CN105826151A - 霍尔离子源 - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns

Abstract

本发明公开了霍尔离子源，包括阳极和阴极灯丝，其特征在于：还包括保护罩，所述保护罩设有管腔；所述的阳极和阴极灯丝设置于保护罩的管腔内；所述保护罩外设有充气管，所述充气管一端与气源连通，另一端与保护罩内的阳极底部充气口相连；所述气管缠绕在所述保护罩上并与保护罩相接触，或者至少部分充气管位于所述管腔上方。本发明使常温充入的气体经离子源自身加热获得几百度温度后再进入到阳极工作区，相比常规的常温气体，其离化效率大大提高。

Description

霍尔离子源
技术领域
本发明涉及一种真空镀膜中的霍尔离子源，尤其涉及到提升气体离化效率的霍尔离子源。
背景技术
霍尔离子源具有结构简单，易于维护。用霍尔离子源辅助是真空镀膜技术中常用来提高膜层致密度的有效手段。
离子源的工作原理是阴极灯丝通电后发热发光，产生热电子，热电子在阳极正电压的拉动下向阳极运动，在运动过程中遇到磁场，在磁场的洛仑兹力作用下，电子作螺旋式运动，运动过程中与导气铁芯中出来的O2或Ar分子进行碰撞产生O+或Ar+离子，O+或Ar+离子在阳极正电压的排斥推动下往上方移动，这些正离子在通过阴极灯丝边上时又遇到热电子，结果正离子被中和，但依旧保留了原先的动能继续往上方运动，一直到达离子源上方工件架的镀膜基片表面，对表面进行撞击，提高薄膜沉积时的致密度。阴极灯丝发出来的电子既要起到撞击工作气体使工作气体电离的作用，又要起到中和被电离部分的离子的正电荷。如果阴极发出来的电子数不够，中和效果就不好，使部分带正电的离子逸出，会导致打火，或使沉积的薄膜粗糙度增加等不良影响。
在阳极底部是电离的集中区，电子经阳极和磁场加速碰撞O2或Ar分子发生电离，其离化效率由阳极电压、磁场、阴极灯丝发出来的电子、充气浓度等共同决定。通常的霍尔离子源所充入的O2或Ar都是常温的，需要大量的电子去撞击，也需要充入更多的O2或Ar以得到足够高的离子流密度。而镀膜过程中的气压上限有一定限制，所以离子源的充气量也有一定的限制，同样其他的电气参数如阳极电压。如果离子源工作的参数调节不当，输出来的离子流密度不高，中和不好，最后使沉积出来的薄膜性能很差。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种离化效率高的霍尔离子源。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
霍尔离子源，包括阳极和阴极灯丝，其特征在于：还包括保护罩，所述保护罩设有管腔；所述的阳极和阴极灯丝设置于保护罩的管腔内；所述保护罩外设有充气管，所述充气管一端与气源连通，另一端与保护罩内的阳极底部充气口相连；所述气管缠绕在所述保护罩上并与保护罩相接触，或者至少部分充气管位于所述管腔上方。
根据本发明的一个实施例，所述的充气管缠绕安装在保护罩上半部。
根据本发明的一个实施例，所述充气管缠绕安装在所述保护罩外壁上。
根据本发明的一个实施例，所述的充气管部分位于所述管腔上方。
根据本发明的一个实施例，所述的充气管部分位于所述阴极灯丝正上方。
根据本发明的一个实施例，所述的保护罩和充气管均采用导热材料制成。
本发明将气体在充入阳极工作区之前利用阴极灯丝所发的热量进行加热，带有几百度温度的气体进入到阳极工作区后，相比常规的常温气体，其离化效率大大提高。本发明充气管在保护罩上的高度位于阴极灯丝附近，充气管位于靠近阳极和阴极灯丝之间的位置，温度更高。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本实施例1的结构剖视图。
图3为本发明实施例2的结构示意图。
图中标号说明：
1、阳极；2、阴极灯丝；3、上导磁板；4、下导磁板；5、铝镍钴永久性磁棒；6、导气铁芯；7、绝缘瓷垫；8、保护罩；81、管腔；9、充气管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
如图1、图2所示，霍尔离子源，包括保护罩8，保护罩8设有管腔81。保护罩8的管腔81内设有阳极1、阴极灯丝2、上导磁板3和下导磁板4。上导磁板3和下导磁板4分别安装于铝镍钴永久性磁棒5的上下两端。阳极1设置于铝镍钴永久性磁棒5之间，阳极1环绕导气铁芯6设置。导气铁芯6与下导磁板4之间设置有绝缘瓷垫7，所述的保护罩8外缠绕安装有充气管9。充气管9一端与气源连通，另一端与阳极1底部充气口相连。所述的保护罩8和充气管9均采用导热材料制成，阳极1和阴极灯丝2工作时放出的热量使保护罩8温度升高，保护罩8将热量传递给充气管9，从而使由气源供应的气体在进入阳极1之前受热而提高温度。
本发明本发明带有几百度温度的气体进入到阳极1工作区后，相比常规的常温气体，将离子源的工作气体先预热再通入到阳极1工作区比常温气体通入到阳极1工作区有非常明显的改善效果，其离化效率大大提高。
本发明利用霍尔离子源自身的热量对充气管9内的气体进行加热，不需要额外热能提供装置，充气管9在保护罩上的高度位于阳极1和阴极灯丝2之间，充气管9位于靠近阳极1和阴极灯丝2之间的位置，温度更高。
实施例2
如图3所示，其与实施例1的不同之处在于，充气管9不缠绕在保护罩8的外壁，而是一部分位于管腔81上方，更优选是位于阴极灯丝2的正上方。阴极灯丝2或者保护罩8散发的热量仍可以使充气管9内的气体温度升高。
本发明由于加热后的气体使离化效率提升，充入阳极1工作区的气体浓度可以降低，使镀膜真空降低，明显提高了沉积薄膜的致密度；阴极灯丝2的工作电流降低，延长了灯丝的使用寿命，也减少了阴极灯丝2的工作功率，具有节能效果；由于加热后的气体使离化效率提升，中和效果变好，原来的阳极1偶尔打火现象消失，使沉积的薄膜光洁度变好。
本发明由于加热后的气体使离化效率提升，未使用本发明中的霍尔离子源时，充入气体浓度40sccm才能输出4.7A的阳极束流；使用本发明中霍尔离子源使气体变热后输入容腔内后，气体浓度36sccm就可以输出4.7A的阳极束流，说明气体的利用率高了。使用本发明中的霍尔离子源，充气量从40sccm降到36sccm，镀膜真空可以从2.2X10-2Pa降低到2.0X10-2Pa。未使用本发明的霍尔离子源，其真空度下镀的薄膜有中心波长的0.5％左右的漂移；使用本发明中的霍尔离子源，几乎达到0漂移，说明致密度上升。而且，相对于现有霍尔离子源，本发明中的霍尔离子源灯丝使用寿命从6小时提升到10小时，阴极灯丝的灯丝电流减少1A左右，功率大概减少25W。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.霍尔离子源，包括阳极和阴极灯丝，其特征在于：还包括保护罩，所述保护罩设有管腔；所述的阳极和阴极灯丝设置于保护罩的管腔内；所述保护罩外设有充气管，所述充气管一端与气源连通，另一端与保护罩内的阳极底部充气口相连；所述气管缠绕在所述保护罩上并与保护罩相接触，或者至少部分充气管位于所述管腔上方。
2.根据权利要求1所述的霍尔离子源，其特征在于：所述的充气管缠绕安装在保护罩上半部。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔离子源，其特征在于：所述充气管缠绕安装在所述保护罩外壁上。
4.根据权利要求1所述的霍尔离子源，其特征在于：所述的充气管部分位于所述管腔上方。
5.根据权利要求1或4所述的霍尔离子源，其特征在于：所述的充气管部分位于所述阴极灯丝正上方。
6.根据权利要求1所述的霍尔离子源，其特征在于：所述的保护罩和充气管均采用导热材料制成。
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