CN107541705A - 供电弧等离子体沉积用的增强式阴极电弧源 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及供电弧等离子体沉积用的增强式阴极电弧源。改进的阴极电弧源和DLC膜沉积方法，其中在圆柱形石墨空腔内部产生定向喷射的含碳等离子体流，所述空腔的深度约等于阴极直径。所产生的碳等离子体膨胀通过孔口进入周围真空中，引起等离子体流发生强烈的自收缩。所述方法代表了一种重复工艺，其包括两个步骤：上述等离子体产生/沉积步骤和与之交替的回收步骤。这个步骤可以通过使空腔内部的阴极棒向孔口方向移动来定期除去腔壁上所积聚的过量碳。所述阴极棒伸出而高于所述孔口，且移回到初始阴极尖端位置。所述步骤可以定期再现直到膜沉积至目标厚度为止。技术优点包括膜硬度、密度和透明度改进、再现性高、持续操作时间长和微粒减少。

Description

供电弧等离子体沉积用的增强式阴极电弧源
技术领域
本发明大体上涉及使用阴极电弧等离子体源进行薄膜沉积的技术，且更具体地说，涉及适于可重复沉积超硬和/或超致密、低缺陷碳膜的技术。
背景技术
增进耐磨损和耐腐蚀性以及滑动行为是薄膜技术领域中的一个重要考虑因素。这些应用代表了往往同时存在的各种各样的艰难操作条件，如与滑动对应物和周围介质发生的粘合、磨损和腐蚀相互作用。类金刚石碳(“DLC”)涂层似乎作为防护层而满足了许多的这些需求：DLC代表了以高硬度和杨氏模量(Young Modulus)为特征的高机械硬度材料。另外，其对金属和大部分其它材料只展现了微弱的粘附亲和性。其对大部分侵蚀剂和环境具有惰性。
使用阴极电弧等离子体沉积DLC涂层是一种潜力巨大的涂布技术。阴极电弧等离子体是高度电离的且因此可以通过电场和磁场操控。通常，使用电场改变离子能量且从而改变所沉积膜的结构和特性；使用磁场导引和均质化等离子体。
阴极电弧电流典型地局限于微小的非静态阴极斑点。斑点形成向等离子体形成、电子发射和阴极与阳极之间的电流传输提供了足够的功率密度。大粒子来源于在阴极斑点发生的等离子体-固体相互作用。
为了从阴极电弧等离子体中排除大粒子，已提出多种方法且进行了测试，如曲面磁过滤器。虽然已经合成了金属、金属-化合物和DLC膜，但是大粒子过滤器受困于两个主要缺点：(1)等离子体传输效率低，即初始等离子体中只有一部分实际上用于膜沉积，和(2)大粒子无法完全除去。
大粒子过滤器的设计取决于电弧操作模式。DC电弧等离子体源通常装备有大尺寸(例如1-2"的直径)的阴极。可以用磁性方式控制斑点位置。在任何情况下，产生等离子体的微米级阴极斑点的位置可以在整个阴极表面中变化，且过滤器入口的横截面必须大到足以容纳多个斑点位置。过滤器入口大意味着过滤器的长度、容积和重量大。就过滤器容积被围封于由磁场线圈包围的导管或管道中来说，几乎全部的DC操作过滤器具有“封闭”的架构。理想的是，大粒子无法离开过滤器容积。预计粒子会粘附到管壁或被截获于管道内部所放置的挡板之间。一种方式是过滤式阴极电弧源，其中过滤器采取具有环管的封闭式架构，所述环管具有2个弯头。所述管道典型地相对较大，其直径为4-6"。
然而，由于大粒子倾向于从表面反弹，因此对于有些阴极材料(如碳)来说，难以截获大粒子。这种“反弹”问题可以通过具有开放式架构的过滤器来解决，其中利用“反弹”让大粒子从等离子体传输区域逃出。开放式架构的过滤器不具有管道，而改为包括几匝磁过滤器线圈。尽管单位长度的匝数少，线圈也必须具有相对较高的电流以产生足够的磁场强度。开放式架构过滤器与具有小面积阴极且按脉冲模式操作的紧凑型电弧源的组合可如人所愿地将纯净的碳等离子体递送到沉积靶。这种技术的局限性包括如下事实：当流动横截面按S(r)～r2增加时，等离子体流几乎在具有半角约π/3的圆锥体内发生膨胀。所述流膨胀典型地导致等离子体冷却效应、离子减速且因此导致sp3/sp2比率减小(和硬度、密度、透明度减小)；以及阳极表面上的“寄生”碳沉积物，其引起标靶上的碳膜沉积速率降低。
有些新型的微系统(“MEMS”)应用，具体地说，具有热辅助磁记录功能的磁头可能需要具有极高的硬度、密度和透明度以及增强的厚度可再现性的薄碳膜。
发明内容
本发明的多个实施例提供了一种改进的碳膜沉积方法以及改进的阴极电弧等离子体源，其目的是使所沉积的膜实现极高的硬度、密度和透明度；使系统中所产生以及递送到膜表面的粒子的数量减少。某些实施例进一步增强了沉积速率控制且减少了沉积膜厚度在阴极寿命期间的衰减。多个实施例可以进一步通过减少阳极和过滤器线圈表面上发生的碳“寄生”沉积来维持较高的源效率。
在本发明中，我们公开了一种具有圆柱形石墨阴极棒和阳极的阴极电弧源，所述阴极棒和阳极被屏蔽件隔开；所述屏蔽件包括绝缘体管，所述管内部具有薄壁石墨衬套，且屏蔽件可以从阴极顶表面延伸，从而形成石墨空腔(孔口形状与阴极顶表面相同的半围束空间)。在一个实施例中，空腔深度大致等于阴极直径。空腔中所产生的碳等离子体膨胀通过孔口进入周围真空中。我们已经发现有若干因素(包括空腔几何形状)限制了等离子体通量角分布，导致等离子体流收缩更强且继而导致磁性自夹挤效应更强。等离子体在空腔中产生的结果是等离子体在极窄的锥角内的定向流动；等离子体加热，其引起等离子体与液滴的强烈相互作用，这有助于更高的等离子体密度提升以及石墨液滴/粒子的蒸发；以及离子加速。
腔壁可以使用重复工艺定期清洁，所述方法包括两个步骤：上述等离子体产生/沉积步骤和与之交替的回收步骤。在回收步骤期间，石墨棒沿着轴移动，从而伸出而高于孔口，且返回到初始阴极尖端位置。这种定期清洁操作将腔壁上所积聚的过量蒸发石墨除去。可再现工艺可以维持较长的时间而不破坏腔室真空。
可以按照等离子体从等离子体源定向膨胀的结果来使用不同的磁过滤器操作模式。正如所提及，等离子体的收缩导致定向的等离子体流或巨大的射流样形状，从而将大部分等离子体注射到过滤器管道入口中。在过滤器入口处不一定要有现有技术源中所特有的强磁透镜，所述透镜收集已发散的等离子体流。由此允许通过使用大幅降低的通过过滤器线圈的电流(在一个实施例中是约700A，而现有技术中是1600A)来操作过滤器。线圈内部减弱的磁场仍然强到足以“磁化”电子且传送等离子体通过螺线管过滤器，而且同时由于磁镜效应而阻止等离子体的部分反射(陈F.F(F.F Chen)，《等离子体物理学概论(Introductionto plasma physics)》(Plenum，纽约，1974，第2.3.3章)。在过滤器管道入口处，等离子体损失大幅度减少，而传输通过过滤器的效率仍相同。因此，其在总体上使得晶片上的膜沉积速率增加。
其它特征和优点已有描述且通过审查以下具体实施方式更显而易见。
附图说明
图1是现有技术小型源的示意图；阴极-阳极单元和磁过滤器电连接到阴极电弧电源。
图2是现有技术小型源的横截面，所述源具有由多个间隔挡板形成的阳极和开放式架构过滤器。
图3A是一个本发明实施例中的源的示意图，且图3B是电弧等离子体流在阴极-阳极区域内的空间分布的横截面，以及现有技术的等离子体流锥角参照值。
图4a在侧视图中描绘了等离子体流分布的锥角相对于空腔纵横比的等离子体通量分布的比较。
图4b和4c分别描绘了现有技术源与所公开实施例中的源的比较，其中图4b描绘了现有技术源。
图5描绘了晶片上的沉积速率、晶片上的粒子密度和石墨棒消耗(每20A厚度膜)与空腔尺寸(深度与直径的纵横比)的相关性。描绘了现有技术的参照值。
图6描绘了在不同的电弧放电电流下，沉积速率与空腔尺寸(深度与直径的纵横比)的相关性。电弧放电电流降低而低于600A值导致磁性自夹挤效应减小和沉积速率大幅度降低。
图7是装置示意图，所述装置提供石墨阴极在回收阶段(将空腔中的过量积聚碳清除)期间的移动和位置控制：使用控制器，通过线性马达来提供移动，且激光向控制器提供阴极棒位置反馈。图中描绘了回收步骤的步骤1-4。
图8描绘了本发明的一个实施例(其中所述源按混合模式操作)中的沉积速率与过滤器线圈电流的相关性，其中在电弧放电开始之前向过滤器施加功率以及在电弧放电结束之后完成。
图9是描绘根据实施例的电弧电流和过滤器电流的操作模式的图。
图10A和10B是根据实施例的归一化沉积速率相对于脉冲的图。
图11A和11B描绘了本文所述实施例的劣变特性的改进，其中图11B涉及现有技术的实施例。
具体实施方式
图1是示意图，其图解说明了具有开放式架构过滤器的小型化脉冲过滤器阴极电弧(PFCA)源。如图1中所示，小型化阴极电弧源1具有位于阳极3内部的阴极2。阴极电弧源1的位置可以靠近过滤器4的入口，例如阴极2的表面位置相对于入口的距离优选为过滤器线圈内径的约0.5到2倍。阴极电弧源1还可以包括聚焦或注入螺线管5以增加等离子体从所述源到过滤器的输出。过滤器可以由具有开放式架构的弯曲螺线管线圈形成，其通常具有至少一种以下特征：1)位于过滤器入口处的其它场注入或聚焦线圈以增加等离子体从所述源到过滤器的输出，和2)具有扁平横截面的线圈匝以促进大粒子反射离开过滤器容积。来自过滤器的等离子体在膜沉积所发生的衬底6的方向上耗尽。图1中所描绘的另一个特征是，源1和过滤器4可以通过粒子阻挡壁7而与衬底6分隔。壁7充当大粒子防火墙，其将被大粒子污染的源和过滤器腔室8与清洁的等离子体处理室9分隔。壁7中的可供被过滤等离子体进入腔室9中的开口10可以保持为较小的。理想的是，壁7距离过滤器4的末端非常近，以致所有等离子体传送通过开口10。
如图2中所示，阴极电弧等离子体源11可以具有由多个间隔挡板13形成的阳极12，所述挡板延伸超出阴极15的活性阴极表面14。在其中阳极是容纳阴极组合件的圆筒的其它现有技术源中，在阴极处所产生的大部分大粒子相对于阴极表面以浅角度喷射，且粘附到阳极或反射折回到等离子体中。在源11的阳极12采取开放式挡板结构的情况下，大部分大粒子传送通过挡板13之间的空隙且从挡板13弹出而离开进入过滤器中的等离子体流。这种阳极不仅具有电学功能，而且充当预过滤器。
源11是按照脉冲模式、在相对较高的电流(约1kA或更高)下操作。典型地使用高电弧电流来操作磁过滤器。从而可以通过电弧脉冲工作循环和脉冲长度而非电弧电流来调节功耗和相关热负荷，电弧电流会降低过滤器磁场。
现有技术实施例中，操作期间的阴极表面呈现为相对于围绕石墨阴极的绝缘陶瓷的端面理想上齐平。阴极表面的侵蚀理想上是通过阴极的逐渐推进来抵消。可以通过与阴极棒15耦接的特殊进给机构来执行逐渐推进。在一个实施例中，进给机构(手动或电动)使阴极按照补偿石墨侵蚀、维持阴极位置的速度来推进。
决定源性能的考虑因素是等离子体通量角分布。阴极表面上的甚至每个电弧斑点产生垂直于阴极表面的微小等离子体射流；总体等离子体流具有锥形或确切地说半球形。(参见图2，其具有锥角16)。这可能是微小射流整合成发散等离子体流的结果，所述发散等离子体流是由按时间平均化的微小射流瞬间分布以及粗糙的阴极表面拓扑结构引起。由于难以将所产生的等离子体收集到过滤器中，因此等离子体流的发散会导致大量的等离子体损失。另外，等离子体流的发散会引起碳过量沉积于阳极和过滤器表面上，导致等离子体流强度和形状降级(继而导致衬底上所沉积的膜的沉积速率和均一性降级)。由于所产生离子的平均磁矩减小且由于到达衬底上的离子能出现此降低，因此等离子体流的发散还会导致膜特性劣变。
公开了一种改进的阴极电弧源和这种源操作方法。图3A中描绘了本发明实施例的示意图。某些实施例包括用屏蔽件19将阴极17与阳极18隔开，所述屏蔽件包括绝缘体管，所述绝缘体管内具有薄壁石墨衬套20，且所述屏蔽件从阴极顶表面延伸，从而形成空腔21或半围束空间，所述空腔或半围束空间具有形状类似于阴极17的暴露顶表面的出口孔口，且空腔21的深度大致等于阴极17的直径。
石墨衬套20表现为石墨薄壁圆柱形插入件，或陶瓷管内部的石墨涂层，其由具有基于碳的粘合剂的碳溶液形成，随后退火。
空腔中所产生的碳等离子体膨胀通过孔口进入周围真空中。我们已经发现有若干因素(包括空腔几何形状)限制了等离子体通量角分布23。图3B描绘了阴极阳极组合件的放大视图。电弧放电被围束于空腔内导致较高热负荷。为了增强阴极单元热容量，进行如下改进：将氧化铝陶瓷改为氧化铍(BeO)陶瓷25使热导率增强10倍；将阴极26直径从6mm改为10mm使得热传导面积增加约65％；新颖的阳极筒夹设计27使界面热阻降低。冷却剂流向阴极体28提供了连续的排热作用。
图4中描绘了等离子体流锥角。常规系统展示了约0的纵横比和约50-60°的锥角(如圈“A”的数据点所示，图4a)，而如本文中所述和所要求的系统在实施例中展现了约0.5与1之间的较高纵横比，约15°与约30°之间的较窄锥角(如圈“B”的数据点所示，图4a)。图4中对现有技术源(图4b)和本发明源(图4c)所产生的等离子体流分布的光学影像进行了比较。从结果显而易见，当图4c所拍摄的实施例之源在空腔中产生等离子体时，观察到等离子体发生强烈收缩。
图5A-5C中描绘了等离子体流发生强烈收缩所引起的沉积源性能增进。在某些实施例中，当空腔纵横比(深度/直径)是约1时，等离子体流出现强烈收缩。相对于现有技术源，观察到以下性能增进：(a)沉积速率提高超过2倍；(b)粒子密度减小约15倍；以及(c)阴极消耗减少约2倍。如果空腔纵横比高于约1.2，那么等离子体会变得不稳定。因此，基于如图5A、5B和5C所示的阴极消耗、沉积速率和粒子密度，理想的纵横比是约1。
影响等离子体流收缩的另一参数是放电电流。在图6中，呈现了在本发明的一个实施例中，在可变的放电电流下，沉积速率与空腔纵横比的相关性的一个实例。从曲线图显然可知，在高于约600A的放电电流下观察到强效应。在600A和低于600A的放电电流下，等离子体流收缩效应和工艺性能增进作用减小。
图7A-7D描绘了一种使用圆柱形阴极电弧源产生含碳定向喷射等离子体流的系统。在一个实施例中，公开了一种重复进行的方法，其包含两个步骤：上述等离子体产生/沉积步骤和与之交替进行的回收步骤。回收步骤可定期除去腔壁上所积聚的过量碳。图7A-7D中描绘了回收步骤。在所描绘的实施例中，源包括通过控制器自动控制的阴极30的移动机构29。阴极30可以在屏蔽件31内部来回移动(例如在图7A中，阴极30缩回于屏蔽件31内；在图7B中，阴极30与屏蔽件31齐平)。阴极30还能够推到屏蔽件31外部，进入由挡板33界定的阳极挡板区域中。阴极尖端的位置可以通过检测激光35产生的光束34来确定。激光检测器36与控制器37通信，从而提供阴极30返回到初始位置的反馈。回收程序可以包括四个子步骤：子步骤1：沉积之后的初始阴极位置；子步骤2：阴极移动-清洁过量的C；子步骤3：阴极位置校准；子步骤4：返回到初始位置。在这些子步骤期间，石墨棒沿着轴移动，从而伸出而高于孔口，且返回到初始位置。这种移动可除去腔壁上所积聚的过量蒸发石墨，同时石墨衬套表面仍然保持完整，从而使下一次操作期间的电弧得以维持。相对于常规系统，可再现方法可以长时间维持而不会破坏腔室真空。
相较于常规系统，由于等离子体流从空腔中“定向”膨胀，因此磁过滤器可以按不同的更佳操作模式操作。如此前所提及，等离子体流收缩导致等离子体定向喷射或大射流样形状，从而将大部分等离子体注射到过滤器管道入口中而无需在过滤器入口处放置强磁性透镜(通过在过滤器螺线管中运行1300-1500A电流，或使用其它聚焦螺线管5)，所述强磁性透镜收集发散的等离子体流，这是现有技术源所特有的，如图1所示的现有技术源。由此允许通过使用大幅降低的通过过滤器线圈的电流(在一个公开的实施例中是约700A；而现有技术中是1600A)来操作过滤器，如图8所示。线圈内部减小的磁场仍然强到足以“磁化”电子且传送等离子体通过螺线管过滤器，而且同时阻止等离子体由于磁镜效应而发生的部分反射。在过滤器管道入口处，等离子体损失大幅度减少，而传输通过过滤器的效率仍相同。因此，本文中所述的全部实施例配置成膜沉积速率使得晶片按照约2倍于常规系统的速率增长。
在多个实施例中，另一种改进涉及使用源与过滤器操作的混合模式，如图9中所示。过滤器可以在电弧放电开始之前开启且在放电电弧结束之后关闭(现有技术中，电弧与过滤器脉冲典型地同步进行)。这种操作模式可以减少在过滤器脉冲开始/结束时的过滤器线圈电流转变对电弧造成的扰乱；且更好地控制过滤器线圈热状况。
在碳膜沉积的一个实例中，源参数可以是以下参数：空腔纵横比(深度/直径)＝1；阴极直径＝10mm；双弯曲过滤器；电弧放电电流＝1800A；过滤器电流＝700A；电弧脉冲时长＝1msec；过滤器线圈时长＝25msec；脉冲频率＝5Hz；以及每1000个脉冲之后重复进行沉积/回收步骤。
表格：数据汇总
*用Hysitron进行测量
将上述实施例源和现有技术源所得的数据进行比较。从表格可见，机械和光学特性得以明显改进；所沉积膜表面上的粒子数量减少；且等离子体损失大幅度降低，从而提升了等离子体传输效率。
在说明沉积速率可再现性的另一个实例中，为了说明源操作时间长于阴极寿命，可以对操作进行配置。具体地说，操作条件如下：源参数与前述实例相同；每10,000-15,000个脉冲之后测量沉积速率；且测试期间进行的脉冲总数量是150,000个脉冲。
图10A描绘了一个实施例的可再现性，相比之下，如图10B所示的常规系统的可再现性明显较低。在图9A中，与脉冲有关的沉积速率基本上稳定，相对于平均值的变化相对较小；而在常规系统中，与脉冲有关的归一化沉积速率降低且相对于趋势线的变化相对较大。
图中还分别在图11A和11B中描绘了本发明实施例和现有技术源的阳极挡板环上所积聚的碳量。这些影像中的每一个对应于150,000个脉冲之后的阳极挡板环。
图11A中的实例表明本发明的源在阴极寿命期间不会退化。相反，碳膜沉积速率保持稳定；而现有技术源展现约15-20％的沉积速率降幅。操作期间的沉积速率减小(如从图11A和11B分别描绘的阳极挡板环可见)至少部分地是现有技术源中寄生碳积聚比本发明源高得多的结果(2-3mm相对于小于0.4mm沉积物)。积碳会以物理方式阻滞一部分等离子体流，导致沉积速率变化。
总体而言，应注意本发明源的多个实施例提供了收缩的等离子体流在空腔中的产生和膨胀。从而引起强自磁场形成且继而引起等离子体自夹挤效应。等离子体在空腔中产生的结果是等离子体在极窄的锥角内定向流动；等离子体加热，其引起等离子体与液滴的强烈相互作用，有助于提升等离子体密度以及使得石墨液滴/粒子消失；离子加速，其使得膜中的sp3/sp2比率较高。本发明实施例中的源展现了粒子减少、沉积速率增加、每埃(Angstrom)沉积膜的石墨消耗减少；硬度、密度和透明度增加；以及源内部的寄生性积碳减少。
根据前述说明，明显可知本发明实施例提供了可获得sp3/sp2比率高的碳膜的改进方法和源。本发明实施例的增强方面可以包括膜硬度、密度和透明度提高、可再现性高、持续操作时间长和微粒减少。
本说明书(包括任何随附的权利要求书、发明摘要以及附图)中所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以按任何组合的形式组合，但其中此类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。除非另有明确陈述，否则本说明书中所公开的每种特征可以替换为用于相同、等效或类似目的的替代特征。因此，除非另有明确陈述，否则所公开的每种特征只是一系列通用的等效或类似特征的一个实例。
出于解释本发明的权利要求书的目的，明确地希望除非本发明权利要求中叙述了特定术语“用于……的方式”或“用于……的步骤”，否则不援引35U.S.C.第112章第六段的条款。

Claims (15)

1.一种沉积类金刚石碳膜的方法，所述方法包含：
通过圆柱形阴极电弧源产生定向喷射的含碳等离子体流，所述圆柱形阴极电弧源包含：
圆柱形石墨阴极和由多个间隔挡板形成的阳极，其中所述圆柱形石墨阴极棒和所述阳极是通过屏蔽件来隔开，所述屏蔽件进一步包括绝缘体管，所述管内部具有薄壁石墨衬套；
继所述阴极电弧源之后的弯曲螺线管磁过滤器；
通过所述屏蔽件从阴极顶表面延伸而形成的石墨空腔，从而产生半围束空间，其具有形状与所述阴极顶表面相同的空腔孔口。
2.一种沉积类金刚石碳膜的方法，所述方法包含：
在空腔中产生碳电弧等离子体；
使等离子体流以大射流形式向周围真空中定向膨胀；
使屏蔽件内部的阴极棒向孔口的方向移动，从而伸出而高于所述孔口，且返回到初始阴极尖端位置；以及
定期再现所述方法直到膜沉积至目标厚度为止。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阴极电弧源的电弧放电电流高于600A。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述空腔孔口界定约5mm到约12mm的直径。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述阳极界定的直径约等于所述空腔孔口的所述直径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中阳极长度不超过所述空腔孔口的直径的五倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述弯曲螺线管磁过滤器的直径是所述空腔孔口的直径的约两倍到四倍。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述弯曲螺线管磁过滤器内部的磁场强度是足以磁化电子的磁场强度的约1.5倍到约4倍。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述弯曲螺线管磁过滤器的中心区域中的所述磁场强度在约400高斯与约1200高斯之间的范围内。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述弯曲螺线管磁过滤器螺线管中的电流在约400安培与约800安培之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述阴极电弧源和所述弯曲螺线管磁过滤器是按照脉冲模式操作，且电弧脉冲是在过滤器线圈电流脉冲开始之后开始，且在所述过滤器线圈电流脉冲结束之前结束。
12.一种用于在阴极电弧源中产生含碳等离子体定向流的设备，所述设备包含：
圆柱形石墨阴极和由多个间隔挡板形成的阳极，其中所述圆柱形石墨阴极棒和所述阳极是通过屏蔽件来隔开，所述屏蔽件进一步包括绝缘体管，所述管内部具有薄壁石墨衬套；
继所述阴极电弧源之后的弯曲螺线管磁过滤器；以及
通过所述屏蔽件从阴极顶表面延伸而形成的石墨空腔，从而产生半围束空间，其具有形状与所述阴极顶表面相同的空腔孔口。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述源包含所述屏蔽件内部的所述阴极棒的移动机构，其使所述阴极棒沿着所述石墨棒轴向所述空腔孔口的方向移动，从而伸出而高于所述空腔孔口直到参照点且返回到初始阴极尖端位置。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述石墨棒尖端伸出位置的参照点是通过在所述阳极的所述挡板之间导引的与阴极移动轴相交的激光束来确定，且当所述石墨棒与所述激光束传播线相交时，控制所述激光束的检测器指示强度降低。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述源包含的反馈方案是将检测器信号传送到控制所述阴极移动机构的控制器且使所述阴极尖端返回到其初始位置。
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