极片一般可以是由磁性上导电的材料(例如铁)制成的。在磁极片部分77和78之间，磁场穿过基板11进入到区域76中。

可以通过增加基板11后面的磁极的数量来在大面积上获得更多的能量或者能量分散。一般地，为了简化磁路，可以在基板11后面保持单数个磁极。如果多对电子发射表面被结合到附加的磁极上，则可以有许多其他结构。本领域的技术人员在考虑到本文所公开的内容后将认识并了解到所述附加的结构。

图8中的块80可以相当于许多不同的硬件部件。在其简单形式中，其可以是用于压力控制、气体限制、防护或者其他机械性应用的包围等离子体的空间的器壁。块80可以是附加的原子沉积源，例如溅射源、蒸发源或者用于分配前驱气体的气体歧管。本领域的技术人员在考虑到本文所公开的内容后将认识并了解到所述结构。

如果等离子体的该高密度与基板表面接触并且在粘附至基板上之前来自沉积源的沉积原子通过增密的等离子体区域74，则图8的装置是特别有益的。如果沉积的原子或者分子穿过增密的等离子体区域74，则赋予所述沉积材料的额外的能量可以产生给予沉积出的层的期望的特性。赋予所沉积层的有益的特性可以包括但不限于，增强的屏障性能、层密度和增强的结晶度。此外，还可以通过对现有涂层的后处理和快速退火来实现或增强结晶。

图8的装置在通过等离子能、离子轰击或者包含在等离子体内部的高度的反应气体种类来以化学方法改进表面方面也是有效的。对于大面积基板的涂覆或者表面处理，设备可以被延长到至少2到3米的长度。在图8中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图9示出了根据本发明的包括附加的第三电极的PECVD源。该第三电极可以通过应用施加到该第三电极上的电压起作用来加速离子从由双电子发射表面所形成的等离子体中逸出。该电压是从施加到电子发射表面的电压中分离出来的，并且可以是不变的正偏压或者负偏压(直流电)或者以某种形式的交流电压变化。交流电压可以被连续地改变或者脉冲。可以使电子发射表面的电压同步化。通过图9的PECVD源所要求的应用来确定正确的电压需求，如本领域的技术人员在考虑到本文的公开内容后所认识和了解到的。第三电极可以配置有磁场以按某一具体方式来限制或者控制电子。本领域的技术人员在考虑到本文所公开的内容后将认识并了解到其他设备的综合和第三电极的定位。

在图9中，等离子体是通过第一电子发射表面100和第二电子发射表面101所形成的。电子发射表面100和101具有电子振荡类型的性质。可以通过四个水冷却管102来选择性地水冷却它们。在两个电子发射表面100和101之一的面对的表面之间和内部形成了等离子体103。导电的第三电极105通过各端部上的绝缘体104与电子发射表面的直接的电触点绝缘。在宽度和高度上特别长又非常增密的离子束可以被朝向或者远离电极105加速。

可以通过将第三电极105连接到具有高电流、高电压的负脉冲的电源上来制造出图9的PECVD源的实际应用。当按该方式脉动时，正离子被朝向第三电极105的表面加速，产生了通过离子轰击引起的该表面的溅射或者冲蚀。溅射的原子主要从电极表面向外射出以在基板表面11上形成涂层。通过该方法的涂覆允许一般通过磁控溅射难以实现的材料(例如磁性材料)的沉积。由于其密度和很高的等离子体电流，等离子体103对于该应用是一种非常有效的离子源。该溅射方法的潜在长度不可有效地被其他硬件所用。对于大面积基板的涂覆或者表面处理，设备可以被延长到至少2到3米的长度。在图9中，将沿向上的方向延伸，或者伸出纸张的平面。

图9的PECVD源也可以具有如离子轰击源的应用。第三电极105通过稳定的(直流电)或者交流电压的正偏压，可以使离子朝向基板加速。

图10示出了根据本发明的PECVD源的另一个实施方式。图10示出了一种双空心阴极设计，其中形成电子振荡92和93的两个区域的面对的电子发射表面81、82、83和84包括多孔的导电材料，所述电子发射表面在它们之间具有等离子体电流。出乎意料的是，当面对的电子发射表面81、82、83和84不由实心的导电壁构成时，维持电子振荡效应。表面81、82、83和84可以包括金属丝网结构、烧结多孔金属、钻模板或者允许通过气体或者等离子体组分的任何导电材料。有时，对于多孔的电子发射表面的孔，为加速粒子提供在不与实心壁碰撞的情况下穿过的直通路径是有益的。电子发射表面的孔隙度可以为最多大约75％到至少大约0.1％。优选的范围为大约50％到大约1％。小孔可以包括不同的形状，包括但不限于狭缝、正方孔或者圆孔。电子发射表面可以是由导电的泡沫材料或者烧结材料制成的。

可以按许多方式配置进入到等离子体区域中的气体。在图10中，工作气体被喷射通过管子88，然后通过电绝缘的壁85中的孔90。绝缘壁85的空间可以被间隔开大约2毫米到大约1米。出乎意料的是，等离子体与空间无关地均匀地伸展开。如果所述源是细长的(在图10的方位中向上)，则其可以由大约10毫米到大约4米的长度制成。等离子体均匀地传遍该长度，并且如果需要，可以产生很大的二维的等离子体平面。

在图10中，示出了带有磁极片87的备用的磁体86。在该结构中，等离子体92和93通过将来自等离子体形成设备的磁体的磁场线会聚在基板11的相对侧上来集中在基板11上。磁场线在等离子体92接触表面的区域穿过基板并且在区域91处穿过磁性上传导的磁极片87。绝缘壁89将等离子体区域从磁体上隔离出来。

图11示出了根据本发明的一个PECVD源。图11示出了复制到阵列中的图6的电子发射表面。在该结构中，成一排地复制出形成一对相对表面110和111的振动的电子等离子体。电子发射对的数量可以为从一对(如图6中)到数十对。所有的电子发射对可以通过两条导线118和119电连接到一个双极性电源117上。靠近基板11的整排相对的电子表面111可以通过导线119电连接在一起以产生等离子体114。整排相对的电子发射表面110可以经由与该排表面111不同相的交流电压通过另一导线118相互连接在一起以产生等离子体113。出乎意料的是，尽管通过一个电源来驱动，但是等离子体在跨过全部阵列对的宽度方向上均匀地分布。当所述源被延长到4米长时，等离子体在长度上也是均匀的。

前驱气体和活性气体可以通过单独的气体歧管114和115来分配。优选的是，前驱气体通过中心的歧管114喷射。活性气体优选按使活性气体沿电子发射表面110和111流动以减少在所述表面上的涂覆的方式喷射通过歧管115。选择性地，电子发射表面110和111可以通过水冷却通道112来冷却。

当使用一种前驱时，图11的阵列可以用来按非常高的沉积速率将涂覆材料沉积到基板11上。可以获得大约0.5μm/秒的沉积速率，其目前超过了传统的PECVD装置的能力。所述设备还可以利用喷射到不同的电子发射表面对中以产生多层涂层堆的不同的前驱气体来运行。也不可利用传统的PECVD涂覆技术来由一个装置产生窄为50毫米且长至4米的多层堆的能力。

实例1

以下描述了由图5的PECVD装置所制造的二氧化硅涂层。PECVD装置具有大约150毫米的总长度和大约50毫米的宽度。空心阴极电极的底部到玻璃基板的顶面的距离被定为11毫米。总共四个空心阴极邻近地设置并且被连接到交流电源上。前驱气体借助于给料管36被供应至暗区33，并且按100sccm的速率供应。前驱气体是100％和四甲基二硅氧烷。反应气体经由给料管35被供应到空心阴极的空间中。反应气体是100％的氧气并且按300sccm的速度来供应。基板11是一块碱石灰浮法玻璃并且在图5的PECVD源下保持静止。所使用的交流电源是Advanced Energy PE-II型40kHz的交流电源。基板11上的涂覆区域的尺寸为50毫米×100毫米。表1中给出了涂覆工艺的结果。

电压(伏特)	电流(安培)	功率(瓦)	涂覆时间(秒)	厚度(微米)
					354	8.4	3000	10	6.0

表1实例1中用于薄膜涂层的沉积参数

如可以从表1中看出的那样，在静止的玻璃基板上沉积二氧化硅的薄膜涂层经过10秒钟以产生6微米厚的二氧化硅薄膜。这算出沉积速率为0.6μm/秒。发明人目前了解到没有其他的PECVD装置能够有如此高的沉积速率。利用光学显微镜来从质量方面检验二氧化硅薄膜的光学性质，以显示所述涂层具有很高的平滑度和很低的浑浊度。此外，通过将二氧化硅涂层从基板上分开并且观察涂层的任何“卷曲”来定性地评估拉应力。如果涂层中存在显著的拉应力，则其可以卷曲。然而，没有观察到卷曲，并且因此认为实例1的二氧化硅涂层具有很低的拉应力。

虽然已经关于具体实施方式来描述了本发明，其不限于所述的细节，但是包括本领域技术人员自身可以想象到的各种变化和改进全部落入由以下权利要求所限定的发明的范围内。

Claims

1.一种等离子体源，其包括：

第一电子发射表面和第二电子发射表面；

其中所述电子发射表面电连接到电源上，该电源供应在正和负之间交变的电压；

其中所述电子发射表面被气体容纳空间分开；

其中供应至第二电子发射表面的电压与供应至第一电子发射表面的电压不同相；

其中包含二次电子的电流在所述电子发射表面之间流动；以及

其中在所述电子发射表面之间产生等离子体，其中所述等离子体是线性的并且长度为至少大约0.5米，并且被设定为在基本上没有闭路电子漂移的情况下在其长度上基本上均匀。

2.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面被相互分开至少大约1毫米到至少大约0.5米。

3.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，由所述等离子体源所产生的等离子体为至少大约一米长。

4.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面处于至少大约600℃到至少大约2000℃的温度。

5.如权利要求4所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面处于至少大约800℃到至少大约1200℃的温度。

6.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述电流流过设置在所述电子发射表面中的小孔或者限流孔。

7.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述气体容纳空间容纳前驱气体、反应气体或者其组合物。

8.如权利要求7所述的等离子体源，其特征在于，所述前驱气体包含金属、过渡金属、硼、碳、硅锗、硒或者其组合物。

9.如权利要求7所述的等离子体源，其特征在于，所述反应气体包括氧气、氮气、卤素、氢气或者其组合物。

10.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.2μm/秒的沉积速率产生涂层。

11.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.3μm/秒的沉积速率产生涂层。

12.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.5μm/秒的沉积速率产生涂层。

13.一种由权利要求1的等离子体源所产生的涂层。

14.一种等离子体源，其包括：

多个电子发射表面对，其中每个电子发射表面对都包括第一电子发射表面和第二电子发射表面，

其中所述多个电子发射表面对相邻地设置成阵列；

其中每个电子发射表面对被气体容纳空间分开；

其中每个电子发射表面对电连接到电源上，该电源供应在正和负之间交变的电压；

其中供应给每对表面中的第二电子发射表面的电压与供应给每对表面中的第一电子发射表面的电压不同相；

其中包含二次电子的电流在每对电子发射表面之间流动；以及

其中由每对电子发射表面之间所产生的等离子体形成了二维的等离子体；并且其中所述二维的等离子体的长度为至少大约0.5米，并且被设定为在基本上没有闭路电子漂移的情况下在两个尺寸上基本上均匀。

15.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，每对电子发射表面被相互分开至少大约1毫米到至少大约0.5米。

16.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，由所述等离子体源所产生的二维等离子体为至少大约一米长。

17.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，每对电子发射表面处于至少大约600℃到至少大约2000℃的温度。

18.如权利要求17所述的等离子体源，其特征在于，每对电子发射表面处于至少大约800℃到至少大约1200℃的温度。

19.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述电流流过设置在每对电子发射表面中的小孔或者限流孔。

20.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述气体容纳空间容纳前驱气体、反应气体或者其组合物。

21.如权利要求20所述的等离子体源，其特征在于，所述前驱气体包含金属、过渡金属、硼、碳、硅锗、硒或者其组合物。

22.如权利要求20所述的等离子体源，其特征在于，所述反应气体包括氧气、氮气、卤素、氢气或者其组合物。

23.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.2μm/秒的沉积速率产生涂层。

24.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.3μm/秒的速率产生涂层。

25.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源能够以至少大约0.5μm/秒的速率产生涂层。

26.一种由权利要求14的等离子体源所产生的涂层。

27.一种等离子体源，其包括：

第一电子发射表面和第二电子发射表面；以及

至少两个磁极；

其中所述电子发射表面被气体容纳空间分开；

其中所述至少两个磁极被定位成使所述电子发射表面之间产生的等离子体弯曲和/或增密。

28.一种由权利要求27的等离子体源所产生的涂层。

29.一种等离子体源，其包括：

第一电子发射表面和第二电子发射表面；以及

至少一个电极；

其中所述电子发射表面电连接到第一电源上，该第一电源供应在正和负之间交变的电压；

其中至少一个电极连接到第二电源上，该第二电源供应与供应到所述第一和第二电子发射表面的电压不同的电压；

其中所述电子发射表面被气体容纳空间分开；

其中，当所述至少一个电极被负向脉动时，正离子朝向至少一个电极的表面加速。

30.一种由权利要求29的等离子体源所产生的涂层。

31.一种形成涂层的方法，其包括：

a)提供等离子体，该等离子体是线性的并且至少大约0.5米长，其被设定为在基本上没有闭路电子漂移的情况下在其长度上基本上均匀；

b)贴近所述等离子体提供前驱气体和/或反应气体；

c)贴近所述等离子体提供基板，该基板具有至少一个待涂覆的表面；以及

d)将所述气体沉积在所述基板的至少一个表面上以形成涂层。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，以至少大约0.2μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，以至少大约0.3μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，以至少大约0.5μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

35.一种形成涂层的方法，其包括：

a)提供等离子体，该等离子体是二维的并且至少大约0.5米长，并且其被设定为在基本上没有闭路电子漂移的情况下在两个尺寸上基本上均匀；

b)贴近所述等离子体提供前驱气体和/或反应气体；

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，以至少大约0.2μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，以至少大约0.3μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，以至少大约0.5μm/秒的沉积速率来沉积所述涂层。

39.一种使等离子体弯曲和/或增密的方法，其包括：

b)贴近所述等离子体来提供至少两个磁极；

其中所述至少两个磁极被定位成使所述等离子体弯曲和/或增密。

40.一种形成涂层的方法，其包括：

a)提供第一电子发射表面和第二电子发射表面；

b)提供至少一个电极；

c)提供具有至少一个待涂覆的表面的基板；

d)将所述电子发射表面电连接到第一电源上，该第一电源供应在正和负之间交变的电压；

e)将至少一个附加的电极连接到第二电源上，该第二电源供应与供应到所述第一和第二电子发射表面的电压不同的电压；

f)使所述至少一个电极负向地脉动，以使得正离子朝向至少一个附加的电极加速；

其中，当被所述正离子接触时，原子被从所述至少一个电极上释放并且被引向待涂覆的基板的表面。

41.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面是由多孔材料组成的。

42.如权利要求14所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面是由多孔材料组成的。

43.如权利要求27所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面是由多孔材料组成的。

44.如权利要求29所述的等离子体源，其特征在于，所述电子发射表面是由多孔材料组成的。