CN2646155Y - 闭合式电子漂移型气体离子源 - Google Patents

Abstract

闭合式电子漂移型气体离子源属于真空镀膜设备，本实用新型提供了一种闭合式电子漂移型气体离子源，由阳极(10)、内阴极(11)、外阴极(12)、供气系统、磁路等部件构成。其特征在于：离子源通过法兰盘(19)安装在未详细说明的真空室壁上；内阴极(11)、外阴极(12)、阳极(10)构成一个环形的放电室(13)；阳极(10)内部有水冷室(22)，并通过绝缘套(23)安装在磁靴(15)上；工作气体通过供气管(16)进入磁铁外套(21)的内部，再通过均匀分布的气孔(20)进入放电室(13)。本实用新型可应用于：镀膜前清洗工件、辅助沉积、等离子体增强化学气相沉积。

Description

闭合式电子漂移型气体离子源

技术领域  本实用新型属于真空镀膜设备，特别是提供一种闭合式电子漂移型气体离子源，可以应用在：清洗工件、辅助沉积、等离子体增强化学气相沉积。

背景技术  闭合式电子漂移型离子源在H·R·Kaufman的文章中有详细介绍，见PlasmaSource Sci.Technol.8(1999)P1-20。在此作简要引述。

这种离子源最早是做为一种等离子体推进器，应用于太空领域。

这种离子源分为磁性层型和阳极层型两种，这两种的区别主要在于放电室侧壁的材料和放电室长度与宽度的比例。磁性层型离子源其放电室侧壁由陶瓷绝缘材料组成，其放电室的长度大于其宽度。阳极层型离子源其放电室由导电材料构成其放电室的宽度大于其长度，在文章中介绍了一种阳极层型离子源(见附图1)，其主要技术内容如下：发射电子的阴极是一空心阴极电子枪1，阳极2接收电子，外磁场线圈3，内磁场线圈4，磁路8，在内磁极5和外磁极6之间形成磁力线9，工作气体经进气管7进入离子源。当离子源工作时，空心阴极电子枪1发射的电子流向阳极2时，电子横切磁力线9产生洛仑兹力，使电子作闭合式电子漂移，进入离子源的工作气体同运动的电子相碰撞，使中性的工作气体原子离化产生离子，离子在阴阳极之间的加速电场作用下，很快离开离子源，形成离子束流。

发明内容  本实用新型的首要目的是用一般的导磁材料代替灯丝或空心阴极电子枪作为阴极。

本实用新型的另一个目的是用一个永磁铁就可产生所需的磁场。

根据本实用新型的设计，离子源通过引入工作气体，使其离子化并产生等离子体区域，阳极位于等离子体区域的底部，阴极位于等离子体区域的两侧。阴阳极间放电产生的电子流在等离子体区域通过同磁场相互作用产生闭合式环形的电子漂移。同时阴阳极间的电场使等离子体区域的离子加速离开。

在真空中当真空度和阴阳极间的电位差一定的条件下，阴阳极间产生辉光放电与阴阳极间距离和放电区域的磁场强度大小有关。在本实用新型中，所采用的阴阳极间距离可使离子源在较宽的真空度范围内顺利起辉放电。本实用新型只在离子源中心处放置一个永磁体，通过采用导磁材料作为磁靴和阴极，就可在放电区域获得理想的磁场形状和磁场强度。

本实用新型通过用一般的导磁材料作为阴极代替了灯丝或空心阴极电子枪，可使离子源的工作成本大大降低。

本实用新型通过用一个永磁铁就产生了所需的磁场，缩小了离子源的尺寸，使离子源应用更方便。

附图说明  图1是闭合式电子漂移型阳极层离子源示意图。

空心阴极电子枪阴极1、阳极2、外磁场线圈3、内磁场线圈4、内磁极5、外磁极6、进气管7、磁路8、磁力线9

图2是本发明闭合式电子漂移型离子源示意图。

阳极10、内阴极11、外阴极12、放电室13、磁场14、磁靴15、供气管16、永磁铁17、进水管18、法兰盘19、气孔20、磁铁外套21、水冷室22、绝缘套23

实施方式  本实用新型如图2所示，由内阴极11、外阴极12、阳极10、供气系统、磁路等部件组成，通过法兰盘19安装在真空室壁上。

内阴极11、外阴极12、阳极10构成一个环形的供电室13；阳极内部有水冷室22，工作时，冷却水由进水管18进入水冷室22，阳极10通过绝缘套23安装在磁靴15上。工作气体通过供气管16进入磁铁外套21内部，再经均匀分布的气孔20进入放电室13。

内阴极11、外阴极12、磁靴15均由导磁材料加工而成，永磁铁17产生的磁力线经过内阴极11、外阴极12、磁靴15在放电室13处形成径向的磁场14，磁场在阳极10表面沿水平方向的磁场强度为0.04至0.08T(特斯拉)。

闭合式电子漂移型气体离子源工作原理如下：

先将真空室抽至本底真空(如0.006Pa)，通入工作气体，使放电室的真空达到气体放电压强(在0.01至0.6Pa范围内)。通过给阳极施加一个正电压，使阴阳极间产生放电，当电子由阴极流向阳极时，横切磁力线，产生洛仑兹力使其作闭合式电子漂移获得一定的能量，这些电子同工作气体相碰撞使其离化，产生的离子受到阳极正电位的排斥，加速离开放电室，到达要处理的工件。

按本实用新型设计的一种离子源，直径为150mm，高度为60mm，放电室长度为5mm，宽度为7mm，在放电室中心位置磁场的磁场强度是0.08T。当充入氮气，使真空室的真空度为0.08Pa时，打开电源产生放电，此时放电电压为1200V，放电电流为150mA，工作稳定，此时离子源处于清洗工作的状态。当离子源同磁控溅射靶共同工作时，充入氮气、氩气使真空室真空度为0.3Pa，打开离子源电源，离子源工作电流最高可至8A，放电电压为220V。此时离子源处于辅助沉积状态。

本实用新型不限于轴对称的圆形离子源，本离子源可为不同形状，如图2所示，离子源沿垂直于轴对称的方向向两侧延伸，可以形成矩形结构，延伸长度为400～3000mm。

Claims (3)

1.一种闭合式电子漂移型气体离子源，由内阴极(11)、外阴极(12)、阳极(10)、供气系统、磁路等部件组成，其特征在于：离子源通过法兰盘(19)安装在未详细说明的真空室壁上；由内阴极(11)、外阴极(12)、阳极(10)构成一个环形的放电室(13)；阳极(10)内部有水冷室(22)，并通过绝缘套(23)安装在磁靴(15)上；工作气体通过供气管(16)进入磁铁外套(21)的内部，再经过均匀分布的气孔(20)进入放电室(13)。

2.按照权利要求1所述的闭合式电子漂移型气体离子源，其特征在于：内阴极(11)、外阴极(12)、磁靴(15)均由导磁材料加工而成，这样永磁铁(17)产生的磁力线就在放电室(13)处形成径向的磁场(14)分布，使电子在放电室(13)作闭合式电子漂移，磁场在阳极(10)表面沿水平方向的磁场强度为0.04至0.08T(特斯拉)。

3.按照权利要求1所述的闭合式电子漂移型气体离子源，其特征在于：离子源沿垂直于对称轴的方向向两侧延伸，可以形成矩形结构，延伸长度为400～3000mm。

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