CN103469165A - 基于分布式电磁铁的矩形平面阴极电弧靶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式电磁线圈的矩形平面阴极电弧靶，包括矩形平面靶材本体及其背面布置的不少于2组的电磁铁组，各电磁铁组为与电源连接的、不少于2个的串联电磁铁。在电弧产生过程中，使各电磁铁组交替与电源导通，从而使得弧斑在靶材表面的路径加长，增加了靶材表面的有效冷却面积，并将材利用率从现有的30%提高至65%；同时，还可通过改变电流大小来改变磁场强弱，改变弧斑运行速度，也可提高靶材利用率，同时减少沉积于膜层中的液滴。

Description

基于分布式电磁铁的矩形平面阴极电弧靶
技术领域
本发明属于真空电弧离子镀技术领域，尤其涉及一种基于分布式电磁铁的矩形平面阴极电弧靶。
背景知识
冷阴极电弧离子镀是离子披覆家族的一员，属于高能量沉积之物理气相沉积制程。在 1970年代早期该技术的原型仪器和方法首次被提出，数年后发展成一种可能被广泛运用的镀膜系统。冷阴极电弧离子镀的离子化程度高、沉积速度快，尤其适合刀工具的表面硬化处理。
冷阴极电弧离子镀所采用的真空电弧从阴极靶表面释放发射，其中大部分生成离子和液滴，离子是镀膜制程中最重要的物种。靶材的离子化蒸汽受到相对于真空腔体和阳极的负偏压加速，撞击并沉积在基板上形成膜层，同时，液滴夹杂在膜层中形成有害杂质。
实践证明：用磁场引导，增加电弧移动速度，尽可能拉长电弧路径，同时对阴极作有效地冷却，防止阴极表面广泛地熔融，可以达到减少液滴危害镀膜之目的。
冷阴极电弧离子镀所采用的矩形平面电弧靶，是利用磁铁在靶表面形成一个跑道形磁场，弧斑沿跑道形磁场运动并在靶面刻蚀出跑道形的沟道，靶的有效刻蚀面积和冷却面积较小，导致靶材利用率低，且所沉积的镀膜层液滴粗大。
发明内容
针对现有矩形平面电弧靶存在的靶材利用率低、沉积镀膜中液滴粗大的问题，本发明提供了一种结构简单、使用方便、能提高靶材利用率、且能减少液滴危害的基于分布式电磁铁的矩形平面阴极电弧靶。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
基于分布式电磁铁的矩形平面阴极电弧靶，包括矩形平面靶材本体及其背面布置的不少于2组的电磁铁组，各电磁铁组为与电源连接的、不少于2个的串联电磁铁。
上述电磁铁组的数量优选为2组。
上述各电磁铁组包含型号和数量相同的电磁铁。
上述各电磁铁组按行布置在矩形平面靶材本体背面。
一种采用上述矩形平面阴极电弧靶产生矩形电弧的方法，其特点是，在电弧产生过程中，使各电磁铁组交替与电源导通。
 
本发明具有如下有益效果：
本发明提出了一种靶材本体背面布置有若干电磁铁组的阴极电弧靶，通过使各电磁铁组交替与电源导通，从而使得弧斑在靶材表面的路径加长，增加了靶材表面的有效冷却面积，并提高靶材利用率；同时，还可通过改变电流大小来改变磁场强弱，改变弧斑运行速度，也可提高靶材利用率，同时减少沉积于膜层中的液滴。
附图说明
图1为传统矩形平面阴极电弧靶及弧斑轨迹示意图；
图2为本发明矩形平面阴极电弧靶的具体实施示意图；
图3为本发明电磁铁组的电路连接示意图；
图4为电磁铁组Y通电时弧斑运动轨迹示意图；
图5为电磁铁组X通电时弧斑运动轨迹示意图；
图6为电磁铁组X和电磁铁组Y中交替通电时弧斑运动轨迹示意图。
图中，1-矩形平面靶材本体，2-跑道形电磁铁，3、5、6、7-弧斑运动轨迹，4-电磁铁组。
具体实施方式   
下面将结合附图对本发明作进一步描述。
图1为传统的矩形平面阴极电弧靶，包括矩形平面靶材本体（1），其背面布有跑道形电磁铁（2）。当跑道形电磁铁（2）通电时，矩形平面靶材本体（1）表面会形成跑道形磁场，根据“锐角规则”，弧斑运动的平衡位置的空间磁场应平行于靶面，因此，弧斑运动轨迹（3）为与跑道形电磁铁（2）形状相同的跑道形轨迹。
图2为本发明矩形平面阴极电弧靶的一种具体实施方式示意图，包括矩形平面靶材本体（1）及其背面布置的电磁铁组（4）。 本具体实施中，电磁铁组（4）包括8个电磁线圈，分为两行布置在矩形平面靶材本体（1）背面，其中，电磁线圈A、D、E和H为第一行，电磁线圈B、C、F和G为第二行。
将上述8组电磁线圈分为两组，电磁线圈A、C、E和G为电磁铁组X，电磁线圈B、D、F和H为电磁铁组Y。将电磁铁组X中各电磁线圈串联后接入电源，同样地，将电磁铁组Y中各电磁线圈也串联后接入电源，电磁铁组X和Y的电路连接见图3，通过单刀双掷开关来控制电磁铁组组X和电磁铁组Y的通断，当单刀双掷开关导通a时，电磁铁组Y导通；当单刀双掷开关导通b时，电磁铁组X导通。
见图4，当电磁铁组Y导通时，即，串联的电磁线圈B、D、F和H中通入电流时，矩形平面靶材本体（1）表面形成空心S形磁场，弧斑运动轨迹（5）为与空心S形磁场形状对应的空心S形轨迹。
见图5，当电磁铁组X导通时，即，串联的电磁线圈A、C、E和G中通入电流时，矩形平面靶材本体（1）表面形成与图4中空心S形磁场反向的空心S形磁场，弧斑运动轨迹（6）即为与该反向的空心S形磁场形状对应的反向空心S形轨迹。
通过电路控制，使电磁铁组X和电磁铁组Y交替导通，即，单刀双掷开关交替导通a和b时，弧斑在矩形平面靶材本体（1）表面的运动轨迹（7）见图6，从图中可以看出，弧斑运动路径大大延长，因此，极大提高了靶材利用率名，将靶材利用率由现有的30%提升65%；另外，还可通过改变电流大小来改变磁场强弱，改变弧斑运行速度，从而也可提高靶材利用率；同时，本发明由于可增加刻蚀面积，冷却效率增加，可减少沉积于膜层中的液滴，从而获得更光洁的沉积膜层。
冷阴极电弧离子镀包括阳极、阴极和真空腔体，阳极和阴极置于真空腔体内。本发明矩形平面阴极电弧靶可用作冷阴极电弧离子镀的阴极，矩形平面阴极电弧靶通过矩形法兰安装于真空腔体内。
本具体实施方式显示和描述了本发明基本原理及主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明基本原理和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于分布式电磁线圈的矩形平面阴极电弧靶，其特征在于：
包括矩形平面靶材本体及其背面布置的不少于2组的电磁铁组，各电磁铁组为与电源连接的、不少于2个的串联电磁铁。
2.如权利要求1所述的基于分布式电磁线圈的矩形平面阴极电弧靶，其特征在于：
所述的电磁铁组的数量为2组。
3.如权利要求1所述的基于分布式电磁线圈的矩形平面阴极电弧靶，其特征在于：
所述的各电磁铁组包含型号和数量相同的电磁铁。
4.如权利要求1所述的基于分布式电磁线圈的矩形平面阴极电弧靶，其特征在于：
所述的各电磁铁组按行布置在矩形平面靶材本体背面。
5.采用矩形平面阴极电弧靶产生矩形电弧的方法，其特征在于：
在电弧产生过程中，使各电磁铁组交替与电源导通。
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