專利名稱：一種利用駐波共振耦合電能的磁控放電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用磁控放電系統(tǒng)的電場(chǎng)和 磁場(chǎng)互相正交形成交叉場(chǎng)控制的磁控放電等離子體靜電駐波共振機(jī)制共振耦合 電源能量形成超高功率脈沖放電，實(shí)現(xiàn)高效率和高功率的脈沖非平衡磁控放電 技術(shù)。
背景技術(shù)：
磁控放電系統(tǒng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成交叉場(chǎng)控制放電的方法廣泛應(yīng)用 與各種工業(yè)領(lǐng)域，比如電工領(lǐng)域、表面工程、航天領(lǐng)域等。例如在表面工程中 磁控濺射沉積技術(shù)用于材料改性和薄膜沉積，普通的磁控濺射裝置中采用陰極 表面的封閉磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體，其中離子在陰極電壓的作用下轟擊陰極材料形 成濺射效應(yīng)和沉積薄膜，薄膜沉積的過(guò)程中等離子體密度影響沉積到被鍍工件 表面的薄膜性能，因此設(shè)計(jì)者不斷采用各種技術(shù)措施來(lái)提高等離子體密度和轟 擊到被鍍工件表面的離子電流密度?！稙R射沉積技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀》(《真空科學(xué)
與技術(shù)學(xué)報(bào)》Vol. 25， No. 3， 2005)和《磁控濺射技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用》(《現(xiàn)代儀 器》No.5， 2005)介紹了目前各種磁控濺射沉積技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況， 一般 磁控濺射的電源采用直流和中頻的脈沖技術(shù)，粒子能量在幾個(gè)電子伏特左右， 形成的等離子體離化率低，難以獲得理想的等離子體狀態(tài)，使磁控濺射裝置的 應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)在技術(shù)存在的缺陷，提供一種與現(xiàn) 有磁控放電方法相比可實(shí)現(xiàn)更高離化率和等離子體密度的超高功率磁控放電方 法。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
采用在磁控放電離子源中由電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成封閉或開(kāi)放的交叉場(chǎng) 空間的結(jié)構(gòu)，在放電中形成的等離子體不穩(wěn)定性導(dǎo)致的靜電駐波共振機(jī)制耦合 電源能量，使用這種通過(guò)交叉場(chǎng)控制的等離子體靜電駐波共振機(jī)制耦合脈沖 電能的磁控放電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相干共振狀態(tài)的等離子體放電。
整個(gè)放電系統(tǒng)是一個(gè)利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)結(jié)構(gòu)約束放電等離子 體，在永磁體磁極上安置鐵磁性的極靴改變陰極表面的磁場(chǎng)分布，在構(gòu)成交叉
場(chǎng)的磁場(chǎng)中磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度因在應(yīng)在50mT-300mT的范圍之內(nèi)，電壓的范圍是在 220-3000V之間，平行電極的方向上磁場(chǎng)和電場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)放電形成等離子體 靜電駐波共振機(jī)制耦合電源能量，通過(guò)使用頻率范圍為5Hz-100KHz的高功率脈 沖開(kāi)關(guān)電源供電或者直接使用0-3000V的可調(diào)直流電源為放電系統(tǒng)提供電能。
本發(fā)明中的采用在磁控放電等離子體靜電駐波共振機(jī)制共振耦合電源能 量，電源的供給功率需要和磁場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)反饋方式匹配，波動(dòng)頻率在5-100KHz 之間，振幅通過(guò)電源的電壓控制，電源連接到真空室的非平衡磁控濺射耙上， 在真空室壓力0. l-10Pa下，可以使用直流和脈沖方式供給磁控放電形成等 離子體，由電源功率和頻率控制磁控放電等離子體靜電駐波共振放電狀態(tài)。
本發(fā)明的效果和益處是
磁控放電離子源中由電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成封閉或開(kāi)放的交叉場(chǎng)空間的 結(jié)構(gòu)，利用這種電場(chǎng)和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)在放電中形成等離子體不穩(wěn)定性導(dǎo)致的靜電駐 波共振機(jī)制耦合電源能量，突破原有磁控放電技術(shù)的原理限制，能夠?qū)崿F(xiàn)更高 的效率，可以應(yīng)用于電工領(lǐng)域、表面工程、航天領(lǐng)域等多種領(lǐng)域，是傳統(tǒng)磁控 放電技術(shù)的替代方法，應(yīng)用于表面工程領(lǐng)域時(shí)，易形成高密度的等離子體束流、 且放電過(guò)程更穩(wěn)定，所沉積的薄膜性能更佳。


附圖是利用磁控放電等離子體靜電駐波共振機(jī)制共振耦合電源能量脈沖 放電磁控耙的磁路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi)陰極材料，2極靴，3永磁體，4鐵軛，5磁力線，6電源，7中線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例
本發(fā)明涉及的利用靜電駐波共振機(jī)制耦合電能的磁控放電系統(tǒng)，磁控耙的 內(nèi)部磁路結(jié)構(gòu)由附圖1所示，圖中采用以中線7為對(duì)稱軸的極化坐標(biāo)，必須具
備主要構(gòu)件有陰極材料l、極靴2、永磁體3、鐵軛4、磁力線5和電源6組成， 通過(guò)極靴2優(yōu)化磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)具有非平衡磁控耙的特征，磁場(chǎng)在 電極表面形成封閉的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，磁力線5要在兩端和電極表面相交，并且和電 極的電場(chǎng)正交，形成適當(dāng)?shù)慕徊鎴?chǎng)空間，磁場(chǎng)強(qiáng)度在表面典型數(shù)值是160mT，磁 場(chǎng)強(qiáng)度和電源6供給功率互相匹配，采用脈沖電源輸出頻率為10-llKHz，直流 電源250-600V，輸出電流大于O. 5A，放電氣壓在O. 1Pa-5Pa之間，磁控耙連接 到電源的輸出端，電源要有接地的設(shè)置，形成靜電駐波共振放電耦合電源能
權(quán)利要求
1、一種利用駐波共振耦合電能的磁控放電方法，其特征在于整個(gè)放電系統(tǒng)是在永磁體磁極上安置鐵磁性的極靴改變陰極表面的磁場(chǎng)分布，在構(gòu)成交叉場(chǎng)的磁場(chǎng)中磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)在50mT-300mT的范圍之內(nèi)，電壓的范圍是在220-3000V之間，平行電極的方向上磁場(chǎng)和電場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)放電形成等離子體靜電駐波共振機(jī)制耦合電源能量，通過(guò)使用頻率范圍為5Hz-100KHz的高功率脈沖開(kāi)關(guān)電源供電或者直接使用0-3000V的可調(diào)直流電源為放電系統(tǒng)提供電能。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用駐波共振耦合電能的磁控放電方法，其 特征在于采用在磁控放電等離子體靜電駐波共振機(jī)制共振耦合電源能量，電 源的供給功率需要和磁場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)反饋方式匹配，波動(dòng)頻率在5-lOOKHz之間， 振幅通過(guò)電源的電壓控制，電源連接到真空室的非平衡磁控電極上，在真空室 壓力O. l-10Pa下，使用直流和脈沖方式供給磁控放電形成等離子體，由電源功 率和頻率控制磁控放電等離子體靜電駐波共振放電狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)發(fā)表了一種利用駐波共振耦合電能的磁控放電方法。其特征是在永磁體磁極上安置鐵磁性的極靴改變陰極表面的磁場(chǎng)分布，在構(gòu)成交叉場(chǎng)的磁場(chǎng)中磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度因在應(yīng)在50mT-300mT的范圍之內(nèi)，電壓的范圍是在220-3000V之間，平行電極的方向上磁場(chǎng)和電場(chǎng)正交的交叉場(chǎng)放電形成等離子體靜電駐波共振機(jī)制耦合電源能量，通過(guò)使用頻率范圍為5Hz-100KHz的高功率脈沖開(kāi)關(guān)電源供電或者直接使用0-3000V的可調(diào)直流電源為放電系統(tǒng)提供電能。本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、放電效率高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于濺射鍍膜時(shí)，能夠提高薄膜沉積過(guò)程中的等離子體離化率，從而達(dá)到增強(qiáng)薄膜和基體的結(jié)合強(qiáng)度、保證沉積工藝的目的。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101205602SQ20071015908
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者張鵬云, 牟宗信, 莉 賈, 趙華玉, 郝勝智 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)