CN2887889Y - 多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，包括：真空室、大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源，大功率真空阴极弧等离子体源和热灯丝离子源分别对称安装于所述真空室的第一、二端口处，大功率空心阴极弧等离子体源设置在所述真空室的第三端口处，所述真空室底部还安装有可调转速的旋转样品台。本实用新型拥有三个等离子体源，实现在同一装置中引入多元弧等离子体，使得金属、气体离子同存，提高反应效率，能获得理想化学配比。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子体技术的应用领域，特别涉及一种大功率多元弧(金属及气体)等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置。
背景技术
低温等离子体技术被广泛地运用于半导体、微电子、光学、医学、材料表面处理等工业领域，尤其在薄膜材料制备和材料表面改性方面使用非常广泛。多种镀膜技术(包括磁控溅射镀膜)虽然可以得到高质量均匀的膜层，但由于膜和基体有明显的界面，膜基结合不够牢固，膜层易于脱落。离子注入技术的发展为解决这一问题找到了一个新的途径，即把离子注入技术引入传统的镀膜技术，发展为离子束增强沉积技术。高能的离子被注入到基体的近表面并和晶格粒子相互作用，在膜与基体之间形成过渡混合区，从而大大提高了膜基结合力。但由于离子束的直射性，很难处理形状复杂的工件，而且这种方法沉积速率很低，得到的膜层很薄，进一步限制了它的实际应用。上世纪八十年代发展起来的等离子体浸没离子注入与沉积技术(PIIID)克服了传统离子注入的直线性限制。在PIIID过程中，将待处理工件放置在等离子体内，并在工件上加负偏压，工件周围形成正离子鞘层，离子在鞘层电位作用下，从各个方向垂直地到达工件表面，从而达到处理形状复杂工件的目的。其中应用最广泛的是利用真空阴极弧金属等离子体源来产生等离子体，通过对工件所加负偏压的控制，完成全方位的注入与沉积。此类型装置的特点是只包含金属离子源，能够实现金属离子注入或金属薄膜沉积。在需要获得化合物膜和梯度结构膜时，通常的做法是向真空室中直接通入某些反应气体，通过所产生的金属离子与气体原子的碰撞来实现气体的离化，离化率低，反应效率不高，沉积速率低，难于形成理想化学配比的、大面积、均匀、高质量的薄膜。所以单一的金属离子源装置或单一的气体离子源装置都不能满足实际需要。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，实现在同一装置中引入多元弧等离子体，使其具备同时产生金属离子和气体离子的能力，弧源电流大，离化率高，反应效率高，沉积速率高，从而能够获得理想化学配比的、一定厚度的、高膜基结合强度的、均匀的、颗粒细小的大面积改性层，使工件(包括难于处理的复杂形状工件)表面得到快速高效的强化处理。
为实现上述目的，本实用新型一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置包括：真空室、大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源，大功率真空阴极弧等离子体源和热灯丝离子源分别安装于所述真空室的第一、二端口处，大功率空心阴极弧等离子体源设置在所述真空室的第三端口处，所述真空室底部还安装有可调转速的旋转样品台。
进一步地，所述大功率真空阴极弧等离子体源包括：阴极、第一触发和第一磁场线圈，所述阴极和第一触发设置在所述第一端口内，所述第一磁场线圈设置在该第一端口的周围。
进一步地，所述热灯丝离子源包括：钨丝、接线柱、第二磁场线圈和第一进气阀，钨丝通过接线柱设置在所述第二端口内，第二磁场线圈设置在该第二端口的周围，第一进气阀设置在该第二端口上。
进一步地，所述大功率空心阴极弧等离子体源包括：空心阴极、第二触发、第三磁场线圈和第二进气阀，所述空心阴极和第二触发设置在所述第三端口内，所述第二进气阀设置在所述空心阴极的入口端，所述第三磁场线圈设置在该第三端口的周围。
进一步地，所述空心阴极材料为铜或石墨或其他导电材料。
进一步地，所述旋转样品台包括基片架和样品台，该基片架通过行星齿轮组圆周均布于样品台上，步进电机、交流调速电机通过传动轴分别安装在样品台绝缘轴套上，由外电路给样品台和基片架提供可控直流或脉冲负偏压。
进一步地，所述大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源分别至少设置一个以上。
进一步地，所述大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源的种类和位置可以任意组合。
本实用新型的优点在于：(1)装置拥有三个等离子体源，实现在同一装置中引入多元弧等离子体，使得金属、气体离子同存，提高反应效率，能获得理想化学配比；(2)等离子体源支持大电流，从而提高等离子体产生率；(3)真空室尺度大、样品台能转动，使工件能够得到大面积均匀处理；(4)为工件提供直流或脉冲负偏压，可以提高膜基结合力、提高成膜质量和效率；(5)根据装置的特点，可以高效、均匀处理形状不规则工件。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图2是旋转样品台的结构示意图。
附图标识
A、大功率真空阴极弧(金属)等离子体源
A1、阴极 A2、第一触发 A3、第一磁场线圈
B、热灯丝(气体)离子源
B1、钨丝 B2、接线柱 B3、第二磁场线圈 B4、第一进气阀
C、大功率空心阴极弧(气体)等离子体源
C1、空心阴极 C2、第二触发 C3、第三磁场线圈 C4、第二进气阀
D、旋转样品台
D1、样品台(公转) D2、基片架(自转)
D3、行星齿轮 D4、电机 D5、传动轴 D6、绝缘套
D7、外电路 D8、水冷进出口
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括：真空室1、大功率真空阴极弧等离子体源A、大功率空心阴极弧等离子体源C和热灯丝离子源B，大功率真空阴极弧等离子体源A和热灯丝离子源B分别安装于真空室1的第一、二端口2、4处，大功率空心阴极弧等离子体源C设置在真空室1的第三端口3处，真空室1底部还安装有可调转速的旋转样品台D；其中，
大功率真空阴极弧等离子体源A包括：阴极A1、第一触发A2和第一磁场线圈A3，阴极A1和第一触发A2设置在第一端口2内，第一磁场线圈A3设置在该第一端口2的周围，阴极A1的材料可以为金属或合金，能产生金属等离子体；
热灯丝离子源B包括：钨丝B1、接线柱B2、第二磁场线圈B3和第一进气阀B4，钨丝B1通过接线柱B2设置在第二端口4内，第二磁场线圈B3设置在该第二端口4的周围，第一进气阀B4设置在该第二端口4上，热灯丝离子源B通过钨丝B1加热、电磁场作用产生气体等离子体；
大功率空心阴极弧等离子体源C包括：空心阴极C1、第二触发C2、第三磁场线圈C3和第二进气阀C4，空心阴极C1和第二触发C2设置在第三端口3内，第二进气阀C4设置在空心阴极C1的入口端，第三磁场线圈C3设置在该第三端口3的周围，空心阴极C1的材料为铜，也可以选择石墨或其他导电材料，能够产生气体等离子体(包括氧等离子体在内)；
上述三个等离子体源能够同时工作，可以在真空室中形成金属离子和气体离子共存的气氛；
旋转样品台D包括基片架D2和样品台D1，该基片架D2通过行星齿轮组D3圆周均布于样品台D1上，步进电机、交流调速电机D4通过传动轴D5分别安装在样品台的绝缘轴套D6上，由外电路D7给样品台和基片架提供可控直流或脉冲负偏压。充分离化的金属离子和气体离子易于反应并在负偏压的作用下到达样品表面各处，从而能够获得理想化学配比的、一定厚度的、高膜基结合强度的、均匀的、颗粒细小的大面积改性层，使工件(包括难于处理的复杂形状工件)表面得到快速高效的强化处理。
工作过程中真空室1和三个等离子体源均水冷。
另外，上述的大功率真空阴极弧(金属)等离子体源A、大功率空心阴极弧(气体)等离子体源C、热灯丝(气体)离子源B的种类和位置可以任意组合使用，当需要处理大件的时候，也可以在真空室1上设置多个大功率真空阴极弧等离子体源A、大功率空心阴极弧等离子体源C和热灯丝离子源B，以满足工艺条件的需要。
Claims (8)
1、一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，包括：真空室、大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源，大功率真空阴极弧等离子体源和热灯丝离子源分别安装于所述真空室的第一、二端口处，大功率空心阴极弧等离子体源设置在所述真空室的第三端口处，所述真空室底部还安装有可调转速的旋转样品台。
2、根据权利要求1所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述大功率真空阴极弧等离子体源包括：阴极、第一触发和第一磁场线圈，所述阴极和第一触发设置在所述第一端口内，所述第一磁场线圈设置在该第一端口的周围。
3、根据权利要求1所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述热灯丝离子源包括：钨丝、接线柱、第二磁场线圈和第一进气阀，钨丝通过接线柱设置在所述第二端口内，第二磁场线圈设置在该第二端口的周围，第一进气阀设置在该第二端口上。
4、根据权利要求1所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述大功率空心阴极弧等离子体源包括：空心阴极、第二触发、第三磁场线圈和第二进气阀，所述空心阴极和第二触发设置在所述第三端口内，所述第二进气阀设置在所述空心阴极的入口端，所述第三磁场线圈设置在该第三端口的周围。
5、根据权利要求4所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述空心阴极材料为铜或石墨或其他导电材料。
6、根据权利要求1至5任一所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述旋转样品台包括基片架和样品台，该基片架通过行星齿轮组圆周均布于样品台上，步进电机、交流调速电机通过传动轴分别安装在样品台绝缘轴套上，由外电路给样品台和基片架提供可控直流或脉冲负偏压。
7、根据权利要求6所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源分别至少设置一个以上。
8、根据权利要求7所述的一种多元弧等离子体全方位离子注入与沉积的表面处理装置，其特征在于，所述大功率真空阴极弧等离子体源、大功率空心阴极弧等离子体源和热灯丝离子源的种类和位置可以任意组合。
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