CN105390355A - 一种反射电极结构件及离子源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射电极结构件及离子源，其反射电极结构件包括高熔点金属材料制备的对置反射电极和低熔点金属材料制备的被溅射件，所述对置反射电极的前端设有安装槽，所述被溅射件嵌装于安装槽内，与安装槽的内壁邻接。本发明的反射电极结构件，被溅射件嵌装于安装槽内，可以通过增大安装槽的尺寸直接增大被溅射件的面积，增加离子束中的离子含量，此结构无需其他辅助部件安装，简化结构，便于更换被溅射件来补偿同一种类的金属材质在溅射过程中的消耗，也可以根据所需的离子束种类更换成为对应的金属材质，适应性好。

Description

一种反射电极结构件及离子源
技术领域
本发明涉及离子源技术领域，尤其涉及一种反射电极结构件及离子源。
背景技术
近年来，研究出一种技术，在离子源的弧室内，利用阴极使原料气体成为等离子体，再通过该等离子体对被溅射材料进行溅射，得到含有需要的离子种类的离子束。现有的技术中，被溅射构件为筒状，筒内为贯通孔，反射电极套装于被溅射构件的贯通孔内，且将被溅射构件固定安装于反射电极上。考虑到要配置在等离子体弧室内的有限的空间内，被溅射构件的尺寸受到限制，装设于被溅射构件内的反射电极尺寸亦受到限制，导致电子反射效率降低以及等离子体生成效率降低。此外，此结构的反射电极不仅用于反射电子，还需要用于固定安装溅射构件，使得其结构复杂，增加加工成本，同时大大降低反射电极结构件的紧凑性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、束流密度更大的反射电极结构件及离子源。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种反射电极结构件，包括高熔点金属材料制备的对置反射电极和低熔点金属材料制备的被溅射件，所述对置反射电极的前端设有安装槽，所述被溅射件嵌装于安装槽内，并与安装槽的内壁邻接。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述对置反射电极为坩埚状结构，所述对置反射电极的上表面为水平设置的大端面，所述安装槽正向朝上，且置于对置反射电极的中间。
所述安装槽的内壁为矩形、半球形或锥体结构。
所述对置反射电极由高熔点的金属钼或钽制备而成，所述被溅射件由低熔点的金属铝制备而成。
一种离子源，包括等离子体生成弧室、热阴极灯丝以及上述的反射电极结构件，所述热阴极灯丝设置于等离子体生成弧室内部上端，所述反射电极结构件设于等离子体生成弧室内部下端，且与热阴极灯丝相对布置；所述等离子体生成弧室在弧室内部生成等离子体，兼作为阳极，原料气体被导入所述等离子体生成弧室内部，所述热阴极灯丝放出使所述原料气体等离子化的电子，所述对置反射电极将热阴极灯丝放出的电子向热阴极灯丝一侧反射，所述被溅射件通过等离子体溅射放出离子。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述热阴极灯丝的电子放出部的中心、所述对置反射电极的中心，以及被溅射件的中心均位于同一轴线上。
所述等离子体生成弧室内设有磁场，所述磁场的磁感线沿轴线自热阴极灯丝向反射电极结构件的方向发射。
所述等离子体生成弧室上靠近磁场的一侧面设有原料气体的引入口，另一相对的侧面设有离子束引出口，所述引出口为锥形且大端朝外的开口，所述等离子体生成弧室外设有引出离子束流的引出电极，所述引出电极正对引出口。
所述等离子体生成弧室与热阴极灯丝、对置反射电极之间均设有偏压电源。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的反射电极结构件，被溅射件嵌装于安装槽内，可以通过增大安装槽的尺寸直接增大被溅射件的面积，增加离子束中的离子含量，此结构无需其他辅助部件安装，简化结构，便于更换被溅射件来补偿同一种类的金属材质在溅射过程中的消耗，也可以根据所需的离子束种类更换成为对应的金属材质，适应性好。
本发明的离子源，其对置反射电极暴露于含氟可电离气体形成的等离子体中，被溅射件嵌装于对置反射电极内，通过等离子体中的氟离子侵蚀，以及等离子体中的氟离子等离子的溅射等，使得被溅射件放出铝粒子，此结构可增加接受等离子体中的氟离子等侵蚀和溅射的含铝材料的面积，提高对电子进行反射的反射效率，从而进一步提高被溅射件的金属铝电离效率，增大等离子体生成弧室中等离子体中铝离子的比率，使引出铝离子束流密度更大，而且使得反射电极结构件更紧凑。
附图说明
图1是本发明的反射电极结构件的结构示意图。
图2是本发明的反射电极结构件的另一种结构的示意图。
图3是本发明的离子源的结构示意图。
图中各标号表示：
1、等离子体生成弧室；11、引入口；12、引出口；2、热阴极灯丝；3、对置反射电极；31、安装槽；4、被溅射件；5、反射电极结构件；6、轴线；7、磁场；8、引出电极；9、偏压电源；10、绝缘座。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图2示出了本发明的一种反射电极结构件的实施例，包括高熔点金属材料制备的对置反射电极3和低熔点金属材料制备的被溅射件4，对置反射电极3的前端设有安装槽31，被溅射件4嵌装于安装槽31内，并与安装槽31的内壁邻接。被溅射件4嵌装于安装槽31内，可以通过增大安装槽31的尺寸直接增大被溅射件4的面积，增加离子束中的离子含量，此结构无需其他辅助部件安装，简化结构，便于更换被溅射件4来补偿同一种类的金属材质在溅射过程中的消耗，也可以根据所需的离子束种类更换成为对应的金属材质，适应性好。
本实施例中，对置反射电极3为坩埚状结构，对置反射电极3的上表面为水平设置的大端面，安装槽31正向朝上，且置于对置反射电极3的中间，便于被溅射件4上均匀溅射离子。
本实施例中，安装槽31的内壁为矩形、半球形或锥体结构。被溅射件4的外周也为对应的矩形、半球形或锥体结构，被溅射件4的外周紧密贴合于安装槽31内。在其他实施例，安装槽31与被溅射件4之间的配合面也可以为不同的结构。
本实施例中，对置反射电极3由高熔点的金属钼或钽制备而成，被溅射件4由低熔点的金属铝制备而成。
图3示出了本发明离子源的一种实施例，包括等离子体生成弧室1、热阴极灯丝2，以及上述的反射电极结构件5，其中，热阴极灯丝2设置于等离子体生成弧室1内部上端，反射电极结构件5设于等离子体生成弧室1内部下端，且与热阴极灯丝2相对布置；等离子体生成弧室1在弧室内部生成等离子体，兼作为阳极，原料气体被导入等离子体生成弧室1内部，热阴极灯丝2放出使原料气体等离子化的电子，对置反射电极3将热阴极灯丝2放出的电子向热阴极灯丝2一侧反射，被溅射件4通过等离子体溅射放出离子。本实施例中，原料气体为含氟可电离气体，被溅射件4为低熔点的金属铝，对置反射电极3为高熔点的金属钼或钽。本发明的离子源中，对置反射电极3暴露于含氟可电离气体形成的等离子体中，被溅射件4嵌装于对置反射电极3内，通过等离子体中的氟离子侵蚀，以及等离子体中的氟离子等离子的溅射等，使得被溅射件4放出铝粒子，此结构可增加接受等离子体中的氟离子等侵蚀和溅射的含铝材料的面积，提高对电子进行反射的反射效率，从而进一步提高被溅射件4的金属铝电离效率，增大等离子体生成弧室1中等离子体中铝离子的比率，使引出铝离子束流密度更大，而且使得反射电极结构件5更紧凑。
本实施例中，热阴极灯丝2的电子放出部的中心、对置反射电极3的中心，以及被溅射件4的中心均位于同一轴线6上。热阴极灯丝2发射电子，此结构可增大电子与送入等离子体生成弧室1可电离气体分子的碰撞机率，增加等离子体密度，提高对置反射电极3对电子进行反射的反射效率。此外，热阴极灯丝2发射电子过程中会产生辐射热，对置反射电极3变成高温，嵌装于对置反射电极3的被溅射件4的铝原子和其他原子等的晶格提动变得活跃，这些原子等的化学键变得容易断裂，铝粒子变得容易飞出，此外，对置反射电极3变成高温，被溅射件4的金属铝材料的蒸气压上升，铝粒子变得容易从含铝材料攻击到气氛中（即等离子体生成弧室1内的真空气氛中），从而提高等离子体中铝离子的比率。
本实施例中，等离子体生成弧室1内设有磁场7，磁场7的磁感线沿轴线6自热阴极灯丝2向反射电极结构件5的方向发射。
本实施例中，等离子体生成弧室1上靠近磁场7的一侧面设有原料气体的引入口11，另一相对的侧面设有离子束引出口12，引出口12为锥形且大端朝外的开口，等离子体生成弧室1外设有引出离子束流的引出电极8，引出电极8正对引出口12。
本实施例中，等离子体生成弧室1与热阴极灯丝2、对置反射电极3之间均设有偏压电源9。等离子体生成弧室1与热阴极灯丝2、对置反射电极3之间绝缘连接，对置反射电极3的底部通过绝缘座10套装于等离子体生成弧室1上。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种反射电极结构件，其特征在于：包括高熔点金属材料制备的对置反射电极（3）和低熔点金属材料制备的被溅射件（4），所述对置反射电极（3）的前端设有安装槽（31），所述被溅射件（4）嵌装于安装槽（31）内，并与安装槽（31）的内壁邻接。
2.根据权利要求1所述的反射电极结构件，其特征在于：所述对置反射电极（3）为坩埚状结构，所述对置反射电极（3）的上表面为水平设置的大端面，所述安装槽（31）正向朝上，且置于对置反射电极（3）的中间。
3.根据权利要求2所述的反射电极结构件，其特征在于：所述安装槽（31）的内壁为矩形、半球形或锥体结构。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的反射电极结构件，其特征在于：所述对置反射电极（3）由高熔点的金属钼或钽制备而成，所述被溅射件（4）由低熔点的金属铝制备而成。
5.一种离子源，包括等离子体生成弧室（1）和热阴极灯丝（2），所述热阴极灯丝（2）设置于等离子体生成弧室（1）内部上端，其特征在于：还包括权利要求1至4中任意一项所述的反射电极结构件（5），所述反射电极结构件（5）设于等离子体生成弧室（1）内部下端，且与热阴极灯丝（2）相对布置；所述等离子体生成弧室（1）在弧室内部生成等离子体，兼作为阳极，原料气体被导入所述等离子体生成弧室（1）内部，所述热阴极灯丝（2）放出使所述原料气体等离子化的电子，所述对置反射电极（3）将热阴极灯丝（2）放出的电子向热阴极灯丝（2）一侧反射，所述被溅射件（4）通过等离子体溅射放出离子。
6.根据权利要求5所述的离子源，其特征在于：所述热阴极灯丝（2）的电子放出部的中心、所述对置反射电极（3）的中心，以及被溅射件（4）的中心均位于同一轴线（6）上。
7.根据权利要求6所述的离子源，其特征在于：所述等离子体生成弧室（1）内设有磁场（7），所述磁场（7）的磁感线沿轴线（6）自热阴极灯丝（2）向反射电极结构件（5）的方向发射。
8.根据权利要求7所述的离子源，其特征在于：所述等离子体生成弧室（1）上靠近磁场（7）的一侧面设有原料气体的引入口（11），另一相对的侧面设有离子束引出口（12），所述引出口（12）为锥形且大端朝外的开口，所述等离子体生成弧室（1）外设有引出离子束流的引出电极（8），所述引出电极（8）正对引出口（12）。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的离子源，其特征在于：所述等离子体生成弧室（1）与热阴极灯丝（2）、对置反射电极（3）之间均设有偏压电源（9）。
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