发明内容
本发明的目的在于提供一种聚焦型线性阳极层离子源,通过对阳极层离子源的离子发射角度进行控制,实现等离子体的聚焦控制。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种聚焦型线性阳极层离子源,包括一具有长条状安装槽的壳体,所述安装槽的槽腔中心处设有一竖向布置的磁体,所述磁体与安装槽的槽壁之间设有阳极,所述安装槽的槽口中心处设有内阴极,所述内阴极的两侧对称布置有外阴极,所述外阴极与内阴极的磁极靴之间形成阴极缝隙,且该内阴极的最低面低于外阴极的最低面2-5mm。
优选的,所述的阳极为矩形空心方管,且在该矩形空心方管内通入循环冷却水对该阳极进行冷却。
优选的,用于连通矩形空心方管的供水管上设有水流调节阀用于调节循环冷却水流量,出水管上设置有温度检测探头用于检测阳极表面的温度。
优选的,所述磁体与所述安装槽的槽底、两侧槽壁围合形成两个独立的放电室,所述的放电室内设有阳极支架且在所述放电室的底部设有贯穿壳体的注气孔,所述的阳极支架上设有连续的大直径段进气通道和小直径段进气通道连通至所述的注气孔供气体注入到放电室内,所述注气孔的孔径小于大直径段进气通道的孔径。
优选的,所述注气孔与大直径段进气通道的孔径比为1:(1.5-3);所述大直径段进气通道与小直径段进气通道的孔径比为(1.5-2.5):1。
优选的,所述注气孔的进气端处设有分气块,所述的分气块具有一容置空间构成进气仓,所述的分气块上设有进气通道连通注气孔与进气仓,所述的分气块远离壳体的一侧设有供气组件向进气仓中供气。
优选的,所述内阴极临近安装槽槽腔的一侧设有若干凹腔,所述的凹腔内埋设有阴极冷却管,所述的阴极冷却管内通有循环冷却水。
与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
本发明提供的该聚焦型线性阳极层离子源,通过将内阴极的最低面设置成低于外阴极的最低面,如此,两边阴极缝隙的开口连线相对于阳极平面形成锐角夹角,使得气体分子被离子化后生成的离子和电子,在离子源腔体和外部的真空压力差的推动下向外喷射,再由内外阴极高度差所形成的磁场法线,控制喷射角度,形成聚焦效应。如此,可以显著的提高单位面积上的等离子体的数量,使得相同的功率下,该线性阳极层离子源能达到更较好的表面处理效果,或表面刻蚀,或薄膜表面辅助沉积的效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体附图,进一步阐明本发明。
需要说明的是,在本发明中,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
结合图1、2所示,本发明提供了一种聚焦型线性阳极层离子源,包括一具有长条状安装槽11的壳体10,所述安装槽11的槽腔中心处设有一竖向布置的磁体20,所述磁体20与安装槽11的槽壁之间设有阳极30,所述安装槽11的槽口中心处设有内阴极40,所述内阴极40的两侧对称布置有外阴极50,所述外阴极50与内阴极40的磁极靴之间形成阴极缝隙401,且该内阴极40的最低面低于外阴极50的最低面2-5mm。
本发明提供的该线性阳极层离子源,通过将内阴极40的最低面设置成低于外阴极50的最低面2-5mm,如此,阴极缝隙401的开口相对于阳极30的发射面形成夹角,使得气体分子被离子化后生成的离子和电子,在离子源腔体和外部的真空压力差的推动下向外喷射,再由内外阴极高度差所形成的磁场法线,控制喷射角度,形成聚焦效应。如此,可以显著的提高单位面积上的等离子体的数量,使得相同的功率下,该线性阳极层离子源能达到更较好的表面处理效果,或表面刻蚀,或薄膜表面辅助沉积的效果。
本发明中,所述磁体20为柱状的永磁铁,其能够形成一个垂直方向上的磁场。所述磁体20的上端设有上极靴201并抵靠在内阴极40上,下端设有下极靴202并抵靠在安装槽11的槽底处。
进一步的,根据本发明,在本发明的一个具体的实施例中,所述的阳极30为矩形空心方管,且在该矩形空心方管内通入循环冷却水对该阳极30进行冷却。需要指出的是,在传统的线性阳极层离子源中,阳极的冷却采用的是在阳极内部埋设6mm-8mm直径的空心管,通过在空心管内通入大流量的循环冷却水实现对阳极的间接冷却,然而这种冷却方式对于大功率、长时间的工作条件时,并不能有效维持整个离子源在正常温度范围内。为此,通过将阳极30设置成矩形空心方管,并在该矩形空心方管中直接通入循环冷却水,从而实现对阳极30的直接冷却,该技术方案的实施显著的提高了对阳极30的冷却效果,且省略了传统的向阳极中埋设空心管所需的焊接工艺,没有了焊接工艺,也就不会有焊缝裂开引起漏水情况,提高了水冷的可靠性;具体的,所述的阳极30可以采用厚壁不锈钢方通进行制作,得到最大的冷却效果,从而承受大功率。
进一步的,根据本发明,本发明中,用于连通矩形空心方管的供水管上设有水流调节阀用于调节循环冷却水流量,出水管上设置有温度检测探头用于检测阳极30表面的温度。通过在该水冷系统中增加温度检测探头和水流调节阀,从而精确的控制阳极30表面的温度,实现在不同功率下,对等离子体离化率的控制,以实现同一个线性阳极层离子源,可同时满足高压清洗和低压辅助沉积的动能要求。具体的,本申请的发明人发现,通过采用本发明提供的该技术方案,在电流为8A,电压为420V特电压的高功率条件下,该线性阳极层离子源能够长时间的稳定工作。
本发明中,所述磁体20与所述安装槽11的槽底、两侧槽壁围合形成两个独立的放电室1,所述的放电室1内设有阳极支架12且在所述放电室1的底部设有贯穿壳体10的注气孔13,所述的阳极支架12上设有连续的大直径段进气通道121和小直径段进气通道122连通至所述的注气孔13供气体注入到放电室1内,所述注气孔13的孔径小于大直径段进气通道121的孔径。具体的,所述的阳极支架12上设有阳极绝缘垫123,所述的阳极30固定在该阳极绝缘垫123上。所述的注气孔13沿壳体10的长度方向设置有多个,如此,实现了多点进气,即便将该离子源做长也能得到最均匀气体离化效果。
在具体的使用过程中,气体经过多级孔径变化的注气方式,可以缓解供气瓶所带来的高压气体产生的串流现象;此外,气体经注气孔13、大直径段进气通道121和小直径段进气通道122进入到放电室1内,由于气体通道的多级直径变化,供气瓶的压力被有效缓冲,进入放电室的气体的流速变缓;改变了放电室和离子源外部的真空压力差,使得低流速的气体实现了在放电室中充分的离化。
进一步的,所述注气孔13与大直径段进气通道121的孔径比为1:(1.5-3);所述大直径段进气通道121与小直径段进气通道122的孔径比为(1.5-2.5):1。
本发明中,所述注气孔13的进气端处设有分气块60,所述的分气块60具有一容置空间构成进气仓61,所述的分气块60上设有进气通道601连通注气孔13与进气仓61,所述的分气块60远离壳体10的一侧设有供气组件62向进气仓61中供气。
本发明中,所述内阴极40临近安装槽11槽腔的一侧设有若干凹腔41,所述的凹腔41内埋设有阴极冷却管42,所述的阴极冷却管42内通有循环冷却水。具体的,所述的凹腔41设置有两个。
在本发明的一个具体的实施例中,结合图3所示,位于阳极30两侧的外阴极50在壳体10的两端固连为一体,形成中心为一条形通孔的结构,所述的内阴极40设置在该条形通孔处并与所述的外阴极形成环状的阴极缝隙401。
本发明提供的该聚焦型线性阳极层离子源,其安装方式灵活,可以吊装,也可以采用法兰进行安装。所述的内阴极40经由磁体20固定在壳体10上,所述的外阴极50固定在安装槽11的槽壁上,也即,内阴极40和外阴极50可以独立进行拆卸,在不拆卸整体的情况下进行保养、维护。
实施例1
结合图1、2所示,本发明提供了一种线性阳极层离子源,包括一具有长条状安装槽11的壳体10,所述安装槽11的槽腔中心处设有一竖向布置的磁体20,所述磁体20与安装槽11的槽壁之间设有阳极30,所述安装槽11的槽口中心处设有内阴极40,所述内阴极40的两侧对称布置有外阴极50,所述外阴极50与内阴极40的磁极靴之间形成阴极缝隙401,且该内阴极40的最低面低于外阴极50的最低面3mm;
所述的阳极30为矩形空心方管,且在该矩形空心方管内通入循环冷却水对该阳极30进行冷却;
所述磁体20与所述安装槽11的槽底、两侧槽壁围合形成两个独立的放电室1,所述的放电室1内设有阳极支架12且在所述放电室1的底部设有贯穿壳体10的注气孔13,所述的阳极支架12上设有连续的大直径段进气通道121和小直径段进气通道122连通至所述的注气孔13供气体注入到放电室1内;
所述注气孔13的孔径为1.2mm;所述大直径段进气通道121的孔径为2.4mm;所述小直径段进气通道122的孔径为1.0mm;
所述注气孔13的进气端处设有分气块60,所述的分气块60具有一容置空间构成进气仓61,所述的分气块60上设有进气通道601连通注气孔13与进气仓61,所述的分气块60远离壳体10的一侧设有供气组件62向进气仓61中供气;
所述内阴极40临近安装槽11槽腔的一侧设有两个凹腔41,所述的凹腔41内埋设有阴极冷却管42,所述的阴极冷却管42内通有循环冷却水。
试验例1
如图4、5所示为上述实施例1提供的线性阳极层离子源清洗指纹前后的照片,测试用基材为SUS316,在该基材上摁上五个指纹印,控制该离子源的源电流为5A,炉内温度为150℃,工作气体采用Ar,Ar分压为8.0×10-1MPa,清洗时间为10分钟。
试验例2
如图6-8所示为上述实施例1提供的线性阳极层离子源清洗SUS316基材的照片,清洗条件为:离子源的源电流为5A,炉内温度为150℃,工作气体采用Ar,Ar分压为8.5×10- 1MPa;通过照片可以明显的看出,清洗5分钟,以及10分钟后,SUS316基材的表面明显变干净了。对该基材SUS316的表面进行成分分析,具体如下表:
|
000 |
G5min-1 |
G5min-2 |
G10min-1 |
G10min-2 |
O K |
2.21% |
11.31% |
5.965% |
8.165% |
5.29% |
Cr K |
20.55% |
18.305% |
18.495% |
17.61% |
16.08% |
Fe K |
69.42% |
64.575% |
69.875% |
68.745% |
74.32% |
Ni K |
7.82% |
5.81% |
5.665% |
5.48% |
4.31% |
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。