UA69453C2 - Плазмохімічний реактор - Google Patents

Abstract

Плазмохімічний реактор складається з трубки подавання робочого газу (1), анода з водяним охолодженням (2) та робочою речовиною (3), термоемісійного катода (4), вміщених у соленоїд (5), допоміжного електрода (6), підкладкотримача (7) та блоків електроживлення (8 - 11). Трубка подавання робочого газу (1) реактора розташована в отворі на осі анода (2), а катод виконаний у вигляді плоскої двозахідної спіралі (4), розташованої над поверхнею всієї робочої речовини (3). Плазмохімічний реактор може мати трубку подавання газу, виконану у вигляді сопла, кут розхилу якого охоплює підкладку. Винахід забезпечує збільшення швидкості та рівномірності синтезу сполук робочої речовини (3) з робочим газом, підвищує ступінь використання робочого газу та збільшує швидкість нанесення покриття.

Description

Опис винаходу

Заявка належить до пристроїв нанесення тонких плівок та покриття, (С2Зс 14/00) серед яких найбільшого 2 застосування набули вакуумно-плазмові пристрої, а саме: плоский магнетрон та вакуумно-дугові випарні пристрої.

Перші мають такі основні недоліки: 1) присутність баластного інертного газу (аргону) у матеріалі покриття; 2) низький коефіцієнт іонізації плазми робочої речовини (близько процента); 3) недостатню енергію частинок, які утворюють покриття, що обумовлює зниження його якості, а саме: адгезію, густину, провідність тощо.

Другим властиві свої недоліки, а саме: 1) присутність крапель робочої речовини в покритті; 2) обмеженість вибору робочих речовин провідниками та низькоомними напівпровідниками. 12 Недоліки вакуумно-дугового випаровування обумовлені контрагованістю (неоднорідністю, локальністю) випаровування з катодної плями. Тому зараз інтенсивно розвиваються пристрої з однорідним випаровуванням електрода у вакуумі, серед яких досить поширеними є пристрої з випаровуванням анода. Прототипом даного винаходу є плазмохімічний реактор з охолодженням анода |1)Ї. Він складається з джерела робочого газу у вигляді кільця з отворами, які охоплюють потік плазми робочої речовини, тигля-анода з водяним охолодженням та робочою речовиною, термоемісійного кільцевого плоского катода, які вміщені в соленоїд. Крім того, реактор має джерела живлення (розжарення катода, підтримання розряду, зміщення потенціалу підкладки) та підкладкотримач для закріплення деталей, що обробляються.

Указана конструкція плазмохімічного реактора обумовлює його недоліки: 1) робочий газ використовується неефективно, тільки незначна його частина йде на утворення покриття, а с 29 решта - відкачується насосами; Ге) 2) кільцевий катод нерівномірно випаровує робочу речовину, завантажену в тигель-анод, що зменшує можливу швидкість нанесення покриття.

Застосування катода у вигляді циліндричної спіралі не ліквідувало цей недолік |21.

Для ліквідування відмічених недоліків прототипу, ми пропонуємо катод виконувати у вигляді плоскої о двозахідної спіралі, діаметр якої близький до розмірів робочої поверхні анода, тобто розташований над ю поверхнею всієї робочої речовини. Крім того, джерело хімічно активного робочого газу у вигляді трубки чи сопла розташовується в отворі на осі анода, щоб робоча речовина симетрично омивала підкладкотримач і М переважно йшла на синтез покриття. Ф

Розроблений таким чином плазмохімічний реактор показаний на фіг.1 і працює так. Подається робочий газ 3о через сопло 1. Кут розхилу сопла однорідно (розсереджено на робочій ділянці електрода випарювання) ее, спрямовує потік робочого газу на підкладкотримач, а не по всьому об'єму технологічної вакуумної камери.

Тигель-анод (2) із водяним охолодженням завантажується робочою речовиною (3), яка випаровується за допомогою термоемісійного катода (4). Коли тиск пари робочої речовини над поверхнею випаровування досягає « величини Р-102Па, між робочою речовиною (3) і катодом запалюється несамостійний дуговий розряд, в якому -о 70 іонізуються робоча речовина та робочий газ. Іонізація може підсилюватись магнітним полем соленоїда (5) та с електричним полем допоміжного електрода (6). Плазма пари та газу конденсується на підкладці, яка закріплена :з» на підкладкотримачі (7). На підкладці відбувається синтез сполук робочих речовин та газів. Активізується процес синтезу електричним потенціалом зміщення підкладки, що подається від джерела живлення (8). Ступінь іонізації плазми регулюється струмом додаткового електрода від джерела живлення (9), а також струмом б» 395 розжарення катода від джерела (10) та пов'язаним із ним розрядним струмом джерела (11). Напрямок подавання води для охолодження тигля-анода вказаний стрілками. Щоб нагрівання і випаровування робочої речовини (се) відбувалось рівномірно і з максимальною величиною, катод виконується у вигляді плоскої двозаходної спіралі, їз як показано на фіг.2, її діаметр близький до діаметру робочої речовини, а не у вигляді плоского кільця, що збільшує розміри поверхні і температуру випаровування, а отже, і швидкість синтезу сполук при достатній (9) 50 кількості робочого газу на поверхні підкладки. Трубку подавання робочого газу найкраще виконувати у вигляді со сопла з кутом розхилення стінок таким, щоб потік робочого газу зупинявся підкладкою. Це суттєво економить його витрати в порівнянні з кільцевим подаванням. Якщо сопло розташувати за межами осі реактора, то збільшується радіальна неоднорідність синтезу покриття (1,21.

Література 59 1. Саенко В.А. и др. Плазмохимические реакторьі синтеза материалов // Проблемь! специальной

ГФ) злектрометаллургии - 1998. - Мо3. - с.29-34. 7 2. Саенко В.А. и др. Термоионньй синтез материалов // Проблемь! специальной злектрометаллургиий - 1999. -

Мо3. - с.34-37. 60 б5

ПлазмокіМТЯних реактор 7 8 р - ж е

О оце 720 в (З

С пен я Ин ни МН інше - ни Ж -

С стер шк -і. сч й о ДИ ню 7 (6) вм пос и в нев

Ф І т Фо со й І - ю

СОЮ о - / - (Се) і - шт п « з о о 4 7 де н с . Физою я и?

Claims (2)

1. Формула винаходу ре) 1. Плазмохімічний реактор, що складається з трубки подавання робочого газу (1), анода з водяним їз охолодженням (2) та робочою речовиною (3), термоемісійного катода (4), вміщених у соленоїд (5), допоміжного 5р епектрода (6), підкладкотримача (7) та блоків електроживлення (8 - 11), який відрізняється тим, що трубка 1 подавання робочого газу (1) розташована в отворі на осі анода (2), а катод виконаний у вигляді плоскої с» двозахідної спіралі (4), розташованої над поверхнею всієї робочої речовини (3).
2. 2. Плазмохімічний реактор за п. 1, який відрізняється тим, що трубка подавання газу виконана у вигляді сопла, кут розхилу якого охоплює підкладку.

   сш. , , , ш. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних (Ф) мікросхем", 2004, М 9, 15.09.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і ГІ науки України. 60 б5