CN106801217B - 一种超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构 - Google Patents
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Abstract
一种超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构，包括超导线圈(1)、磁轭、玻璃钢垫片(5、6)、杜瓦、玻璃钢套管(10)、大四氟垫圈(11)、不锈钢垫圈(12)、小四氟垫圈(13)及阴极托架(14)；超导线圈(1)与杜瓦端盖(7)和底磁轭(4)之间用玻璃钢垫片(5、6)支撑和绝缘，杜瓦底座(8)采用真空夹层结构或填充发泡材料以降低热损耗；杜瓦底座(8)和不锈钢垫圈(12)之间采用大四氟垫圈(11)配合密封圈密封和绝缘，大四氟垫圈(11)、不锈钢垫圈(12)、小四氟垫圈(13)和杜瓦底座(8)之间采用玻璃钢螺栓或带玻璃钢绝缘套管的金属螺栓紧固；不锈钢垫圈(12)和阴极托架(14)之间采用密封圈密封并用普通金属螺栓紧固。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁控溅射阴极，特别涉及一种超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构。
背景技术
磁控溅射广泛应用于材料镀膜领域，为了探索最优镀膜工艺，在过去30年里，开发了各种各样的磁控溅射装置。强磁场磁控溅射装置在高质量透明导电薄膜和亚微米级集成电路的制造工艺中相比常规磁控溅射装置具有明显的优势。
Ishibashi于1990年首先研究了永磁强磁场磁控溅射装置，该装置可以在较低的阴极电压下放电，从而得到低电阻率氧化铟锡(ITO)薄膜。强磁场下薄膜电阻率降低的原因被认为是强磁场可以抑制负离子对沉积薄膜的高能轰击。2003年，日本名古屋大学的Mizutani首先提出了利用超导块材激磁的强磁场磁控溅射装置，在低气压、高电压和长靶基板间距的情况下，实现了磁控放电。2004年，Hazama用超导块激磁的磁控溅射设备研究了200nm级别的Cu薄膜制备工艺，发现在低的气压、长的靶基间距等离子体热辐射对基片的影响很小，有利于制备高质量的薄膜。2007年，Yamaguchi用超导块激的磁控溅射装置制备了反射率达70％的光学镜片。2008年，Ikuta采用超导磁控溅射装置在无基板加热的情况下制备了Ga掺杂ZnO透明电极薄膜，薄膜电阻率为4.7×10-4Ωcm，接近了可实际应用的电阻率水平。2009年，中国专利200910093159.1公开了一种基于圆形及跑道形超导线圈激磁的强磁场平面磁控溅射装置，2014年，中国专利201410766299.1公开了超导强磁场磁控溅射阴极的低温冷却系统。上述专利提出了超导强场磁控溅射阴极的总体设计和低温冷却系统，尽管如此，由于超导磁控溅射阴极的特殊性，其低温绝缘、绝热和低温下的密封问题，相对常规永磁和电磁式的磁控溅射阴极更为复杂。由于低温杜瓦直接连接阴极电源，其电压通常为负几百到负上千伏，但阴极托架需要接地，其电压为零，超导磁体需要接磁体电源，其电压为0-10V，超导磁体、电流引线与低温杜瓦之间需要进行低温电气绝缘和密封，同时低温杜瓦与阴极托架之间也需进行低温绝缘和密封，同时实现低温绝缘和低温密封是一个非常复杂的问题。另外，由于低温杜瓦温度很低，而阴极托架安装在真空腔上，其温度为室温，为了减小漏热损耗，也需要解决低温杜瓦和阴极托架的绝热问题。
发明内容
本发明的目的是解决超导强场磁控溅射阴极的超导磁体、低温杜瓦和阴极托架之间的绝缘、绝热和密封问题，提出了一种超导磁控溅射阴极的绝缘、绝热和密封结构。本发明可以用于圆形平面和矩形平面的超导强磁场磁控溅射装置。
本发明采用的技术方案如下：
一种超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构，由超导线圈、内磁轭、外磁轭、底磁轭、玻璃钢垫片、杜瓦端盖、杜瓦底座、通电导体、玻璃钢套管、大四氟垫圈、不锈钢垫圈、小四氟垫圈、阴极托架构成。外磁轭位于内磁轭的外部，底磁轭位于内外磁轭的底部，超导线圈安装在内磁轭、外磁轭和底磁轭之间；杜瓦底座位于杜瓦端盖的下方，超导线圈、内磁轭、外磁轭和底磁轭安装在杜瓦端盖和杜瓦底座包围的空间中；大四氟垫圈位于杜瓦底座的下方，不锈钢垫圈位于大四氟垫圈的下方，小四氟垫圈安装在不锈钢垫圈的下方，阴极托架安装在不锈钢垫圈的下方、小四氟垫圈的外部，用于支撑磁控溅射阴极。
由于杜瓦端盖为负的高电位，超导线圈为低电位，因此超导线圈与杜瓦端盖之间、以及超导线圈和底磁轭之间分别采用玻璃钢垫片支撑和绝缘，通电导体由杜瓦底座引出，玻璃钢套管套装在通电导体外部，通电导体与杜瓦底座之间采用玻璃钢套管进行绝缘。杜瓦底座采用真空夹层结构或填充发泡材料的结构以降低热损耗，以便于采用常温密封结构进行真空密封。由于杜瓦底座为负的高电位，不锈钢垫圈为零电位，将大四氟垫圈安装于杜瓦底座和不锈钢垫圈之间，大四氟垫圈上下两面开有密封槽，配合密封圈进行密封和绝缘，大四氟垫圈、不锈钢垫圈、小四氟垫圈层层叠放，并开有螺孔，大四氟垫圈、不锈钢垫圈、小四氟垫圈和杜瓦底座之间采用玻璃钢螺栓或带玻璃钢绝缘套管的金属螺栓进行紧固。由于不锈钢垫圈与阴极托架同电位，不锈钢垫圈和阴极托架之间采用密封圈进行密封和普通金属螺栓紧固。
本发明设计的超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构，可以有效解决超导磁体、低温杜瓦和阴极托架之间的低温绝缘、绝热和低温下的密封问题，为解决超导强场磁控溅射阴极与真空腔体的装配提供了关键技术支撑。
附图说明
图1为超导强场磁控溅射阴极的示意图；
图2为超导强场磁控溅射阴极与阴极托架之间的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
图1为本发明超导强场磁控溅射阴极示意图。如图1所示，超导强场磁控溅射阴极由超导线圈1、内磁轭2、外磁轭3、底磁轭4、第一玻璃钢垫片5，第二玻璃钢垫片6、杜瓦端盖7、杜瓦底座8、通电导体9、玻璃钢套管10、大四氟垫圈11、不锈钢垫圈12、小四氟垫圈13和阴极托架14构成。外磁轭3位于内磁轭2的外部，底磁轭4位于内磁轭2和外磁轭3的底部，超导线圈1安装在内磁轭2、外磁轭3和底磁轭4之间；所述的超导线圈1、内磁轭2、外磁轭3和底磁轭4安装在杜瓦端盖7和杜瓦底座8包围的空间中。
图2为超导强场磁控溅射阴极与阴极托架之间的连接结构示意图。如图2所示，大四氟垫圈11位于杜瓦底座8的下方，不锈钢垫圈12位于大四氟垫圈11的下方，小四氟垫圈13安装在不锈钢垫圈12的下方，阴极托架14安装在不锈钢垫圈12的下方、小四氟垫圈13的外部，用于支撑磁控溅射阴极。
由于杜瓦端盖7为负的高电位，超导线圈1为低电位，因此超导线圈1与杜瓦端盖7之间采用第一玻璃钢垫片5支撑和绝缘，超导线圈1和底磁轭4之间采用第二玻璃钢垫片6支撑和绝缘。通电导体9由杜瓦底座8引出，玻璃钢套管10套装在通电导体9的外部，通电导体9与杜瓦底座8之间采用玻璃钢套管10进行绝缘。杜瓦底座8采用真空夹层结构或填充发泡材料的结构以降低热损耗，以便采用常温密封结构进行真空密封。由于杜瓦底座8为负的高电位，不锈钢垫圈12为零电位，将大四氟垫圈11安装在杜瓦底座8和不锈钢垫圈12之间，大四氟垫圈11上下两面开有密封槽，配合密封圈进行密封和绝缘。大四氟垫圈11、不锈钢垫圈12、小四氟垫圈13层层叠放，并开有螺孔，大四氟垫圈11、不锈钢垫圈12、小四氟垫圈13和杜瓦底座8之间采用玻璃钢螺栓或带玻璃钢绝缘套管的金属螺栓进行紧固。由于不锈钢垫圈12与阴极托架14同电位，不锈钢垫圈12和阴极托架14之间采用密封圈进行密封以及采用普通金属螺栓紧固。
本发明超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构适合于圆形平面磁控溅射阴极和矩形平面磁控溅射阴极。
Claims (2)
1.一种超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构，其特征在于：所述的超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构由超导线圈(1)、内磁轭(2)、外磁轭(3)、底磁轭(4)、第一玻璃钢垫片(5)、第二玻璃钢垫片(6)、杜瓦端盖(7)、杜瓦底座(8)、通电导体(9)、玻璃钢套管(10)、大四氟垫圈(11)、不锈钢垫圈(12)、小四氟垫圈(13)，以及阴极托架(14)构成；外磁轭(3)位于内磁轭(2)的外部，底磁轭(4)位于内磁轭(2)和外磁轭(3)的底部，超导线圈(1)安装在内磁轭(2)、外磁轭(3)和底磁轭(4)之间；所述的超导线圈(1)、内磁轭(2)、外磁轭(3)和底磁轭(4)安装在杜瓦端盖(7)和杜瓦底座(8)包围的空间中；大四氟垫圈(11)位于杜瓦底座(8)的下方，不锈钢垫圈(12)位于大四氟垫圈(11)的下方，小四氟垫圈(13)安装在杜瓦底座(8)的下方；阴极托架(14)安装在不锈钢垫圈(12)的下方、小四氟垫圈(13)的外部，用于支撑磁控溅射阴极；超导线圈(1)与杜瓦端盖(7)之间采用第一玻璃钢垫片(5)支撑和绝缘，超导线圈(1)与和底磁轭(4)之间采用第二玻璃钢垫片(6)支撑和绝缘，通电导体(9)与杜瓦底座(8)之间采用玻璃钢套管(10)进行绝缘；杜瓦底座(8)采用真空夹层结构或填充发泡材料，以降低热损耗，便于采用常温密封结构进行真空密封。
2.如权利要求1所述的超导强场磁控溅射阴极的绝缘绝热和密封结构，其特征在于：所述的杜瓦底座(8)和不锈钢垫圈(12)之间采用大四氟垫圈(11)配合密封圈进行密封和绝缘，大四氟垫圈(11)、不锈钢垫圈(12)、小四氟垫圈(13)和杜瓦底座(8)之间采用玻璃钢螺栓或带玻璃钢绝缘套管的金属螺栓进行紧固；不锈钢垫圈(12)和阴极托架(14)之间采用密封圈进行密封并采用普通金属螺栓紧固。
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