CN105655217B - 一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，包括：弧室，作为等离子体生成弧室和阳极，弧室内导入含氟可电离气体；灯丝，作为热阴极灯丝并设置在弧室内，灯丝用来发射电子；氮化铝反射电极，设置在弧室内的一侧，作为铝离子生成源，在阳极与氮化铝反射极间施加来自于射频电源的电压；磁铁，安装在弧室内以产生磁场；引出电极，用来引出铝离子束流；偏压电源，设置在灯丝和弧室之间，电子在偏压电源生成的电场作用下飞向弧室，氟离子在电场作用下加速飞向灯丝。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、效率更高等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到离子注入装置领域，特指一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源。
背景技术
现有技术中，在离子源的等离子体生成弧室内，利用阴极使原料气体成为等离子体，再通过利用该等离子体对被溅射材料进行溅射，使在离子束内含有所希望的离子种类。通常采用直流磁控溅射法，直流溅射方法可以很方便地溅射出反射电极为金属的金属离子。但该方法的前提之一是被溅射材料应具有较好的导电性，要用直流溅射方法溅射导电性较差的非金属反射电极，就需要大幅度地提高直流溅射电源的电压，以弥补反射电极导电性不足引起的电压降，而增大电压势必影响反射电极的利用效率，极大减少其使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、效率更高的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，包括：
弧室，作为等离子体生成弧室和阳极，所述弧室内导入含氟可电离气体；
灯丝，作为热阴极灯丝并设置在所述弧室内，所述灯丝用来发射电子；
氮化铝反射电极，设置在所述弧室内的一侧，作为铝离子生成源，在阳极与氮化铝反射极间施加来自于射频电源的电压；
磁铁，安装在所述弧室内以产生磁场；
引出电极，用来引出铝离子束流；
偏压电源，设置在所述灯丝和弧室之间，电子在所述偏压电源生成的电场作用下飞向弧室，氟离子在电场作用下加速飞向灯丝。
作为本发明的进一步改进：在所述弧室的一侧嵌装一个安装套，所述安装套起绝缘氮化铝反射电极和弧室的作用。
作为本发明的进一步改进：所述灯丝安装于所述弧室的上侧。
作为本发明的进一步改进：所述灯丝通过灯丝安装绝缘座与弧室实现电绝缘。
作为本发明的进一步改进：所述灯丝是直热式的，与所述弧室之间形成电绝缘的灯丝安装绝缘座为高纯陶瓷材料。
作为本发明的进一步改进：所述含氟可电离气体为BF3或SiF。
作为本发明的进一步改进：所述磁场沿着连接灯丝与对置送气入口的线。
作为本发明的进一步改进：所述射频电源设置在氮化铝反射电极与弧室之间，两极间接上射频13.56MHz电源。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，射频偏压供电在弧室放电空间中电子振荡达到足以产生电离碰撞的能量，所以减小了放电对二次电子的依赖，并且降低了击穿电压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导体，可以溅射任何材料。射频辉光放电的阴极室电容耦合电极，阳极接地。溅射电极和和热阴极灯丝放置于放电等离子体弧室中，正离子以均等的机会对反射电极溅射，那么这个电极（溅射靶）必须绝缘起来，并通过电容耦合到射频电源上；另一个电极（真空室壁）为直接耦合电极（即接地极），而且靶面积必须比直接耦合电极小。并且可以提高对从阴极发射出的电子进行反射的反射效率，提高溅射金属铝电离效率，增大反应弧室中等离子体中铝离子的比率，使引出铝离子束流更大，而且可以使反射电极结构件紧凑。
2、本发明的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，使被溅射构件的安装结构更加简单，提高溅射金属铝电离效率，增大反应弧室中等离子体中铝离子的比率，使引出束流中的铝离子更大，而且可以使反射电极结构件紧凑，并且可以提高对从阴极发射出的电子进行反射的反射效率。
3、本发明的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，利用RF偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其生成含有铝离子的离子束，在弧室和氮化铝反射电极间接上射频13.56MHz电源，两者间电子从射频电场中获得足够的能量，在磁极生成的磁场作用下振荡运动，有效地与送气系统送入含氟可电离气体分子发生碰撞使之电离，产生大量等离子体，再飞向侧置的氮化铝反射电极，射频溅射出氮化铝分子，再电离出铝离子，由引出电极引出铝离子束流。通常离子源使用直流溅射方法电离金属，但这一方法的前提是溅射电极应有较好的导电性，且直流溅射需要提高直流溅射电源的电压。本发明磁场用来电子封闭，提高电离效率，提高氮化铝反射电极使用效率。射频磁控溅射，与直流溅射相比，没有对向电极也可发生放电，是适用于各种金属和非金属材料的溅射方法。
附图说明
图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。
图例说明：
1、弧室；2、灯丝；3、灯丝安装绝缘座；4、安装套；5、氮化铝反射电极；6、磁铁；7、含氟可电离气体；8、引出电极；9、偏压电源；10、射频电源。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的射频偏压供电的磁控溅射金属离子源，用来生成含有铝离子的离子束，它包括：
弧室1，即等离子体生成弧室，它兼作阳极，含氟可电离气体7被导入其中；
灯丝2，即热阴极灯丝，设置在弧室1内的上侧，灯丝2用来发射电子；在具体应用时，灯丝2通过灯丝安装绝缘座3与弧室1实现电绝缘；
氮化铝反射电极5，采用侧置安装，即设置在弧室1内的左侧，作为铝离子生成源，在阳极与氮化铝反射极5之间施加来自于射频电源10的电压；
磁铁6，安装在弧室1内以产生磁场，该磁场沿着连接灯丝2与对置送气入口的线；其作用是使弧室1内的电子和电离的氟离子螺旋运动，撞击氮化铝反射电极5，溅射出氮化铝，氮化铝在电子和电离的氩离子撞击下电离出铝离子。
引出电极8，用来引出铝离子束流；
偏压电源9，设置在灯丝2和弧室1之间，电子在其生成的电场作用下飞向弧室1（即阳极），氟离子则在电场作用下加速飞向灯丝2（即热阴极）。
在具体应用实例中，在弧室1的左侧嵌装一个安装套4，该安装套4起绝缘氮化铝反射电极5和弧室1的作用。
在具体应用实例中，含氟可电离气体7优选为BF3或SiF。
在具体应用实例中，射频电源10设置在氮化铝反射电极5与弧室1（即阳极）之间，两极间接上射频13.56MHz电源后，两极间等离子体中不断振荡运动，电子从高频电场中获得足够的能量，并更有效地与气体分子发生碰撞，并使后者电离，产生大量的离子和电子。
在具体应用实例中，灯丝2是直热式的，与弧室1之间形成电绝缘的灯丝安装绝缘座3为高纯陶瓷材料。
工作时，在外加电压的作用下，充入弧室1的气体原子将被大量电离，产生氟离子和可以独立运动的电子组成的大量等离子体，电子在电场作用下飞向弧室1（即阳极内壁），氟离子则在电场作用下加速飞向阴极—灯丝2，高速撞击灯丝2，使大量的灯丝2表面原子获得相当高的能量而脱离灯丝2的束缚飞向反射级溅射出氮化铝分子，氮化铝分子电离分解出铝离子，由引出电极8引出铝离子束流。
如果变成高温，则可以期待提高氮化铝反射电极5（旁置反射电极）的溅射率，简单地说，这是由于:如果变成高温，则构成氮化铝反射电极5（旁置反射电极）的含铝材料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。
如果变成高温，则可以期待含铝材料的蒸气压上升，也就是说:通过所述作用从构成氮化铝反射电极5（旁置反射电极）的含铝材料放出的铝粒子，也许严格地说并不能称之为蒸气，但由于根据与如果变成高温则蒸气压变高相似的现象，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内的真空气氛中) ，所以把这种现象与蒸气的情况相同说成是蒸气压上升。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其特征在于，包括：
弧室（1），作为等离子体生成弧室和阳极，所述弧室（1）内导入含氟可电离气体（7）；
灯丝（2），作为热阴极灯丝并设置在所述弧室（1）内，所述灯丝（2）用来发射电子且与含氟可电离气体（7）的进气口相对布置；
氮化铝反射电极（5），设置在所述弧室（1）内的一侧且相对所述灯丝（2）为侧置，作为铝离子生成源，在阳极与氮化铝反射电极（5）间施加来自于射频电源（10）的电压；
磁铁（6），安装在所述弧室（1）外以产生磁场，所述磁场沿着连接灯丝（2）与对置送气入口的线；
引出电极（8），用来引出铝离子束流；
偏压电源（9），设置在所述灯丝（2）和弧室（1）之间，电子在所述偏压电源（9）生成的电场作用下飞向弧室（1），氟离子在电场作用下加速飞向灯丝（2）。
2.根据权利要求1所述的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其特征在于，在所述弧室（1）的一侧嵌装一个安装套（4），所述安装套（4）起绝缘氮化铝反射电极（5）和弧室（1）的作用。
3.根据权利要求1所述的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其特征在于，所述灯丝（2）安装于所述弧室（1）的上侧。
4.根据权利要求3所述的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其特征在于，所述灯丝（2）通过灯丝安装绝缘座（3）与弧室（1）实现电绝缘。
5.根据权利要求4所述的射频偏压供电的磁控溅射金属铝离子源，其特征在于，所述灯丝（2）是直热式的，与所述弧室（1）之间形成电绝缘的灯丝安装绝缘座（3）为高纯陶瓷材料。
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