PL182527B1

PL182527B1 - Arc discharge initiating system

Info

Publication number: PL182527B1
Application number: PL97320272A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Miernik
Original assignee: Inst Tech Eksploatacji
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2002-01-31
Also published as: PL320272A1

Abstract

Układ zapalający wyładowanie łukowe w próżni składający się z ruchomej elektrody zwierającej umieszczonej w zbiorniku próżniowym, wewnątrz którego znajduje się odparowywana katoda urządzenia łukowego podłączona do ujemnego bieguna zasilacza wysokoprądowego, znamienny tym, że ruchoma elektroda zapalająca (4), która uderza w trakcie inicjacji łuku w katodę (2) podłączona jest do ujemnego bieguna zasilacza układu zapalającego (5), zaś dodatni biegun zasilacza układu zapalającego (5)jest podłączony do odparowywanej katody (2).Arc ignition system in a vacuum consisting of a moving electrode the jumper in the tank inside which it is located the evaporating cathode of the arc device is evaporating connected to the negative pole high-current power supply, characteristic the fact that the movable ignition electrode (4), which strikes the cathode during arc initiation (2) is connected to the negative pole the ignition system power supply (5), and positive pole of the ignition system power supply (5) is connected to the vaporized cathode (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zapalający wyładowanie łukowe w próżni stosowany zwłaszcza do inicjacji wyładowania w łukow-ych urządzeniach wykorzystywanych do próżniowego osadzania cienkich warstw.The present invention relates to a vacuum arc ignition system used in particular to initiate a discharge in arc devices used for vacuum deposition of thin films.

Znane są z artykułu Z. Celińskiego, W. Kuzniecowan, A. Pieskowa, „Próżniowe źródła łukowe do wytwarzania cienkich warstw” Elektronika, nr. 1 1993, str. 3. różne sposoby zapalania łuku w urządzeniu łukowo-próżniow^!ym, stosowanym do osadzania warstw. Inicjacji łuku dokonać można poprzez:They are known from the article by Z. Celiński, W. Kuzniecowan, A. Pieskow, "Vacuum arc sources for the production of thin films" Elektronika, no. 1 1993, p. 3. different ways to ignite the arc in an arc-vacuum device ^! [mu] m used for layer deposition. The arc can be initiated by:

1) rozwarcie kontaktu z prądem między wstępnie zwartymi elektrodami,1) opening the contact with the current between the pre-shorted electrodes,

2) wysokonapięciowe przebicie przestrzeni międzyelektrodowej,2) high-voltage breakdown of the inter-electrode space,

3) przebicie przestrzeni międzyelektrodowej pomiędzy katodą a podtrzymującą elektrodą pomocniczą3) breakdown of the inter-electrode space between the cathode and the supporting auxiliary electrode

4) wstrzelenie w przestrzeń międzyelektrodową plazmy z pomocniczego impulsowego źródła,4) throwing plasma from an auxiliary pulse source into the inter-electrode space,

5) rozerwanie (eksplozję) cienkowarstwowego przewodnika łączącego elektrody,5) rupture (explosion) of the thin-film conductor connecting the electrodes,

6) wyzwolenie w przestrzeni międzyelektrodowej wyładowania jarzeniowego,6) release of a glow discharge in the inter-electrode space,

7) impulsowe wpuszczenie gazu w przestrzeń międzyelektrodową7) impulse injection of gas into the inter-electrode space

8) generacja plazmy wiązką laserową.8) generation of plasma with a laser beam.

W przemysłowych urządzeniach łukowych najczęściej stosuje się pierwszy z wymienionych, który polega na chwilowym dotknięciu powierzchni odparowywanej katody przez dodatkową elektrodę zapalającą, wykonaną najczęściej z wolframu lub molibdenu i znajdującą się pod potencjałem anody oraz podtrzymaniu łuku przy oddalaniu się tejże elektrody od katody. Zaletą rozwiązania jest prostota i niezawodność układu. Do wad należy zaliczyć tworzenie się głębokiego krateru w powierzchni katody w miejscu uderzania elektrody zapalającej, w wyniku powstawania w tym miejscu intensywnego strumienia jonowego. To ostatnie powoduje nierównomierną erozję katody i znacznie skraca jej czas eksploatacji.In industrial arc devices, the first of these is most often used, which consists in momentarily touching the surface of the evaporated cathode by an additional ignition electrode, most often made of tungsten or molybdenum and located under the anode potential, and supporting the arc when the electrode moves away from the cathode. The advantage of the solution is the simplicity and reliability of the system. The disadvantages include the formation of a deep crater in the cathode surface at the point of impact of the ignition electrode, as a result of the formation of an intense ionic flux at this point. The latter causes uneven erosion of the cathode and significantly shortens its lifetime.

Układ zapalający wyładowanie łukowe według wynalazku charakteryzuje się tym, że ruchoma elektroda zapalająca, która uderza w trakcie inicjacji łuku w katodę podłączona jest do ujemnego bieguna zasilacza układu zapalającego, zaś dodatni biegun zasilacza układu zapalającego jest podłączony do odparowywanej katody.The arc ignition system according to the invention is characterized in that the movable ignition electrode which strikes the cathode during arc initiation is connected to the negative pole of the ignition system power supply, and the positive pole of the ignition system power supply is connected to the evaporated cathode.

Zaletą wynalazku jest zwiększenie czasu eksploatacji katody, ponieważ w wyniku zmiany polaryzacji proces erozji został przeniesiony na znacznie tańszą i łatwą do wymiany elektrodę zapalającą.The advantage of the invention is the increase in the lifetime of the cathode, since the erosion process has been transferred to a much cheaper and easily replaceable ignition electrode due to the change of polarity.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat urządzenia łukowego wraz z układami zasilania źródła łukowego i zasilania układu zapalającego wyładowanie ługowe.The subject of the invention is shown in the embodiment on the drawing showing the diagram of the arc device together with the arc source supply systems and the leach discharge igniting system.

Przedstawione na rysunku urządzenie składa się z uziemionego zbiornika próżniowego 1, wewnątrz którego umieszczona jest odparowywana katoda 2, podłączona poprzez izolowanyThe device shown in the figure consists of an earthed vacuum vessel 1, inside which is placed the evaporated cathode 2, connected via an insulated

182 527 przepust z ujemnym biegunem zasilacza źródła łukowego 3. Obok katody 2 znajduje się ruchoma elektroda zapalająca 4, która uderza w katodę 2 przez co powoduje zainicjowanie łuku próżniowego między katodą 2 i zbiornikiem próżniowym 1 występującym w charakterze anody urządzenia. Elektroda zapalająca 4 podłączona jest do ujemnego bieguna zasilacza układu zapalającego 5, którego dodatni biegun jest podłączony do odparowywanej katody 2.A bushing with the negative pole of the arc source 3 feeder. Next to the cathode 2 there is a movable ignition electrode 4 which hits the cathode 2, thus initiating a vacuum arc between the cathode 2 and the vacuum vessel 1 acting as the anode of the device. The ignition electrode 4 is connected to the negative pole of the ignition system 5 power supply, the positive pole of which is connected to the evaporating cathode 2.

Układ zapalający wyładowanie łukowe w próżni usytuowany jest w pobliżu katody urządzenia łukowego i wchodzi razem z układem chłodzenia wodnego oraz przepustu próżniowego w skład zespołu katody. Zespół ten umieszczany jest w zbiorniku próżniowym, w którym w trakcie procesu rozpylania utrzymywane jest ciśnienie ok. 0,1 Pa. Pomiędzy anodę i katodę urządzenia załącza się napięcie stałe o wartości około 70 V z zasilacza wysokoprądowego, w charakterze którego stosowany jest zazwyczaj agregat spawalniczy o stromej charakterystyce prądowo-napięciowej. Na wolframową elektrodę zapalającą, będącą elementem wykonawczym układu zapalania wyładowania łukowego podawane jest ujemne, w stosunku do katody, napięcie o wartości około 100 V. W celu zainicjowania wyładowania łukowego elektroda zapalająca przyciągana jest w stronę odparowywanej powierzchni katody, aż do jej dotknięcia, a następnie odsuwana. Ruch posuwisto-zwrotny tej elektrodzie nadaje zwykle układ elektromagnetyczny lub też układ pneumatyczny. Uderzenie elektrody zapalającej o powierzchnię katody powoduje powstanie iskry elektrycznej między katodą i elektrodą zapalającą, które następnie przechodzi w wyładowanie łukowe między katodą i uziemioną komorą próżniową. W celu zapobieżenia powstawania łuku pomiędzy komorą a elektrodą zapalającą ta ostatnia jest zasilana z zasilacza o dużej oporności wewnętrznej, wyłączającego się w chwili powstania wyładowania łukowego między katodą i komorą próżniowąThe vacuum arc ignition system is located near the cathode of the arc device and forms part of the cathode assembly with the water cooling system and the vacuum passage. This unit is placed in a vacuum tank, in which a pressure of approx. 0.1 Pa is maintained during the spraying process. Between the anode and the cathode of the device, a DC voltage of about 70 V is connected from a high-current power supply, for which a welding unit with a steep current-voltage characteristic is usually used. A negative voltage of about 100 V is applied to the tungsten igniting electrode, which is the executive element of the arc ignition system, in relation to the cathode. moved away. The reciprocating movement of this electrode is usually caused by an electromagnetic system or a pneumatic system. The impact of the ignition electrode on the cathode surface creates an electric spark between the cathode and the ignition electrode, which then turns into an arc discharge between the cathode and the grounded vacuum chamber. In order to prevent the formation of an arc between the chamber and the igniting electrode, the latter is supplied from a power supply with high internal resistance, which turns off when an arc discharge occurs between the cathode and the vacuum chamber

182 527182 527

UKŁADSYSTEM

ELEKTROMAGNETYCZNYELECTROMAGNETIC

tWYŁĄCZNIK ¹1t SWITCH ¹ 1

ZASILACZPOWER SUPPLY

UKŁADULAYOUT

ZAPALAJĄCEGOIncendiary

ZASILACZPOWER SUPPLY

UKŁADULAYOUT

ŹRÓDŁASOURCES

ŁUKOWEGOARC

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claim

A vacuum arc ignition system consisting of a movable shorting electrode placed in a vacuum tank, inside which there is an evaporated cathode of the arc device connected to the negative pole of the high-current power supply, characterized in that the cathode (2) is connected to the negative pole of the ignition system power supply (5), and the positive pole of the ignition system power supply (5) is connected to the evaporated cathode (2).