專利名稱：一種等離子體源及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體增強技術(shù)及其設(shè)備及其應(yīng)用，特別是用 于低壓氣相沉積的等離子體源技術(shù)和設(shè)備及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在氣相沉積(包括物理氣相沉積-PVD和化學(xué)氣相沉積-CVD ) 過程中，特別是低壓氣相反應(yīng)合成化合物薄膜過程，尤其單質(zhì)材料 濺射和蒸鍍合成化合物薄膜過程中，往往受到離化率不足的制約， 造成沉積速率低和膜層結(jié)合力弱等不足。
為了解決上述問題，發(fā)展了多種離子源技術(shù)和設(shè)備，其中大多數(shù) 設(shè)備存在比較復(fù)雜和笨重、成本較高等問題。例如，著名的Balzers 大功率工業(yè)熱弧離子源(US6, 740,393 Bl),在刀具鍍膜方面取得了 成功的應(yīng)用；然而，其赫姆霍茲線圏的結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，所產(chǎn)生的強 大磁場在鍍膜室內(nèi)外的非工作區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電磁千擾，帶來一 系列難以 徹底解決的嚴重問題;MEVVA源設(shè)備龐大和設(shè)備成本高，限制了其在 工業(yè)鍍膜中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輕便的等離
子體源。
本發(fā)明的等離子體源包括螺旋管、陰極、陽極及電源，在陰極 與陽極的電源通路中設(shè)置螺旋管，螺旋管為空心導(dǎo)體管制成，該中 空導(dǎo)體螺旋管的內(nèi)部通水冷卻，其外表面被絕緣。在陽極、螺旋管
和陰級之間設(shè)置直流電源。利用陰極與陽極之間的放電電流在流經(jīng) 圍繞在其放電通道周圍的螺旋管時產(chǎn)生空間電磁場，約束帶電粒子 和增強粒子的離化，構(gòu)成一種新型等離子源。
所述的陽極、螺旋管與陰極之間設(shè)置的直流電源可以采取以下
連接方式(1 )直流電源正極與螺旋管的一端相連通，螺旋管的另 一端連通陽極，直流電源負極與陰極相連通；(2)螺旋管與陽極之 間設(shè)置直流電源，直流電源正極與陽極相連通，直流電源負極與螺 旋管相連通，螺旋管的另一端連通陰極；(3)螺旋管的任一段的兩 端上分別連通直流電源的正極和負極，直流電源正極靠近陽極，直 流電源負極靠近陰極。在上述三種模式中，除了用直流電源在陰極 與陽極之間的主放電電流驅(qū)動螺旋管之外，還可以在螺旋管的兩端 再加入一個輔助調(diào)節(jié)直流電源，螺旋管靠近陽極一端與輔助調(diào)節(jié)直 流電源正極連通，螺旋管另 一端與輔助調(diào)節(jié)直流電源的負極連通， 對螺旋管所產(chǎn)生的電磁場進一步進行調(diào)控。
螺旋管中空輕便而且可以根據(jù)需要靈活多變螺旋管可以為直 管，也可以彎曲(即螺旋管的軸線可以為直線或為曲線)；螺旋管的 螺距可均勻分布，還可以根據(jù)需要疏密靈活分布；可以根據(jù)需要制 成均勻截面或變截面(變直徑)的螺旋管等。
螺旋管'自身所產(chǎn)生的電磁場在螺旋管內(nèi)部及其近區(qū)具有較高強 度，將電子和/或離子加速，快速增殖至很高的等離子體密度，通過 外加電磁場控制螺旋管等離子體源所產(chǎn)生的離子和/或電子的時空 分布來滿足多種需要，特別用于低壓氣相沉積。
本發(fā)明等離子體源具體可以在以下具體過程中應(yīng)用(1)在蒸 發(fā)方式中應(yīng)用；(2)在離子清洗中應(yīng)用；(3)在物理氣相沉積中作 為離化源輔助增強沉積應(yīng)用；(4)在化學(xué)氣相沉積中作為離化源的 增強沉積應(yīng)'用；(5)復(fù)合應(yīng)用，即在低壓氣相沉積中，預(yù)先獨立 工作進行離子清洗，在物理氣相沉積中作為蒸發(fā)源和/或輔助增強沉 積，在化學(xué)氣相沉積中作為離化源增強沉積。
當任一螺旋管離子源的陽極連接一個導(dǎo)體蚶鍋時，可工作于蒸 發(fā)方式?？深A(yù)先獨立工作進行離子清洗，也可以與坩鍋組合作為電 弧蒸發(fā)源，在化學(xué)氣相沉積中作為離化源的增強沉積(PECVD)應(yīng)用 等，在被鍍膜工件所需要的空間保持高的離化率。
本發(fā)明等離子源可以復(fù)合應(yīng)用，即在低壓氣相沉積中，預(yù)先 獨立工作進行離子清洗，在物理氣相沉積中作為蒸發(fā)源和/或輔助增 強沉積，在化學(xué)氣相沉積中作為離化源增強沉積；還可以根據(jù)需要 靈活多變地滿足多種工業(yè)鍍膜需要。
將任一只或多只螺旋管離子源引入低壓氣相沉積的鍍膜室，可 以作為離化源，也可與坩鍋組合成電弧蒸發(fā)源；螺旋管離子源還可 預(yù)先獨立工作進行離子清洗，和與磁控賊射耙和/或蒸發(fā)源同時工作 作為PEPVD'或者PECVD的離子化源，從而大幅度地提高離化率通過f茲控';賤射革巴群體形成的電^t場和/或外加偏壓電場，約束和加速帶 電粒子，提高它們的能量和不斷增殖新的帶電粒子，從而在被鍍膜 工件所需要的空間保持高的離化率。
本發(fā)明等離子體源在工作時，放電電流在流經(jīng)圍繞在其放電通 道周圍的螺旋管時產(chǎn)生電磁場，從而對放電過程中的各帶電粒子的 運動進行約束，大幅度地增強離化。本發(fā)明螺旋管離子源可以做成 大功率工業(yè)電弧等離子體源，也可制成小型試驗電弧等離子體源， 還可實現(xiàn)微型電弧等離子體源。
本發(fā)明的效果非常明顯，通過實驗證明，按照本發(fā)明的螺旋管 等離子體源.，具有單端連接電源、大幅度自強化等離子體、等離子 體純凈、電極中空輕便、螺旋管可直可彎、直徑和長度的調(diào)節(jié)范圍
大和布局靈活等突出的特點，明顯超越傳統(tǒng)的離子源；將本發(fā)明的 螺旋管等離子體源用于PEPVD和PECVD等，大幅度地提高了離化率， 合成出長期以來由于離化率的限制很難合成的純合金和純化合物膜 層，這是傳統(tǒng)離子源和反應(yīng)沉積技術(shù)所難于達到的。


圖1螺旋管離子源主體結(jié)構(gòu)示意圖2至5螺旋管離子源中螺旋管與電源的4種具體連接模式。 圖中1-低壓容器(鍍膜倉)；2-螺旋管；3-直流電源；4-
等離子體源的陽極電極；5-等離子體源的陰極電極；6-輔助控制
電源；7-燈絲電源。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖1 - 5所示的實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
本發(fā)明提出 一種電磁場約束放電的新型等離子體源技術(shù)及其設(shè) 備。如圖1所示，在一個低壓容器(鍍膜倉)1中， 一種螺旋管2是 用空心導(dǎo)體管制成的，該中空導(dǎo)體螺旋管的內(nèi)部通水冷卻，在其表 面制成致密的絕緣層；將螺旋管2的一端接通直流電源3的正極， 螺旋管2另一端接通陽極電極4，利用等離子體源的陽極4與陰極5 之間的放電電流在流經(jīng)圍繞在其放電通道周圍的螺旋管2時產(chǎn)生電 磁場，從而對放電過程中的各帶電粒子的運動進行約束，大幅度地 增強離化，甚至形成限域的電弧，成為一種新的等離子體源/離子源。
離子源,中螺旋管2與電源3的連接;漠式該螺旋管2可連通于 陽極4和直流電源3的正極之間(如圖2 ),也可連通于陰極5和直 流電源3的負極之間(如圖3),還可以在一段螺旋管的兩端上分別 連通直流電源3的正極和負極(如圖4);在上述三種模式中，除了 用直流電源的陰極5與陽極4之間的主放電電流驅(qū)動螺旋管之外， 還可以在螺旋管2的兩端加入一個輔助調(diào)節(jié)電源6 (如圖5),對螺 旋管2所產(chǎn)生的電磁場進一步進行調(diào)節(jié)，以滿足不同需求。
螺旋管,中空輕便，而且靈活多變螺旋管可直可彎，螺距可均 勻分布還可以根據(jù)需要疏密靈活分布，也可以根據(jù)需要制成變截面 (變直徑)的螺旋管。
通電螺旋管自身所產(chǎn)生的電磁場在螺旋管內(nèi)部及其近區(qū)具有較
高強度，將電子和/或離子加速，甚至引發(fā)電弧放電，快速增殖至較 高的等離子體密度。通過外加電磁場控制螺旋管等離子體源所產(chǎn)生 的離子和/或電子的時空分布來滿足多種需要，特別用子低壓氣相沉 積。如圖5所示，將一只或多只這種螺旋管離子源2引入低壓氣相
沉積室1，可以作為PECVD的離化源，也可與坩鍋組合構(gòu)成電弧蒸發(fā) 源；螺旋管離子源還可預(yù)先獨立工作進行離子清洗，和與磁控'減射 靶和/或蒸發(fā)源同時工作作為PEPVD的離化源，從而大幅度地提高離 化率通過磁控賊射乾群體形成的電i茲場和或外加偏壓電場，約束 和加速帶電粒子，提高它們的能量和不斷增殖新的帶電粒子，從而 在被鍍膜工件所需要的空間保持高的離化率。當螺旋管離子源的陽 極連接一個導(dǎo)體坩鍋時，可工作于蒸發(fā)方式。
本發(fā)明的效果非常明顯，通過實驗證明，按照本發(fā)明的螺旋管 等離子體源，具有單端連接電源、大幅度自強化等離子體、等離子 體純凈、電極中空輕便、螺旋管可直可彎、直徑和長度的調(diào)節(jié)范圍 大和布局靈活等突出的特點；這種螺旋管離子源可以做成大功率工 業(yè)電弧等離子體源，也可制成小型試驗電弧等離子體源，還可實現(xiàn) 微型電弧等離子體源；將本發(fā)明的螺旋管等離子體源用于PEPVD和 PECVD等，大幅度地提高了離化率，合成出長期以來由于離化率的限 制很難合成的純合金和純化合物膜層，這是傳統(tǒng)離子源和反應(yīng)沉積 技術(shù)所難于達到的。
權(quán)利要求
1、一種等離子源，包括螺旋管、陰極與陽極，其特征在于在陰極與陽極的電源通路中設(shè)置螺旋管，螺旋管為空心導(dǎo)體管制成，該中空導(dǎo)體螺旋管的內(nèi)部通水冷卻，其外表面被絕緣；在陽極、螺旋管和陰級之間設(shè)置直流電源，利用陰極與陽極之間的放電電流在流經(jīng)圍繞在其放電通道周圍的螺旋管時產(chǎn)生空間電磁場，約束帶電粒子和增強粒子的離化，構(gòu)成一種新型等離子源。
2、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的陽極、 螺旋管與陰極之間設(shè)置的直流電源的連接方式為直流電源正極與螺旋 管的一端相連通，螺旋管的另一端連通陽極，直流電源負極與陰極相連 通。
3、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的螺旋管 與直流電源的連接方式為螺旋管與陽極之間設(shè)置直流電源，直流電源 正極與陽極相連通，直流電源負極與螺旋管相連通，螺旋管的另一端連 通陰極。
4、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的陽極、 螺旋管與陰極之間設(shè)置的直流電源的連接方式為螺旋管的任一段的兩 端上分別連通直流電源的正極和負極，直流電源正才及靠近陽極，直流電 源負極靠近'陰極。
5、按照權(quán)利要求2、 3或4所述的等離子源，其特征在于在螺旋 管的兩端連通一個輔助調(diào)節(jié)直流電源，螺旋管靠近陽極一端與輔助調(diào)節(jié)直流電源正極連通，螺旋管另一端與輔助調(diào)節(jié)直流電源的負極連通，對 螺旋管所產(chǎn)生的電磁場進一步進行調(diào)控。
6、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的螺旋管 軸線為直線或為曲線。
7、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的螺旋管 螺距為均勻分布或根據(jù)需要疏密靈活分布。
8、 按照權(quán)利要求1所述的等離子源，其特征在于所述的螺旋管 截面為均勻截面或變截面。
9、 權(quán)利要求1至8任一等離子源在蒸發(fā)方式中的應(yīng)用。
10、 權(quán)利要求1至8任一等離子源在離子清洗中的應(yīng)用。
11、 權(quán)利要求1至8任一等離子源在物理氣相沉積中作為離化源的 輔助增強沉積的應(yīng)用。
12、 權(quán)利要求1至8任一等離子源在化學(xué)氣相沉積中作為離化源的 增強沉積的應(yīng)用。
13、 權(quán)利要求1至8任一等離子源的復(fù)合應(yīng)用，在低壓氣相沉積中， 預(yù)先獨立工作進行離子清洗，在物理氣相沉積中作為蒸發(fā)源和/或輔助 增強沉積，在化學(xué)氣相沉積中作為離化源增強沉積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子源，包括螺旋管、陰極與陽極，其中螺旋管兩端分別與陰極和陽極相連通，螺旋管為空心導(dǎo)體管制成，該中空導(dǎo)體螺旋管的內(nèi)部通水冷卻，其外表面被絕緣；在陽極、螺旋管和陰級之間設(shè)置直流電源，直流電源正極連通陽極，直流電源負極連通陰極。本發(fā)明等離源具有單端連接電源、大幅度自強化等離子體、等離子體純凈、電極中空輕便、螺旋管可直可彎、直徑和長度的調(diào)節(jié)范圍大和布局靈活等突出的特點。本發(fā)明等離子源可以在蒸發(fā)方式和低壓氣相沉積中應(yīng)用。
文檔編號H01J37/08GK101179000SQ20061013823
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者陽 劉 申請人:北京實力源科技開發(fā)有限責任公司;劉 陽