專(zhuān)利名稱：旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的旋 轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，用以改善弧斑的放電形式，控制弧斑的運(yùn)動(dòng)，提高靶材 刻蝕均勻性，減少或抑制靶材大顆粒的發(fā)射，用以制備高質(zhì)量的薄膜。
背景技術(shù)：
電弧離子鍍是工業(yè)働莫生產(chǎn)以及科學(xué)研究中最重要的技術(shù)之一，由于其結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單，離化率高(70%-80%)，入射粒子能量髙，繞射性好，可實(shí)現(xiàn)低溫沉積等 一系列優(yōu)點(diǎn)，使電弧離子鍍技術(shù)得到快速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用，展示出很大的經(jīng) 濟(jì)效益和工業(yè)應(yīng)用前景。
電弧離子鍍是基于氣體放電等離子體物理氣相沉積原理的鍍膜技術(shù)。這種技 術(shù)依靠在真空鍍膜室中陰極靶材表面上產(chǎn)生的電弧斑點(diǎn)的局部高溫，使作為靶材 的陰極材料瞬時(shí)蒸發(fā)和離化，產(chǎn)生電離度高而且離子能量大的等離子體，在工件 上加上負(fù)電位，即可在工件加熱溫度比較低的條件下，在工件表面鍍上一層硬度 高、組織致密而且結(jié)合性好的各種硬質(zhì)薄膜。
真空電弧的行為由陰極斑點(diǎn)所控制。真空弧光放電實(shí)際上是一系列電弧事件， 由于其快速地連續(xù)發(fā)生，以至于給人運(yùn)動(dòng)電弧的印象，陰極斑點(diǎn)及弧根的運(yùn)動(dòng)決 定了整個(gè)電弧的運(yùn)動(dòng)，相鄰弧斑的次第燃起和熄滅構(gòu)成了弧斑的運(yùn)動(dòng)。電弧離子 鍍陰極斑點(diǎn)的尺寸很小(100 200nm2)，電流密度很高(105~107A/cm2),具有非 常高的功率密度(10"W/m2),因此陰極斑點(diǎn)在作為強(qiáng)烈的電子，金屬原子、離子 和高速(1000m/s)金屬蒸汽發(fā)射源的同時(shí)，也不斷的噴射金屬液滴(大顆粒)。
電弧離子鍍技術(shù)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于電弧離子鍍中大顆粒的存在，嚴(yán) 重影響了涂層和薄膜的性能和壽命。因此有關(guān)如何解決陰極電弧鍍中大顆粒問(wèn)題 對(duì)陰極電弧的發(fā)展影響很大，成為后期發(fā)展的主要論題，也成為阻礙電弧離子鍍 技術(shù)更深入廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。
電弧離子鍍的進(jìn)一步發(fā)展要求在工藝設(shè)計(jì)中考慮對(duì)大顆粒的去處或抑制，目
前應(yīng)用較多的是磁過(guò)濾技術(shù)，主要是利用大顆粒與金屬離子質(zhì)荷比的差別將大顆 粒完全阻擋在沉積區(qū)外，這種方法雖然可以滿足制備高質(zhì)量薄膜的要求，但是磁 過(guò)濾技術(shù)降低了等離子的傳輸效率，大大降低了沉積速率，同時(shí)需要增加額外的 設(shè)備，占用很大的設(shè)備空間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)大面積沉積這個(gè)工業(yè)要求，成 本很高，不利于應(yīng)用推廣。更重要的是磁過(guò)濾技術(shù)考慮的是等離子體傳輸過(guò)程中 將大顆粒排除掉的方法，是等癥狀出現(xiàn)以后用來(lái)治標(biāo)而不治本的方法，因此是一 種消極的方法。
更為積極的辦法是考慮從源頭解決問(wèn)題的措施。改善弧斑的放電形式，提高 弧斑的運(yùn)動(dòng)速率，降低放電功率在陰極斑點(diǎn)處的集中，使放電功率分布在整個(gè)靶 面上，從而減少大顆粒的發(fā)射甚至沒(méi)有顆粒的發(fā)射。
國(guó)內(nèi)外一直在致力于這方面的工作。由于真空電弧的物理特性，外加電磁場(chǎng) 是控制弧斑運(yùn)動(dòng)的有效方法，不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑的運(yùn)動(dòng)影響規(guī)律不同，當(dāng)施加
平行于陰極靶面的磁場(chǎng)時(shí)(橫向磁場(chǎng)，見(jiàn)圖l(a)),電弧斑點(diǎn)做逆安培力的反向運(yùn) 動(dòng)(Retrograde motion),也就是運(yùn)動(dòng)方向和電流力的方向相反(-I x B ),見(jiàn)圖1 (b )。
弧斑的運(yùn)動(dòng)速度和橫向磁場(chǎng)的強(qiáng)度成拋物線關(guān)系，因此可以用來(lái)提高弧斑的運(yùn)動(dòng)
速度。當(dāng)磁場(chǎng)與陰極表面相交呈一定角度e的時(shí)候(尖角磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，
見(jiàn)圖l(c)),則電弧斑點(diǎn)l在反向運(yùn)動(dòng)上還疊加一個(gè)漂移運(yùn)動(dòng)(Robson drift),漂 移運(yùn)動(dòng)的方向指向磁力線于陰極靶面所夾的銳角0b區(qū)域，這就是銳角法則(Acute angle principle),圖l(d)。圖l(d)中，％代表弧斑運(yùn)動(dòng)的方向和磁力線與靶面相 交線之間的夾角，eB oR。銳角法則可以用來(lái)限制弧斑的運(yùn)動(dòng)方向，控制弧斑在 靶面上的出現(xiàn)的位置，此法則對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的控制、靶材刻蝕得均句性非常重要。 上述規(guī)律是磁場(chǎng)對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)影響的基本規(guī)律，也是磁場(chǎng)設(shè)計(jì)必須考慮的規(guī)律。
國(guó)際上在電弧離子鍍弧源的設(shè)計(jì)上幾乎都離不開(kāi)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)，雖然磁場(chǎng)的形 式多種多樣，但都離不開(kāi)對(duì)這兩種規(guī)律的綜合運(yùn)用。其中應(yīng)用最多最常見(jiàn)的方式 有俄羅斯弧源和受控弧源結(jié)構(gòu)，這也是國(guó)外比較流行兩種電弧離子4II莫技術(shù)。雖 然這些結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有效控制，限制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡，但是并沒(méi)有有效 的改善弧斑的放電形式，達(dá)到比較滿意的效果。其中俄羅斯弧源在靶材利用方面 比較有效，但是由于磁場(chǎng)位形與靶材結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并不能很好的抑制顆粒的發(fā)射； 而受控弧源在減少顆粒發(fā)射方面也是有限的，因?yàn)樗鼈儾](méi)有改變冷陰極弧斑電 弧斑點(diǎn)的放電形式，而且長(zhǎng)時(shí)間刻蝕會(huì)在靶面形成刻蝕軌道，浪費(fèi)靶材。
所有的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)都是考慮在靶面上形成一定的磁場(chǎng)位形，利用銳角法則限制 弧斑的運(yùn)動(dòng)，禾擁橫向分量提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度。 一方面盡可能擴(kuò)大橫向分量的 面積與強(qiáng)度， 一方面限制弧斑的運(yùn)動(dòng)。要達(dá)到比較滿意的效果是很困難的。而且 所有的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)都是靜態(tài)的或者準(zhǔn)靜態(tài)的，磁場(chǎng)本身的變化(頻率，速度)對(duì)弧 斑的影響考慮不多，因此是很難突破相互之間的影響的限制。
Ramalingam在專(zhuān)利WO8503954和US4，673，477中提出了 一種動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)設(shè) 計(jì)思路，可以基本實(shí)現(xiàn)弧斑在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大面積靶材上的均勻刻蝕，這種方法是 靠永磁體在靶背后的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變磁場(chǎng)在乾面的分布，從而影響弧斑在靶面的 刻蝕位置的。但是這種方法需要增加一套復(fù)雜的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)；同時(shí)，磁場(chǎng)的位 性固定、強(qiáng)度難以調(diào)解，只是一種機(jī)械的運(yùn)動(dòng)引起磁場(chǎng)的分布的改變，可調(diào)性差， 不能有效地改善弧斑的放電，抑制顆粒的發(fā)射；而且涉及到密封、冷卻等諸多問(wèn) 題，因此難以推廣應(yīng)用。需要一種創(chuàng)新的、突破限制的、并且有效且易于推廣的 動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于突破傳統(tǒng)的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)以及機(jī)械式的動(dòng)態(tài)磁 場(chǎng)設(shè)計(jì)思路，提供一種新型的、可調(diào)速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁控 電弧離子鍍弧源，用以改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，控制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡， 提高靶材刻蝕均勾性和靶材利用率，減少靶材大顆粒的發(fā)射，用以制備高質(zhì)量的 薄膜以及功能薄膜，拓展電弧離子鍍的應(yīng)用范圍。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)要求是
1. 沖艮據(jù)不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，為了提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度、降 低放電功率在陰極斑點(diǎn)處的集中，本發(fā)明必須能夠提供可以調(diào)解的平行于靶面的 橫向磁場(chǎng)分量。
2. 為了提高弧斑的放電穩(wěn)定性，保持放電的連續(xù)性，提高利用率，本發(fā)明必 須能夠保持弧斑在靶面內(nèi)運(yùn)動(dòng)而不會(huì)跑到靶面外造成熄弧。
3. 為了提高靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，本發(fā)明必須能夠使得弧斑在整個(gè) 耙面刻蝕而不是限制在特定的位置處形成刻蝕軌道。
4. 為了滿足要求l、 3,降低放電功率集中，使放電功率分散的分布在整個(gè)乾 面上，本發(fā)明必須能夠提供盡可能覆蓋大面積靶面的橫向磁場(chǎng)分量。
為了滿足上述要求,本發(fā)明提出了控制弧斑運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)思路。
本發(fā)明的技術(shù)原理是
通過(guò)設(shè)計(jì)一種合理的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，在靶面形成合理的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)位形，旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)對(duì)陰極斑點(diǎn)前的空間電荷層，離子云的分布進(jìn)行作用，使 得離子云的密度最大處(弧斑存在或者重燃的關(guān)鍵)隨著磁場(chǎng)的分布而分布，運(yùn) 動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，從而使得弧斑的位置也發(fā)生同步的改變。在磁場(chǎng)的頻率，強(qiáng)度達(dá)到一 定的程度時(shí)，有可能實(shí)現(xiàn)離子云在整個(gè)乾面的均勻分布，使具有陰極斑點(diǎn)的分立 式的電弧轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际降碾娀　?br> 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)原理是
一般情況下，在空間相差一定均勻角度的幾個(gè)(4n或者3n, n》l)磁極，且磁 極上裝有幾(2或者3 )組勵(lì)磁線圈繞組，當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過(guò)幾組相差一定相位(90 °或者120° )的勵(lì)磁電流時(shí)，這幾個(gè)磁極所包圍的空間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)， 如圖2;其中，圖中的U、 U、 V、 V'、 W、 W分別為三相交流電的首尾端，圖中 (a)—(e)表示不同時(shí)刻磁場(chǎng)的分布圖，可以看出磁場(chǎng)隨著電流的周期變化在不斷的 旋轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)的形態(tài)由勵(lì)磁線圈的安裝位置決定，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)頻率取決于勵(lì)磁線圈 的勵(lì)磁轉(zhuǎn)換頻率，而場(chǎng)強(qiáng)的大小則由勵(lì)磁電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，在靶材周?chē)臻g設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置為釆用相差一定均勻角度、相互連接在一起的幾個(gè)(4n或者3n， n >1)磁極(高導(dǎo)磁率材料)均勾布在同一圓周上，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，勵(lì) 磁線圏套在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)，釆用兩相(相位差90。)或 者三相(相位差120。)勵(lì)磁順序供電，在磁極包圍的空間內(nèi)產(chǎn)生可調(diào)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置外觀為圓形或者方形， 放置于靶材的周?chē)?，與乾材同軸，磁場(chǎng)有效區(qū)域圍繞靶面，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置放 置于真空室內(nèi)或者真空室外，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置位置可以調(diào)解，磁極的形狀為圓 柱或者方體，磁極的端部形狀為直邊或者弧形。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置為在靶材周?chē)鶆驅(qū)ΨQ 的安裝導(dǎo)磁桿，導(dǎo)磁桿的兩個(gè)邊呈直角或者鈍角，導(dǎo)磁桿的形狀為方形或者圓形， 導(dǎo)磁桿底端連接在導(dǎo)磁環(huán)上，導(dǎo)磁桿與導(dǎo)磁環(huán)形成一個(gè)整體的電磁回路骨架；與 導(dǎo)磁桿個(gè)數(shù)相同的勵(lì)磁線圈安裝在導(dǎo)磁桿的中間部分,形狀和導(dǎo)磁桿的形狀一致， 勵(lì)磁線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置為磁極均勻的分布在圓 形封閉的主體導(dǎo)磁通道上，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，骨架的材料用高磁導(dǎo) 率的材料(電工純鐵或者疊加的沖壓硅鋼片)制作，骨架的大小(內(nèi)徑，外徑， 磁極的大小)根據(jù)靶材尺寸、磁極個(gè)數(shù)和安裝方式設(shè)計(jì)，磁極的形狀為方形或者 圓形，磁極的頂端端部為直邊或者弧形，對(duì)稱的指向耙材表面中心；勵(lì)磁線圈套 在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間槽隙內(nèi)，與磁極個(gè)數(shù)相同的勵(lì)磁線圈安裝在磁極 上，形狀和磁極的形狀一致，勵(lì)磁線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，勵(lì)磁線圈套在磁極上時(shí)勵(lì)磁線圈分為兩 組，磁極數(shù)量為4n, n>l，相對(duì)的勵(lì)磁線圈為一組，同組的勵(lì)磁線圈串聯(lián)成一個(gè) 導(dǎo)電回路，同組相對(duì)的勵(lì)磁線圈的電流同向或者反向；或者，勵(lì)磁線圈分為三組， 磁極數(shù)量為3n， n>l,相對(duì)的勵(lì)磁線圈為一組，同組的勵(lì)磁線圈串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電 回路，同組相對(duì)的勵(lì)磁線圈的電流反向。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，兩組或者三組的勵(lì)磁線圈分別釆用相位差 為90°的兩相正弦交流電或者相位差為120°的三相正弦交流電源激勵(lì)。兩組勵(lì) 磁線圈的一端接到兩相勵(lì)磁電流的公共端，兩相勵(lì)磁電流通過(guò)單相電裂相90° (電容裂相)而成；或者通過(guò)斯考特變壓器引出。分為三組的線圏可以用Y型或 者A(三角形)接法。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，嵌在相鄰磁極之間槽隙內(nèi)的勵(lì)磁線圈，按 電機(jī)定子繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)，繞組的勵(lì)磁電流釆用相位差 為120°的三相交流電源激勵(lì)，繞組可以用Y型或者A (三角形)接法；在槽隙 的布置釆用單層、雙層或單雙層混合布置，繞組端部的接線方式釆用疊式或者波 式，繞組的端部形狀釆用鏈?zhǔn)?、交叉式、同心式或疊式，不同的嵌線方式產(chǎn)生不 同極數(shù)和形態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，置于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在圍 繞于靶材之外的法蘭套或者爐體管道上,法蘭套或者爐體管道之間通過(guò)絕緣保護(hù)。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，法蘭套或者爐體管道釆用不導(dǎo)磁的不銹鋼 制作，法蘭套或者爐體管道為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法 蘭套或者爐體管道與靶材三者之間同軸，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在法蘭套或者爐體管 道上的位置可調(diào)。
所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置中，電流的頻率通過(guò)變
頻器調(diào)解，電壓的大小通過(guò)調(diào)壓器調(diào)解，在磁極包圍的空間內(nèi)、靶面上產(chǎn)生速度 可調(diào)、強(qiáng)度可調(diào)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，速度通過(guò)勵(lì)磁電流頻率調(diào)解，強(qiáng)度通過(guò)勵(lì)磁電 流大小調(diào)解。
本發(fā)明的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)控制磁場(chǎng)發(fā)生裝置有以下特點(diǎn)
1. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生通過(guò)在靶材周?chē)臻g(真空室內(nèi)或者真空室外)，
采用相差一定均勻角度、相互連接在一起的幾個(gè)(4n, n》l或者3n, nM)磁極(高 磁導(dǎo)率材料)均勻分布在同一圓周上，并對(duì)套在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間的槽 隙內(nèi)的勵(lì)磁線圈(繞組)釆用兩相(相位差90° )正弦交流或者三相(相位差 120° )正弦交流勵(lì)磁順序供電，電流的頻率通過(guò)變頻器調(diào)解，電壓的大小通過(guò) 調(diào)壓器調(diào)解，從而在磁極包圍的空間內(nèi)、靶面上產(chǎn)生速度可調(diào)(通過(guò)勵(lì)磁電流頻 率調(diào)解)，強(qiáng)度可調(diào)(通過(guò)勵(lì)磁電流大小調(diào)解)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。本發(fā)明通過(guò)可調(diào) 速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)，可以改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，提 高靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，減少乾材大顆粒的發(fā)射，用以制備高質(zhì)量的薄 膜以及功能薄膜，拓展電弧離子鍍的應(yīng)用范圍。
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形態(tài)由勵(lì)磁線圈和磁極(骨架)的安裝位置決定，本發(fā)明的磁極 之間連接在一起形成整體的磁路通道，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置可以安裝在真空室內(nèi)靶 材周?chē)?，或者套在圍繞于靶材之外的法蘭套上。勵(lì)磁線圈可以套在磁極上(主要 對(duì)于極數(shù)較少的設(shè)計(jì))或者按照一定規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)形成各種布 線形式的繞組。不同的方式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置具有不同的特點(diǎn)，可根據(jù)現(xiàn)有條 件選擇。
2. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置外觀為圓形或者方形，放置于靶材的周?chē)?，與 靶材同軸，磁場(chǎng)有效區(qū)域圍繞靶面，裝置可以放置于真空室內(nèi)或者真空室外。磁 極的形狀為圓柱或者方體，磁極的端部形狀為直邊或者弧形。
3. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁極個(gè)數(shù)是4n或者3n(nM)個(gè)，磁極對(duì)稱 均勻的分布在連接磁環(huán)上，磁極與磁環(huán)形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，骨架的材 料用高磁導(dǎo)率的材料(電工純鐵或者疊加的沖壓硅鋼片)制作，骨架的大小(內(nèi) 徑，外徑，磁極的大小)根據(jù)靶材尺寸、磁極個(gè)數(shù)和安裝方式設(shè)計(jì)，骨架的厚度 不受限制，以能夠產(chǎn)生有效地磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)楹?。放在真空室?nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置 的磁極的尺寸根據(jù)個(gè)數(shù)及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與靶材之間的空間大小決定，放在真 空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁極的尺寸根據(jù)個(gè)數(shù)及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與法蘭之
間的空間大小決定。
4. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圈可以套在磁極上(對(duì)于極數(shù)較少， 空間允許的情況)或者按電機(jī)定子繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)(對(duì)
于極數(shù)較多的情況， 一般為6n, n>2)。對(duì)于極數(shù)較多的骨架一般釆用鐵損小、 導(dǎo)磁性能好、厚度為0.35~0.5mm的硅鋼片沖槽疊壓而成，硅鋼片的表面涂有絕 緣漆，內(nèi)圓表面沖有均勻分布的槽，繞組線圈嵌放在槽中。槽形有開(kāi)口、半開(kāi)口、 半閉口等形式。
5. 對(duì)于勵(lì)磁線圈套在磁極上的情況，線圈分為兩組(對(duì)于磁極個(gè)數(shù)為4n, n > 1情況)或者三組(對(duì)于磁極個(gè)數(shù)為3n, n》l情況)，相對(duì)的線圈為一組，同組的 線圈串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電回路。同組相對(duì)的線圈的電流同向或者反向(對(duì)于分為三組 的線圈只有反向)，但必須保證不同組的串聯(lián)方式一樣，也就是不同組的相對(duì)的線 圈的電流方向都是同向或者反向(對(duì)于分為三組的線圈都是反向)。兩組或者三組 的勵(lì)磁線圈分別釆用相位差為90。的兩相正弦交流電或者相位差為120°的三相 正弦交流電源激勵(lì)；對(duì)于按電機(jī)定子繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)情 況，繞組的勵(lì)磁電流釆用相位差為120°的三相交流電源激勵(lì)。分為三組的線圈 和嵌在槽隙內(nèi)繞組可以用Y型或者A (三角形)接法。
6. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圏釆用漆包線纏繞或者嵌線制作，套 在磁極上的纏繞線圈形狀和磁極的形狀一致，線圈的線徑、大小、匝數(shù)不受限制， 根據(jù)空間允許制作，線圈的厚度小于磁極的長(zhǎng)度。嵌在磁極槽中的繞組線圏可以 單根或者并繞嵌線，繞組的線徑、大小、匝數(shù)不受限制，以在槽內(nèi)固定不松動(dòng)為 好。線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。放置于真空室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁 線圈釆用QZY-2高溫漆包線制作，絕緣材料用的F或者H級(jí)的耐高溫材料。置 于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置沒(méi)有限制。
7. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置位置可以調(diào)解，通過(guò)一套調(diào)頻調(diào)壓的控制電源 供電，電流的頻率通過(guò)變頻器調(diào)解，電壓的大小通過(guò)調(diào)壓器調(diào)解，通過(guò)調(diào)頻調(diào)解 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，通過(guò)調(diào)壓調(diào)解旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度大小。
8. 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的兩相勵(lì)磁電流通過(guò)兩相變頻器，調(diào)壓器調(diào) 解，通過(guò)單相電裂相(電容裂相)而成或者通過(guò)三相變頻器，三相調(diào)壓器調(diào)解然 后由斯考特變壓器引出。本發(fā)明的三相勵(lì)磁電流通過(guò)三相變頻器，三相調(diào)壓器調(diào) 解。
9. 對(duì)于按電機(jī)定子繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)情況，繞組嵌線 的形式不受限制，在槽隙的布置可以釆用單層、雙層、單雙層混合等布置；繞組
端部的接線方式可以釆用疊式或者波式；繞組的端部形狀可以釆用鏈?zhǔn)?、交叉式?br> 同心式以及疊式等。不同的嵌線方式可以產(chǎn)生不同極數(shù)和形態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
10. 本發(fā)明置于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在圍繞于靶材之外的法蘭套
或者爐體管道上，與法蘭套或者爐體管道之間通過(guò)絕緣保護(hù)，法蘭套或者爐體管 道釆用不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套或者爐體管道為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法蘭套或者爐體管道與靶材三者之間同軸，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝 置在法蘭套或者爐體管道上的位置可調(diào)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1 、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的弧源磁場(chǎng)設(shè)計(jì)以及機(jī)械式的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng) 設(shè)計(jì)思路，提供了一種新型的、可調(diào)速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的電弧離子 鍍弧源，實(shí)現(xiàn)了改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，控制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度， 提高了靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，減少了靶材大顆粒的發(fā)射，滿足了制備高 質(zhì)量的薄膜以及功能薄膜的需求，拓展了電弧離子鍍的應(yīng)用范圍。
2、 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的實(shí)現(xiàn)形式和方案豐富，按電機(jī)定子繞組分布 規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)的線圈的嵌線方式多，能夠制作出不同極數(shù)、不 同形態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的多樣性，為探索電弧離子鍍新的應(yīng)用和 開(kāi)發(fā)不同結(jié)構(gòu)的弧源提供了方便。
3、 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置能夠提供覆蓋整個(gè)靶面的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)，結(jié)合 一定幾何結(jié)構(gòu)的靶材，可以實(shí)現(xiàn)弧斑保持在耙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)而不會(huì)跑到靶面外造成熄 弧的同時(shí)，使得弧斑在整個(gè)靶面刻蝕而不是限制在特定的位置^^成刻蝕軌道。 而且降低了放電功率的集中，使放電功率分散的分布在整個(gè)靶面上，實(shí)現(xiàn)了分布 式電弧放電，突破了傳統(tǒng)電弧離子鍍的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)和應(yīng)用的限制，取得了新的 進(jìn)展和各種可能性。
4、 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置通過(guò)一套調(diào)頻調(diào)壓的控制電源供電，電流頻率 和大小可調(diào)，提供了旋轉(zhuǎn)速度和大小都可單獨(dú)或者協(xié)和的調(diào)解的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，為控 制弧斑的運(yùn)動(dòng)提供了多種可能性。
5、 本發(fā)明中在放置于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置位置可調(diào)，法蘭通冷卻水 保護(hù)避免了高溫的限制。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與法蘭之間獨(dú)立制作，安裝拆卸容易，
用的時(shí)候只需套上即可。
6、 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源配合施加在樣品上脈沖偏壓、樣 品附近的用于增加離子密度的聚焦磁場(chǎng)共同使用，可以擴(kuò)大調(diào)節(jié)參數(shù)的范圍，為 制備不同性能的薄膜提供條件。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)達(dá)到制備高質(zhì)量薄膜的 要求。
7、 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置成本低廉， 外形美觀，操作簡(jiǎn)便，參數(shù)可調(diào)范圍大，易于科研領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)的推廣應(yīng)用。


圖1 (a)-圖1 (d)是不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的影響示意圖。其中，圖1 (a)為施加平行于陰極靶面的橫向磁場(chǎng)；圖1 (b)為橫向磁場(chǎng)對(duì)弧斑的運(yùn)動(dòng)的 影響(反向運(yùn)動(dòng))；圖1 (c)為施加與陰極表面相交呈一定角度尖角磁場(chǎng)；圖1 (d) 為尖角磁場(chǎng)對(duì)弧斑的運(yùn)動(dòng)的影響(尖角法則)。
圖2為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的原理示意圖。
圖3 (a)-圖3 (b)是實(shí)施例l旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖。其中，圖3(a) 為兩相交流電流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置；圖3 (b)為三相交流電流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)發(fā)生裝置；
圖4是兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路示意圖。
圖5 (a)-圖5 (b)是實(shí)施例1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖6 (a)-圖6 (b)是實(shí)施例2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源的示意圖。 其中，圖6 (a)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖；圖6 (b)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與靶 材之間位置的示意圖。
圖7 (a)-圖7 (d)是實(shí)施例2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同時(shí) 刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖8是實(shí)施例3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖。
圖9 (a)-圖9 (d)是實(shí)施例3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同時(shí) 刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖IO是實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖。
圖11 (a)-圖11 (d)是實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在半個(gè)電流周期內(nèi)不同 時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖12 (a)-圖12 (b)是實(shí)施例5、 6旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖。其中，圖 12 (a)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的骨架示意圖；圖12 (b)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生的原理示 意圖。
圖13 (a)-圖13 (b)是實(shí)施例5、 6旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的繞組嵌線分布示意 圖。其中，圖13 (a)為實(shí)施例5的24槽2極單層同心式繞組布接線圖；圖13 (b)為實(shí)施例6的24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組布接線圖。
圖14 (a)-圖14 (f)是實(shí)施例5旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同 時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖15是三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路示意圖。
圖16(a)-圖16(b)是旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)下弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；其中，圖16(a) 弧斑的螺旋擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)軌跡；圖16(b)弧斑的螺旋收縮運(yùn)動(dòng)軌跡。
圖17是旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)磁力線與靶材靶沿相交形成的指向靶面的銳角示意圖。
圖18 U)-圖18 (f)是實(shí)施例6旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同 時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。
圖19(a)-圖19(b)是實(shí)施例7旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖。其中，圖19(a)是 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法蘭套與靶材三者之間形成的夾心結(jié)構(gòu)示意圖，圖19(b)是圖
圖中，1電弧斑點(diǎn)；2靶材；3導(dǎo)磁桿；4導(dǎo)磁環(huán)；5線圈；6旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生 裝置；7槽隙；8弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡；9法蘭；IO磁極。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例以及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分布圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1:
圖3 (a)-圖3 (b)是本發(fā)明的實(shí)施例l旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖。其中， 圖3 (a)為兩相交流電流勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置；圖3 (b)為三相交流電流勵(lì) 磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置；如圖3 (a)-圖3 (b)結(jié)構(gòu)所示，在真空室內(nèi)圓柱靶材 2周?chē)鶆驅(qū)ΨQ的安裝四個(gè)或者六個(gè)導(dǎo)磁桿3,導(dǎo)磁桿的兩個(gè)邊呈直角或者鈍角， 導(dǎo)磁桿的形狀為方形或者圓形(本例為方形)，大小根據(jù)耙材與爐體之間的空間大 小決定，導(dǎo)磁桿安裝在靶材周?chē)钠帘握?屏蔽罩打孔)上。導(dǎo)磁桿3底端連接 在導(dǎo)磁環(huán)4上，導(dǎo)磁桿3與導(dǎo)磁環(huán)4形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，骨架的材料 用高磁導(dǎo)率的材料(電工純鐵或者疊加的沖壓硅鋼片)制作。導(dǎo)磁桿3的頂端端
部為直邊或者弧形，對(duì)稱的指向靶材2中心，頂端之間的區(qū)域是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 有效區(qū)。導(dǎo)磁桿的高度以頂端底邊不超過(guò)乾面為宜。
與導(dǎo)磁桿3個(gè)數(shù)相同的線圈5安裝在導(dǎo)磁桿3的中間部分，形狀和導(dǎo)磁桿3 的形狀一致，線圈的線徑、大小、匝數(shù)不受限制，根據(jù)空間允許制作，線圈的厚 度小于磁極的長(zhǎng)度，線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。線圈釆用QZY-2高溫漆包線 制作，絕緣材料用的F或者H級(jí)的耐高溫材料。相對(duì)的導(dǎo)磁桿3和線圈5為一組， 四個(gè)導(dǎo)磁桿空間位置相差90° ，分為兩組，六個(gè)導(dǎo)磁桿空間位置相差60° ,分 為三組，同組的線圈串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電回路，使得同組相對(duì)的線圈的電流同向或者 反向(對(duì)應(yīng)不同的磁場(chǎng)分布)，但必須保證不同組的串聯(lián)方式一樣，也就是不同組 的相對(duì)的線圈的電流方向都是同向或者反向。兩組或者三組的勵(lì)磁線圈分別釆用 相位差為90。的兩相正弦交流電或者相位差為120°的三相正弦交流電源供電。
圖4是兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路示意圖。兩相正弦交流勵(lì)磁電流通 過(guò)兩相變頻器，調(diào)壓器調(diào)解，通過(guò)單相電裂相(電容裂相)90。，可以得到相位 差為90°的頻率可調(diào)，幅值可調(diào)的兩相電。兩組線圈的一端接到兩相勵(lì)磁電流的 公共端，通過(guò)調(diào)解就可以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào)的2極(相對(duì)的線圈的電流反 向)或者4極尖角磁場(chǎng)(相對(duì)的線圈的電流同向)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有效控制。
六個(gè)導(dǎo)磁桿三組線圈可以釆用Y型或者A接法，剩余的三個(gè)接頭通過(guò)頻率可
調(diào)，幅值可調(diào)的三相正弦交流電供電，通過(guò)調(diào)解就可以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào) 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
實(shí)施例l旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置是比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，由 于安裝在真空室內(nèi)靶材周?chē)捎陔娀「邷胤烹?，因此制作材料耐高溫要求比較 高，而且由于靶材屏蔽罩的剩余空間有限，對(duì)裝置的磁極和線圈大小有所限制， 調(diào)解范圍有限。圖5 (a)-圖5 (b)是實(shí)施例1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的瞬態(tài)磁 場(chǎng)分布模擬圖?？梢钥闯鲞@種形式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在靶面的分布不均勻，磁極處的磁 場(chǎng)強(qiáng)度大于靶材中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度，如果調(diào)解不好的話容易造成弧斑滯留在磁極位 置附近，造成放電的集中，導(dǎo)致更多顆粒的發(fā)射?？梢杂糜诳蒲蓄I(lǐng)域研究旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)對(duì)沉積工藝的影響或者控制條件比較好的某些工業(yè)領(lǐng)域。
實(shí)施例2:
圖6 (a)-圖6 (b)是實(shí)施例2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源的示意圖。 其中，圖6 (a)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6示意圖。實(shí)施例2也是放置于真空室內(nèi)的
兩相電控制的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，但是如圖所示，四個(gè)磁極10均勻的分布在圓形 封閉的主體導(dǎo)磁通道上，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，磁極的形狀為方形或者 圓形，大小根據(jù)主體導(dǎo)磁通道與靶材2之間的空間的大小決定，骨架的材料用高 磁導(dǎo)率的材料(電工純鐵或者疊加的沖壓硅鋼片)制作。磁極10的頂端端部為直
邊或者弧形，對(duì)稱的指向靶材2表面中心。圖6(b)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6與靶 材2之間位置的示意圖。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6與靶材2同軸放置，位置可以調(diào)解, 以靶面形成有效的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橐恕?br> 與實(shí)施例1相同，四個(gè)線圈5安裝在四個(gè)磁極10上,形狀和磁極的形狀一致， 線圈的線徑、大小、匝數(shù)不受限制，根據(jù)空間允許制作，線圈的厚度小于磁極的 長(zhǎng)度，線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。線圈釆用QZY-2髙溫漆包線制作，絕緣材 料用的F或者H級(jí)的耐高溫材料。相對(duì)的磁極和線圈為一組，同組的線圈串聯(lián)成 一個(gè)導(dǎo)電回路,使得同組相對(duì)的線圈的電流同向或者反向(對(duì)應(yīng)不同的磁場(chǎng)分布), 但必須保證不同組的串聯(lián)方式一樣，也就是不同組的相對(duì)的線圈的電流方向都是 同向或者反向。釆用圖4所示的兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路，兩相勵(lì)磁電 流通過(guò)兩相變頻器，調(diào)壓器調(diào)解，通過(guò)單相正弦交流電裂相(電容裂相)90。， 得到相位差為90。的頻率可調(diào)，幅值可調(diào)的兩相電。兩組線圈的一端接到兩相勵(lì) 磁電流的公共端。通過(guò)調(diào)解就可以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào)的2極(相對(duì)的線圈 的電流反向)或者4極尖角磁場(chǎng)(相對(duì)的線圈的電流同向)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有 效控制。
圖7 (a)-圖7 (d)是實(shí)施例2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同時(shí) 刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。圖中是2極磁場(chǎng)，可以看出磁場(chǎng)隨著電流的周期變化 不斷的在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。但是磁場(chǎng)的分布也是不均勻的，某些時(shí)刻磁極處的磁場(chǎng)強(qiáng)度 大于靶材中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而且不同時(shí)刻磁場(chǎng)的形態(tài)不同，但這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生 裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與靶面平行，形成覆蓋靶面的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)，只是橫向磁場(chǎng) 分布不均勻，形態(tài)多變?？梢杂糜诳蒲蓄I(lǐng)域研究分布不均的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)對(duì)沉積 工藝的影響或者要求不高的工業(yè)領(lǐng)域。
實(shí)施例3:
附圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖。與實(shí)施例2相同，實(shí) 施例3也是放置于真空室內(nèi)的兩相電控制的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置。與實(shí)施例2不同 的是骨架結(jié)構(gòu),實(shí)施例3有八個(gè)磁極10均勻的分布在圓形封閉的主體導(dǎo)磁通道上，
形成一個(gè)整體的電磁回路骨架。磁極的形狀、大小、骨架的材料、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生 裝置骨架與靶材之間的位置等都與實(shí)施例2相同。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6與靶材2
也是同軸放置，位置可以調(diào)解，以靶面形成有效的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橐?。磁極10 的頂端端部為直邊或者弧形，對(duì)稱的指向靶材2表面中心。線圈的線徑、大小、 匝數(shù)、材料、形狀、絕緣保護(hù)的要求和實(shí)施例2相同。
與實(shí)施例2不同的是有八個(gè)線圈5安裝在八個(gè)磁極10上，線圈與骨架之間通 過(guò)絕緣保護(hù)。相鄰的兩個(gè)磁極和線圈(八個(gè)磁極和線圈分成4對(duì))串聯(lián)在一起， 使得線圈的電流同向，產(chǎn)生同樣極性的磁場(chǎng)。4對(duì)磁極和線圏分為兩組，相對(duì)的2 對(duì)磁極和線圈為一組，同組的線圈串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電回路，使得同組相對(duì)的線圈的 電流同向或者反向(對(duì)應(yīng)不同的磁場(chǎng)分布)，但必須保證不同組的串聯(lián)方式一樣， 也就是不同組的相對(duì)的線圈的電流方向都是同向或者反向。同樣采用圖4所示的 兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路，兩相正弦交流勵(lì)磁電流通過(guò)兩相變頻器，調(diào) 壓器調(diào)解，通過(guò)單相電裂相(電容裂相)90。，得到相位差為90。的頻率可調(diào)， 幅值可調(diào)的兩相電。兩組線圈的一端接到兩相勵(lì)磁電流的公共端。通過(guò)調(diào)解就可 以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào)的2極(相對(duì)的線圈的電流反向)或者4極尖角磁場(chǎng) (相對(duì)的線圈的電流同向)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有效控制。
圖9 (a)-圖9 (d)是實(shí)施例3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同時(shí) 刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。圖中是2極磁場(chǎng)，可以看出磁場(chǎng)隨著電流的周期變化 不斷的在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而且與實(shí)施例2不同的是磁場(chǎng)的分布比較均勻，磁極處的磁 場(chǎng)強(qiáng)度和靶材中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度相差不大，不同時(shí)刻磁場(chǎng)的形態(tài)^^目同，實(shí)施例 3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也與靶面平行，形成覆蓋靶面的旋轉(zhuǎn)橫向磁 場(chǎng)，橫向磁場(chǎng)分布比較均勻，如果尺寸做的比較大、使得靶材位于均勾的橫向磁 場(chǎng)區(qū)域中，就可以產(chǎn)生比較均勻的覆蓋靶面的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)。可以用于科研領(lǐng)域 研究旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)對(duì)沉積工藝的影響或者某些工業(yè)領(lǐng)域。
實(shí)施例4:
圖10是本發(fā)明實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的示意圖。與實(shí)施例2、 3不同， 實(shí)施例4是放置于真空室內(nèi)的三相電控制的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置。實(shí)施例3有六個(gè) 磁極均句的分布在圓形封閉的主體導(dǎo)磁通道上，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架。 磁極的形狀、大小、骨架的材料、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置骨架與靶材之間的位置等都 與實(shí)施例2相同。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6與靶材2也是同軸放置，位置可以調(diào)解，
以靶面形成有效的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橐恕４艠O10的頂端端部為直邊或者弧形，對(duì)稱 的指向靶材表面中心。線圏的線徑、大小、匪數(shù)、材料、形狀、絕緣保護(hù)的要求 和實(shí)施例2相同。
與實(shí)施例2不同的是有六個(gè)線圈5安裝在六個(gè)磁極10上，線圈與骨架之間通 過(guò)絕緣保護(hù)。相對(duì)的磁極和線圈為一組，六個(gè)磁極和線圈分為三組，同組的線圈 串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電回路，使得同組相對(duì)的線圈的電流反向，產(chǎn)生極性相反的磁場(chǎng)， 不同組的串聯(lián)方式一樣，也就是不同組的相對(duì)的線圈的電流方向反向。三組線圈 可以釆用Y型或者A接法，乘險(xiǎn)的三個(gè)接頭通過(guò)頻率可調(diào)，幅值可調(diào)、相位差為 120。的三相正弦交流電供電，通過(guò)調(diào)解就可以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào)的旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)。
圖11 (a)-圖11 (d)是實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在半個(gè)電流周期內(nèi)不同 時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。可以看出，圖中是2極磁場(chǎng)，磁場(chǎng)隨著電流的周期 變化不斷的在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而且與實(shí)施例2、 3不同的是磁場(chǎng)的分布更加均勻，特別 是在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的中心、華巴材的位置，磁場(chǎng)形態(tài)幾乎不變，分布均勻。實(shí) 施例4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與靶面平行，形成覆蓋靶面的均勻的旋 轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)?？梢杂糜诳蒲蓄I(lǐng)域研究旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)對(duì)沉積工藝以及薄膜性能的影 響或者大部分工業(yè)領(lǐng)域。
分析比較實(shí)施例2、 3、 4的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)模擬結(jié)果，可以看出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置 的磁極數(shù)對(duì)磁場(chǎng)的分布均勾性有很大的影響，磁極越多，分布越緊密均勻，產(chǎn)生 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也越均勾。釆用相位差為120。的三相正弦交流電供電比相位差為90 °的兩相正弦交流電供電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)均勻，相位差為90。的兩相電需要單相 裂相(斯考特變壓器不需要，但成本高)，存在很大的誤差，使得產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 形態(tài)多變、不均勻。相位差為120°的三相正弦交流電可以直接取于電網(wǎng)，分布 對(duì)稱，滿足了產(chǎn)生均勻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的條件。
本發(fā)明進(jìn)一步創(chuàng)新，提出了頻率相同而相位不同的三相正弦交流電控制的多 極(一般為6n, n》2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)思路并付諸于實(shí)踐。對(duì)于極數(shù)比 較多的情況，釆用纏繞線圈套在磁極上的方案是不可行的，必須釆用按電機(jī)定子 繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)。
圖12 (a)是實(shí)施例5旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置示意圖。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6與靶
實(shí)施例5:
材2也是同軸放置，位置可以調(diào)解，以靶面形成有效的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橐?。本發(fā)
明實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的骨架有24個(gè)磁極10和槽隙7。骨架一般釆用 鐵損小、導(dǎo)磁性能好、厚度為0.35~0.5mm的硅鋼片沖槽疊壓而成，硅鋼片的表 面涂有絕緣漆，內(nèi)圓表面沖有均勻分布的槽，繞組線圈嵌放在槽隙7中。槽形有 開(kāi)口、半開(kāi)口、半閉口等形式(圖中為開(kāi)口 )。將繞組嵌入圖12 (a)所示的骨架 中，繞組嵌線的形式很多，在槽隙的布置可以釆用單層、雙層、單雙層混合等布 置；繞組端部的接線方式可以釆用疊式或者波式；繞組的端部形狀可以釆用鏈?zhǔn)健?交叉式、同心式以及疊式等。不同的嵌線方式可以產(chǎn)生不同極數(shù)(2、 4、 6, 8極) 和形態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖13 (a)-圖13 (b)分別為兩種不同的繞組嵌線方式。本 發(fā)明實(shí)施例釆用的是圖13(a)所示的24槽2極單層同心式繞組布接線法，同一極 相組內(nèi)繞組由節(jié)距不等的數(shù)個(gè)大小線圈組成，極相組內(nèi)的各個(gè)線圏環(huán)繞著同一圓 心。圖15是三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的控制電路示意圖。三相正弦交流勵(lì)磁電流通 過(guò)三相變頻器，濾波器，三相調(diào)壓器調(diào)解，就可以得到相位差為120°的頻率可 調(diào)，幅值可調(diào)的三相正弦交流電。繞組可以釆用Y型或者A接法，剩余的三個(gè)接 頭通過(guò)頻率可調(diào)，幅值可調(diào)、相位差為120°的三相正弦交流電供電，通過(guò)調(diào)解 就可以得到速度可調(diào)，強(qiáng)度可調(diào)的均勻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有效控制。
圖12 (b)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生的原理示意圖?？梢钥闯霎?dāng)三相繞組中通入三相 對(duì)稱電流時(shí)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的骨架內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)三相對(duì)稱 電流完成一個(gè)周期(對(duì)2極磁場(chǎng)而言)的變化時(shí)，它們所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)在空間 也就旋轉(zhuǎn)了一周。顯然，三相電流隨時(shí)間周而復(fù)始的變化，而由三相電流所產(chǎn)生 的合成磁場(chǎng)也就在不停的旋轉(zhuǎn)。
圖14 (a)-圖14 (f)是實(shí)施例5旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同 時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖。可以看出隨著電流周期性的變化，在骨架的空間內(nèi) 可以產(chǎn)生非常均勻、形態(tài)不變的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而且由于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置 與靶材同軸，產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全覆蓋并且平行于整個(gè)乾面，也就是該磁場(chǎng)是均勻的 完全覆蓋靶面的平行于靶面的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)。由不同磁場(chǎng)對(duì)弧斑的影響規(guī)律可知， 橫向磁場(chǎng)可以使弧斑做逆安培力的反向運(yùn)動(dòng)，由于本發(fā)明實(shí)施例中的橫向磁場(chǎng)在 不斷的旋轉(zhuǎn)，而且速度和強(qiáng)度大小可以調(diào)節(jié)，因此能夠使弧斑在整個(gè)靶面上螺旋 運(yùn)動(dòng)，圖16(a)-圖16(b)是旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)下弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；其中，圖16(a) 弧斑的螺旋擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)軌跡(弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡8);圖16(b)弧斑的螺旋收縮運(yùn)動(dòng)軌跡
(弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡8)，分別對(duì)應(yīng)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的前半周和后半周?；“哌\(yùn)動(dòng)的速度可 以由磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度和磁場(chǎng)的大小調(diào)節(jié)控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了弧斑在整個(gè)靶面的刻 蝕運(yùn)動(dòng)，提高了靶材刻蝕均勻性和利用率，同時(shí)，有效地改善了弧斑的放電形式， 如果控制得當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)新的放電形式，有效地分散了放電的集中，減少了液滴 大顆粒的發(fā)射。
本發(fā)明所用的靶材結(jié)構(gòu)具有一定的靶沿,產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)會(huì)與靶沿相交,
形成指向靶面的銳角，圖17是旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)磁力線與靶材2的靶沿相交形成的指
向靶面的銳角ct示意圖。由不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律(銳角法則)可
知，弧斑將會(huì)被限制在靶面內(nèi)而不至于跑到乾面外造成滅弧。因此，本發(fā)明的綜 合作用滿足了靶材利用，弧斑放電以及應(yīng)用的各種要求。
本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與靶材同軸，磁場(chǎng)有效區(qū)域圍繞靶面，可
以放在真空室內(nèi)或者真空室外。本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置磁極10和槽隙 7個(gè)數(shù)為6n(n》2)個(gè)，本實(shí)施例為24個(gè)。本發(fā)明實(shí)施例的繞組線圈可以單根或者 并繞嵌線，繞組的線徑、大小、匝數(shù)不受限制，以在槽內(nèi)固定不松動(dòng)為好。線圈 與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。放置于真空室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的勵(lì)磁線圏釆用 QZY-2高溫漆包線制作，絕緣材料用的F或者H級(jí)的耐高溫材料。置于真空室外 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置沒(méi)有限制。本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置位置可以移動(dòng)。 置于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在圍繞于靶材之外的法蘭套或者爐體管道 上，與法蘭套或者爐體管道之間通過(guò)絕緣保護(hù)，法蘭套或者爐體管道釆用不導(dǎo)磁 的不銹鋼制作，法蘭套或者爐體管道為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生 裝置、法蘭套或者爐體管道與靶材三者之間同軸，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在法蘭套或 者爐體管道上的位置可調(diào)。
本發(fā)明實(shí)施例可以廣泛的應(yīng)用與科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的需要提高薄膜質(zhì)量以 及有效控制弧斑運(yùn)動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。
實(shí)施例6:
與實(shí)施例5相同，釆用同樣的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的骨架結(jié)構(gòu)，如圖12(a)所 示，同樣的材料(骨架、線圈、絕緣)要求，同樣的供電方式和控制電路，同樣 的安裝方式等。所不同的是實(shí)施例6釆用附圖13(c)所示的24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@ 組布接線法，繞組是由具有相同寬度和形狀的單層線圈組成，其端部如套取得端 環(huán)。由于不同的嵌線方式會(huì)形成不同形態(tài)的磁場(chǎng)，圖18 (a)-圖18 (f)是實(shí)施
例6旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在一個(gè)電流周期內(nèi)不同時(shí)刻的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布模擬圖?？梢?看出，本實(shí)施例產(chǎn)生的是一個(gè)可調(diào)速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)的4極磁場(chǎng)，磁場(chǎng)分布內(nèi)疏外密， 形態(tài)不變，完全覆蓋于整個(gè)乾面并且與靶面平行，只是在靶面的分布是內(nèi)疏外密 的旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)弧斑的不同的運(yùn)動(dòng)方式和形態(tài)的控制，可以應(yīng)用于科 學(xué)研究該形式的磁場(chǎng)對(duì)弧斑放電及沉積工藝的影響和工業(yè)生產(chǎn)的某些領(lǐng)域。
實(shí)施例7:
電弧離子鍍有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是弧斑放電在其附近形成高溫區(qū)，同時(shí)會(huì)輻 射到真空室的其他地方，而且真空室的空間有限，靶材周?chē)目臻g也是有限的， 因此在進(jìn)行弧源設(shè)計(jì)的時(shí)候如果把思路局限于真空室內(nèi)有限的空間內(nèi)將很難突 破。特別對(duì)于控制弧斑運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于真空室 內(nèi)靶材周?chē)脑?，?huì)涉及到尺寸、材料等的限制，雖然在條件允許的情況下能夠 取得比較好的效果，但是對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)需要大面積沉積，長(zhǎng)期工作的情況下，將 會(huì)受到限制。面對(duì)更廣泛簡(jiǎn)單的應(yīng)用，需要新的創(chuàng)新和突破。
本發(fā)明實(shí)施例7中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的骨架有24個(gè)磁極10和槽隙7，在 靶材底座與真空室管道壁之間加一法蘭9，如圖19(a)-圖19(b)所示，法蘭9釆用 不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭為空心的管狀結(jié)構(gòu)，外徑和革巴材2底座的外徑一致， 內(nèi)徑和真空室管道的內(nèi)徑一致，法蘭通冷卻水保護(hù)。將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置6套在 圍繞于靶材2之外的法蘭9上，與法蘭套之間通過(guò)絕緣保護(hù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、 法蘭套與靶材三者之間同軸，形成如圖19(a)所示的夾心結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置 在法蘭套上的位置可調(diào)。
本發(fā)明實(shí)施例可以廣泛的應(yīng)用與科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的需要提高薄膜質(zhì)量以 及有效控制弧斑運(yùn)動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，是目前我們正在實(shí)施并且準(zhǔn)備推廣的發(fā)明實(shí)施
權(quán)利要求
1、一種旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于在靶材周?chē)臻g設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置為采用相差一定均勻角度、相互連接在一起的幾個(gè)磁極均勻布在同一圓周上，磁極數(shù)量為4n或者3n，n≥1，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，勵(lì)磁線圈套在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)，采用相位差90°的兩相或者相位差120°的三相勵(lì)磁順序供電，在磁極包圍的空間內(nèi)產(chǎn)生可調(diào)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 發(fā)生裝置外觀為圓形或者方形，放置于靶材的周?chē)c靶材同軸，磁場(chǎng)有效區(qū)域 圍繞靶面，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于真空室內(nèi)或者真空室外，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置 位置可調(diào)，磁極的形狀為圓柱或者方體，磁極的端部形狀為直邊或者弧形。
3、 按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 發(fā)生裝置為在靶材周?chē)鶆驅(qū)ΨQ的安裝導(dǎo)磁桿，導(dǎo)磁桿的兩個(gè)邊呈直角或者鈍角， 導(dǎo)磁桿的形狀為方形或者圓形，導(dǎo)磁桿底端連接在導(dǎo)磁環(huán)上，導(dǎo)磁桿與導(dǎo)磁環(huán)形 成一個(gè)整體的電磁回路骨架；與導(dǎo)磁桿個(gè)數(shù)相同的勵(lì)磁線圈安裝在導(dǎo)磁桿的中間 部分，形狀和導(dǎo)磁桿的形狀一致，勵(lì)磁線圈與骨架之間通過(guò)絕緣保護(hù)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 發(fā)生裝置為磁極均勻的分布在圓形封閉的主體導(dǎo)磁通道上，形成一個(gè)整體的電磁 回路骨架，骨架的材料用高磁導(dǎo)率的材料電工純鐵或者疊加的沖壓硅鋼片制作， 磁極的形狀為方形或者圓形，磁極的頂端端部為直邊或者弧形，對(duì)稱的指向靶材 表面中心；勵(lì)磁線圈套在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間槽隙內(nèi)，與磁極個(gè)數(shù)相同 的勵(lì)磁線圈安裝在磁極上，形狀和磁極的形狀一致，勵(lì)磁線圈與骨架之間通過(guò)絕 緣保護(hù)。
5、 按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于，勵(lì)磁線圈 套在磁極上時(shí)勵(lì)磁線圈分為兩組，磁極數(shù)量為4n, n>l,相對(duì)的勵(lì)磁線圈為一 組，同組的勵(lì)磁線圈串聯(lián)成一個(gè)導(dǎo)電回路，同組相對(duì)的勵(lì)磁線圈的電流同向或者 反向；或者，勵(lì)磁線圈分為三組，磁極數(shù)量為3n， n>l，相對(duì)的勵(lì)磁線圈為一組， 同組的勵(lì)磁線圈串聯(lián)成 一個(gè)導(dǎo)電回路，同組相對(duì)的勵(lì)磁線圈的電流反向。
6、 按照權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于兩組或者 三組的勵(lì)磁線圈分別釆用相位差為90。的兩相正弦交流電或者相位差為120°的 三相正弦交流電源激勵(lì)；兩組勵(lì)磁線圈的一端接到兩相勵(lì)磁電流的公共端，兩相 勵(lì)磁電流通過(guò)單相電裂相90。而成；或者通過(guò)斯考特變壓器引出，三組勵(lì)磁線圈 用Y型或者三角形接法。
7、 按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于嵌在相鄰 磁極之間槽隙內(nèi)的勵(lì)磁線圈，按電機(jī)定子繞組分布規(guī)律嵌在相鄰磁極之間的槽隙 內(nèi)，繞組的勵(lì)磁電流釆用相位差為120°的三相交流電源激勵(lì)，繞組用Y型或者 三角形接法；在槽隙的布置釆用單層、雙層或單雙層混合布置,繞組端部的接線 方式釆用疊式或者波式，繞組的端部形狀釆用鏈?zhǔn)?、交叉式、同心式或疊式，不 同的嵌線方式產(chǎn)生不同極數(shù)和形態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
8、 按照權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于置于真空 室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在圍繞于靶材之外的法蘭套或者爐體管道上，法蘭套 或者爐體管道之間通過(guò)絕緣保護(hù)。
9、 按照權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于法蘭套或 者爐體管道釆用不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套或者爐體管道為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻 水保護(hù)；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法蘭套或者爐體管道與靶材三者之間同軸，旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)發(fā)生裝置在法蘭套或者爐體管道上的位置可調(diào)。
10、 按照權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)發(fā)生裝置中，電流的頻率通過(guò)變頻器調(diào)解，電壓的大小通過(guò)調(diào)壓器調(diào)解，在磁 極包圍的空間內(nèi)、靶面上產(chǎn)生速度可調(diào)、強(qiáng)度可調(diào)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，速度通過(guò)勵(lì) 磁電流頻率調(diào)解，強(qiáng)度通過(guò)勵(lì)磁電流大小調(diào)解。
全文摘要
本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁控電弧離子鍍弧源。在靶材周?chē)臻g設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置為采用相差一定均勻角度、相互連接在一起的幾個(gè)磁極均勻布在同一圓周上，磁極數(shù)量為4n或者3n，n≥1，形成一個(gè)整體的電磁回路骨架，勵(lì)磁線圈套在磁極上或者嵌在相鄰磁極之間的槽隙內(nèi)，采用相位差90°的兩相或者相位差120°的三相勵(lì)磁順序供電，在磁極包圍的空間內(nèi)產(chǎn)生可調(diào)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。本發(fā)明通過(guò)可調(diào)速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)，可以改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，提高靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，減少靶材大顆粒的發(fā)射，用以制備高質(zhì)量的薄膜以及功能薄膜，拓展電弧離子鍍的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C23C14/32GK101363115SQ200810010719
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者超 孫, 駿 宮, 肖金泉, 趙彥輝, 郎文昌, 聞立時(shí) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所