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CN117393406A - 一种工业化真空镀膜用新型离子源 - Google Patents

一种工业化真空镀膜用新型离子源 Download PDF

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CN117393406A
CN117393406A CN202311317466.XA CN202311317466A CN117393406A CN 117393406 A CN117393406 A CN 117393406A CN 202311317466 A CN202311317466 A CN 202311317466A CN 117393406 A CN117393406 A CN 117393406A
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CN
China
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cathode
ion
ion source
module
water
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CN202311317466.XA
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杨俊峰
周宇
杨瑞芳
张临超
谢卓明
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Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种工业化真空镀膜用新型离子源，该离子源包括：磁场模块、阳极模块、阴极模块和智能反馈模块；磁场模块包括磁座、磁体和磁轭；阳极模块包括阳极主体；阴极模块包括外阴极和中心阴极；外阴极包括开设有凹槽的外阴极主体和外阴极压板；阳极主体和磁场模块均位于凹槽中；中心阴极固定在磁场模块上，且与磁体相接触；外阴极压板套设在中心阴极的外侧；中心阴极的外周设有第一斜面，外阴极压板的内周设有第二斜面，第一斜面与第二斜面形成离子出口；智能反馈模块包括离子监测单元、处理单元和自反馈控制单元。本发明能够产生大面积、高稳定性、高均匀性的离子束，满足现代高端制造业的应用需求，适应工业化应用。

Description

一种工业化真空镀膜用新型离子源
技术领域
本发明涉及真空镀膜技术和高端装备技术领域，具体涉及一种工业化真空镀膜用新型离子源。
背景技术
离子源具有使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的功能，是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀及清洗装置、离子束溅射装置、离子束辅助沉积装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。
早在19世纪末，就出现了利用气体放电原理产生离子的离子源。到20世纪30年代，开始了真正高性能离子源的研发。离子源主要包括有栅离子源和无珊离子源。20世纪60年代，美国Kaufman教授主持研制的带栅网、宽束、低束流密度的离子轰击电推进器为考夫曼离子源(Kaufman)；苏联科学家霍尔研究的霍尔离子源(End-Hall)为无栅离子源。随后，国外的许多公司开始离子源的研制和生产，包括德国的冯阿登纳真空技术有限公司公司、美国Applied Process Technologies公司、俄罗斯Plasma Lab、乌克兰国家科学院物理研究所、英国Gencoa公司、美国Darly Custom Technology等。国内离子源的研究和发展起步较晚，与国外技术相比较，存在一系列的问题，主要包括放电不均匀、打火灭弧、强电流下放电不稳定、束流和离子强度范围有限等问题。特别是，栅极离子源的工作稳定性差、工作寿命较短、同时还存在离子束污染严重等缺点。
针对目前技术上的局限和不足，需要一种能够适应工业化应用、产生大面积与高稳定性、高均匀性离子束的离子源来满足现代高端制造业的应用需求。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种工业化真空镀膜用新型离子源。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种工业化真空镀膜用新型离子源，该离子源包括：磁场模块、阳极模块、阴极模块和智能反馈模块；
所述磁场模块包括磁座和安装在所述磁座上的磁体；
所述阳极模块包括环形的阳极主体；
所述阴极模块包括外阴极和中心阴极；所述外阴极包括开设有凹槽的外阴极主体和安装在所述外阴极主体开口处的环形的外阴极压板；所述阳极主体和所述磁场模块均位于所述凹槽中，且所述磁场模块位于环形的阳极主体的中间位置；所述外阴极和所述中心阴极作为所述磁场模块的磁轭；
所述中心阴极固定在所述磁场模块上，且与所述磁体相接触；所述外阴极压板套设在所述中心阴极的外侧；
所述中心阴极的外周设有第一斜面，所述外阴极压板的内周设有第二斜面，所述第一斜面与第二斜面形成离子出口；
所述智能反馈模块，用于实时获取离子源工作状态下的离子状态参数，根据离子状态参数确定离子源工作参数，并利用PID算法对离子源工作参数进行调整，使离子状态参数与设定的离子状态参数相同。
进一步的，该离子源还包括水冷模块；
所述水冷模块包括阳极水冷组件和中心阴极水冷组件；
所述阳极水冷组件包括设置在所述阳极主体内部的第一水冷管道和与所述第一水冷管道两端相连的第一进水管与第一出水管；
所述中心阴极水冷组件包括设置在所述磁座中的第二水冷管道和与所述第二水冷管道两端相连的第二进水管与第二出水管。
进一步的，该离子源还包括布气模块；
所述布气模块包括进气管和多个气孔；
所述进气管与所述离子源内部的气道相连通，且所述进气管安装在所述法兰上；所述法兰上设置有进气管过孔，所述进气管与所述进气管国控之间设置有氟橡胶密封圈；所述进气管上套设有进气管密封压板；
所述多个气孔分布在所述外阴极、所述阳极主体和所述磁座上。
进一步的，所述离子出口为环状，且其沿所述中心阴极厚度方向的截面为楔形。
进一步的，所述智能反馈模块包括离子监测单元、处理单元和自反馈控制单元；
所述离子监测单元，用于获取离子源工作状态下的离子状态参数，并将获取的数据发送至所述处理单元；
所述处理单元，用于根据离子状态参数确定离子源工作参数，并将离子状态参数、离子源工作参数和设定的离子状态参数发送至所述自反馈控制单元；
所述自反馈控制单元，用于采用比例积分和微分算法对离子源工作参数进行调整，直至离子状态参数与设定的离子状态参数相同。
进一步的，该离子源还包括法兰；
所述阳极主体、所述外阴极和所述磁座均与所述法兰相连。
进一步的，所述第一进水管和所述第一出水管上均套设有绝缘套杆；所述绝缘套杆包括第一绝缘套杆和第二绝缘套杆；所述第一绝缘套杆外侧套设有固定件，所述固定件与所述法兰相连；所述第一绝缘杆与所述第二绝缘杆之间设置有第一密封圈；所述第二绝缘杆的外侧套设有第二密封圈。
进一步的，所述第一进水管和所述第一出水管均焊接在所述阳极主体上；
所述阳极主体上设置有阳极水封焊接板。
进一步的，所述外阴极上设置有多个水管过孔；
所述第一进水管、所述第一出水管、所述第二进水管和所述第二出水管分别从一个所述水管过孔中穿出后与所述法兰相连。
进一步的，所述阳极主体上设置有多个阳极绝缘件。
进一步的，所述法兰上安装有外壳和真空腔密封圈。
和现有技术相比，本发明的优点为：
(1)本发明中的中心阴极和外阴极作为磁轭分别与磁体接触，将磁力线导向两个方向，形成磁路，在离子出口处形成一个磁场。本发明通过对离子出口的形状和中心阴极与外阴极的高度进行设计，能够对磁感线的分布进行调整。具体地说，一方面，通过在外阴极压板的内周设置斜面，在中心阴极的外周设置斜面，使两个斜面形成一个沿中心阴极厚度方向的截面为倒梯形的环状的离子出口；另一方面，再依据模拟和仿真结果结合实际离子束参数测量，优化阳极模块和阴极模块(厚度、角度、距离)和磁场模块(磁体的厚度、磁体的磁感应强度)，从而最终实现在流动气体、阳极和阴极电势差、以及交叉电磁场所形成的霍尔电流的共同加速下，高能量的离子束从离子出口处被引出离子源，避免离子束对阴极模块和阳极模块的作用。本发明所述的离子源系统能够产生大面积与高稳定性、高均匀性的离子束，满足现代高端制造业的应用需求，适应工业化应用。
(2)本发明所述离子源具有智能反馈模块，该模块用于实时获取离子源工作状态下的离子状态参数和离子源工作参数，并对离子源工作参数进行调整，使离子状态参数与设定的离子状态参数相同。智能自反馈模块的离子监测单元依靠原位检测单元获得离子状态参数(离子状态参数包括离子流密度、离子束宽度、粒子流能量分布等数据)，并将离子状态参数输入处理单元；处理单元通过与数据库对比获得对应离子状态的离子源工作状态参数(电压、气压)并输入自反馈控制单元；自反馈控制单元基于比例积分和微分算法(PID)，获得新的离子源工作参数(电压和工作气压)，将离子源的工作状态调整为新的离子源工作参数，通过上述过程的不断循环，直至离子源当前的离子状态参数与设定的离子状态参数一致，从而实现稳定的离子状态。
(3)本发明所述的离子源需要与真空腔体配合使用，包含了多重密封结构，通过在法兰上设置真空腔密封圈，实现了法兰与真空腔体之间的密封；由于真空腔体是连接在法兰上的，而进水管/出水管是要穿过法兰伸出至真空腔体的外侧的，因此，将绝缘套杆分成位于真空腔体内外的两部分，也是为了保证真空腔体的密封效果；通过设置第一密封圈，是为了实现进水管/出水管与真空腔体之间的密封；通过设置第二密封圈，是为了实现绝缘套杆与真空腔体之间的密封，第一密封圈和第二密封圈能够避免沿着管道进气。本发明通过设置多重密封结构，能够提高密封效果，保证离子源工作的稳定性。
(4)由于本发明所述的阳极模块与阴极模块要接入电流，因此，本发明设置了多重绝缘结构，一是在进水管/出水管设置了绝缘套杆，二是设置了阳极绝缘件，三是设置了外壳，这三面设计都是为了保证本发明所述的离子源的安全性。
附图说明
图1是本发明中离子源模块化设计原理图；
图2为本发明中离子源的结构示意图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为本发明中离子源的俯视图；
图5为本发明中阳极组件的结构示意图；
图6为图5沿着C-C向的剖视图；
图7为本发明中阴极组件的结构示意图；
图8为图7的B-B向剖面图；
图9为本发明中智能反馈模块的原理图。
其中：
1、外壳，2、法兰，3、阳极，4、中心阴极水冷组件，5、进气管，6、进气管密封压板，7、氟橡胶密封圈，8、阴极模块，9、真空腔密封圈，10、外阴极，11、磁座，12、磁体，13、中心阴极，14、外阴极压板，15、阳极水封焊接板，16、阳极主体，17、阳极绝缘件，18，阳极水冷组件，19、第二密封圈，20、固定件，21、第一绝缘套杆，22、离子出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1～图4所示的一种工业化真空镀膜用新型离子源，采用模块化设计，包括：磁场模块、阳极模块、阴极模块、水冷模块、布气模块和智能自反馈模块。
如图2和图3所示，该离子源还包括法兰2；所述阳极主体16、所述外阴极10和所述磁座11均与所述法兰相连。所述法兰2上安装有外壳1和真空腔密封圈9。法兰2用于将离子源固定到真空设备上，起到与真空腔体连接和支撑离子源的作用。法兰2上有密封槽，密封槽中安装有真空腔密封圈9，用于对真空腔进行密封。离子源使用过程中需要接入较大电流，为了避免人体不小心接触到受伤，本发明设置了一个外壳，起到保护的作用。
如图5和图6所示，所述阳极模块包括环形的阳极主体16。所述阳极主体16上设置有多个阳极绝缘件17，阳极绝缘件17一方面起到绝缘的作用，另一方面起到支撑的作用。阳极绝缘件17分成第一绝缘件和第二绝缘件两部分，第一绝缘件连接在阳极主体16上，第二绝缘件与第一绝缘件连接后穿过阴极主体后抵住法兰，起到一个绝缘支撑的作用。阳极模块和阴极模块之间设有间隙。阳极主体16为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆方框，长边尺寸为1000-1500mm，短边尺寸为200-300mm，宽度为30-100mm，厚度为3-8mm，侧面斜坡与下表面的夹角为20-60°。阳极模块施加电压。
如图7和图8所示，所述磁场模块包括磁座11和安装在所述磁座11上的多个磁体12。所述外阴极10和所述中心阴极13作为所述磁场模块的磁轭。磁体12、磁轭和磁座11三部分构成磁场模块。其中，磁座11采用316L不锈钢材质。磁体12采用NbFeB永磁体材质。磁轭由材质为Q235A的中心阴极和外阴极充当。磁体12为长条形或着圆柱形，NbFeB永磁体产生的磁场在磁轭和阴极极靴的引导下，在离子出口22处形成稳定的磁场，阳极附近磁场0.20-0.26T左右，出口处磁场0.03～0.1T。
如图7和图8所示，所述阴极模块包括外阴极10和中心阴极13；所述外阴极10包括开设有凹槽的外阴极主体和安装在所述外阴极主体开口处的环形的外阴极压板14；所述阳极主体16和所述磁场模块均位于所述凹槽中，且所述磁场模块位于环形的阳极主体16的中间位置；所述中心阴极13固定在所述磁场模块上，且与所述磁体12相接触；所述外阴极压板14套设在所述中心阴极13的外侧。所述中心阴极13的外周设有第一斜面，所述外阴极压板14的内周设有第二斜面，所述第一斜面与第二斜面形成离子出口。所述离子出口22为环状，且其沿所述中心阴极厚度方向的截面为楔形。阴极模块接地。中心阴极13、外阴极10和法兰2，三个部件是短接的。金属材质的磁座11与法兰2连接，磁座11与中心阴极13连接，磁体12、磁座11、中心阴极13、法兰2与外阴极10短接。
本发明依据模拟和仿真结果结合实际离子束参数测量，优化阳极模块和阴极模块(厚度、角度、距离)和磁场模块(磁体的厚度、磁体的磁感应强度)，最终实现在流动气体、阳极和阴极电势差、以及交叉电磁场所形成的霍尔电流的共同加速下，高能量的离子束被引出离子源，同时避免离子束对阴极和阳极模块的作用。其中，中心阴极13为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆，长边尺寸为800-1300mm，短边直径为50-200mm，侧面斜坡(即第一斜面)与下表面的夹角为20-60°。环形的外阴极压板14为侧面带斜坡的矩形方框，长边1300-1800mm、短边200-500mm、宽度20-80mm、厚度为3-8mm、侧面斜坡(即第二斜面)与下表面的夹角为20-60°、中心阴极13和阳极主体16的水平间距为2-30mm、外阴极10和阳极主体16的垂直间距为3-20mm。
外阴极压板14与中心阴极13之间具有缝隙。外阴极压板14，一方面用于控制中心阴极13和外阴极10的高度差，使外阴极压板与外阴极主体形成的外阴极的和中心阴极在图3中的左侧表面在同一个纵向平面上，另一方面通过设置一个斜面，与中心阴极13的斜面相对应，两个斜面围成一个截面为倒梯形面的环状的离子出口22。离子出口22的形状会影响磁场以及影响等离子体的分布，如果离子打到离子源本身，就会发生溅射，使离子源上的一些材料进入真空腔体，对真空腔体及使用过程造成污染。本发明通过设计一个环形的、截面呈楔形的离子出口22，能够保证离子源产生的等离子体不会打到离子源本身(阴极、阳极)，能够顺利从离子出口22发射出。磁轭，起到导磁的作用，束缚磁力线、引导磁力线。外阴极与中心阴极，相当于磁轭。中心阴极13和外阴极10作为磁轭分别与磁体接触，将磁力线导向两个方向，形成磁路，在离子出口22处形成一个磁场。通过对离子出口22的形状和中心阴极与外阴极的高度进行设计，能够对磁感线的分布进行调整。
如图3所示，该离子源还包括水冷模块。考虑到离子轰击时会导致温度升高，各个密封结构在温度过高时会变形，密封效果会失效，而且磁体在温度过高时，磁性能会衰竭很厉害，因此，本发明利用水冷模块，对阳极、磁场模块和中心阴极进行冷却。水冷模块由冷却循环水机和水冷管道组成，冷却方式为直接水冷和间接水冷。对阳极模块设计空心水冷夹层进行直接水冷；中心阴极和磁场模块的磁座通过密封形成闭合腔体，内部通入冷却水进行直接水冷；其他部件通过和水冷部件接触来间接水冷。其中，冷却水温度为25-28℃、水压为2-2.5kg/cm2、流速为10-15L/min。
具体地说，所述水冷模块包括阳极水冷组件18和中心阴极水冷组件4；所述阳极水冷组件18包括设置在所述阳极主体16内部的第一水冷管道和与所述第一水冷管道两端相连的第一进水管与第一出水管；所述中心阴极水冷组件4包括设置在所述磁座11中的第二水冷管道和与所述第二水冷管道两端相连的第二进水管与第二出水管。磁座11上开设有第二水冷管道。中心阴极水冷组件4，先对磁座11水冷，传递给磁体12，再传递给中心阴极13。所述第一进水管和所述第一出水管上均套设有绝缘套杆；所述绝缘套杆包括第一绝缘套杆21和第二绝缘套杆；所述第一绝缘套杆21外侧套设有固定件20，所述固定件20与所述法兰2相连，起到很好的固定作用。所述第一绝缘杆21与所述第二绝缘杆之间设置有第一密封圈；所述第二绝缘杆的外侧套设有第二密封圈19。所述第一进水管和所述第一出水管均焊接在所述阳极主体上；所述阳极主体上设置有阳极水封焊接板15。所述外阴极10上设置有多个水管过孔；所述第一进水管、所述第一出水管、所述第二进水管和所述第二出水管分别从一个所述水管过孔中穿出后与所述法兰2相连。
在一些实施方式中，该离子源还包括布气模块，用于调节离子源内部的气体流量、气体流速和气体压力。所述布气模块包括进气管和多个气孔；所述进气管与所述离子源内部的气道相连通，且所述进气管安装在所述法兰2上；所述法兰2上设置有进气管过孔，所述进气管与所述进气管过孔之间设置有氟橡胶密封圈7；所述进气管上套设有进气管密封压板6；所述多个气孔分布在所述外阴极10、所述阳极主体16和所述磁座11上。布气模块，用于对阳极模块和阴极模块组成的金属腔体进行供气，并在外阴极10表面、阳极主体16表面和磁座11布置气孔，气孔为圆柱型，直径为2-5mm，数密度为10-30个/m2。通过控制气孔尺寸、形状和数量使得气流、气压均匀分布，气体流量为30-100sccm。
如图9所示，本发明所述离子源具有智能反馈模块，包括离子监测单元、处理单元和自反馈控制单元。智能反馈模块用于实时获取离子源工作状态下的离子状态参数，根据离子状态参数确定离子源工作参数，并利用PID算法对离子源工作参数进行调整，使离子状态参数与设定的离子状态参数相同。
其中，离子监测单元直接通过传感器获得离子源工作状态下的离子参数(电子和离子的能量、温度和密度)和离子源工作参数(气压、电压和温度)并把信息传给处理单元；处理单元把离子状态参数、工作参数以及设定的离子状态参数和相应数据库对应的工作参数传输给自反馈控制单元；自反馈控制单元依据比例积分和微分算法(PID)对实际工作参数进行调整，从而控制输入端工作参数，包括具体的工作电压和工作气压；整个过程循环往复，直到实时离子状态参数与希望得到的离子状态参数即设定值一致。
所述比例积分和微分算法(PID)为：
PID＝Uk+KP*[E(k)-E(k-1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]；
其中，Uk为实时测到的离子源工作参数(电压或工作气压)；KP、KI、KD为自反馈控制系数；E(k)是本次采样后偏差，E(k-1)是上一次采样后偏差，E(k-2)是上两次采样后偏差。
本发明的工作原理为：
本发明所述的离子源，在阴极模块和阳极模块构造的阴阳极间施加电压，气体发生辉光放电，电离产生电子和离子。利用磁场模块产生的磁场和阴阳极间的电场形成正交的电磁场，对电离后的电子进行束缚，限制电子的运动范围，延长电子的运动轨迹，使之在一个固定的区域内呈旋轮漂移运动，从而增加了电子与气体原子的碰撞几率，提高气体的离化率。考虑到离子轰击时会导致温度升高，各个密封结构在温度过高时会变形，密封效果会失效，而且磁体在温度过高时，磁性能会衰竭很厉害，因此，本发明利用水冷模块，对阳极、磁场模块和中心阴极进行冷却。利用布气模块，在离子源系统中引入气体，并控制气体的分布和气压，气体在电场和磁场的共同作用下发生电离，产生离子束；同时气体的流动对离子产生一个推力，推动离子从离子出口处发射出去。依据模拟和仿真结果结合实际离子束参数测量，优化阳极模块和阴极模块(厚度、角度、距离)和磁场模块(磁体的厚度、磁体的磁感应强度)，最终实现在流动气体、阳极和阴极电势差、以及交叉电磁场所形成的霍尔电流的共同加速下，高能量的离子束被引出离子源，同时避免离子束对阴极和阳极模块的作用。智能自反馈模块的离子监测单元依靠原位检测单元获得离子状态参数(离子状态参数包括离子流密度、离子束宽度、粒子流能量分布等数据)，并将离子状态参数输入处理单元；处理单元通过与数据库对比获得对应离子状态的离子源工作状态参数(电压、气压)并输入自反馈控制单元；自反馈控制单元基于比例积分和微分算法(PID)，获得新的离子源工作参数(电压和工作气压)，将离子源的工作状态调整为新的离子源工作参数，通过上述过程的不断循环，直至离子源当前的离子状态参数与设定的离子状态参数一致，从而实现稳定的离子状态。影响磁场的因素有很多，不仅有磁感应强度，还有磁轭的形状，阴极与阳极之间的距离等，磁场分布不合理，会导致离子轰击外阴极或阳极。本发明所述的离子源，通过对离子出口进行设计，能够使大量离子聚集在离子出口处，在布气模块产生的气体的推力作用下，向外发射，不会发生阳极离子溅射。
下面以两个具体实施例介绍下本发明所述的离子源：
实施例1
在本实施例中，阳极主体16为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆方框，长边尺寸为1000mm、短边为200mm、宽度为30mm、厚度为3mm、侧面斜坡与下表面的夹角为20°。中心阴极13为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆，长边尺寸为940mm、短边直径120mm、侧面斜坡与下表面的夹角为20°。环形的外阴极10为侧面带斜坡的矩形方框，长边尺寸为1080、mm、短边为280mm、宽度为30mm、厚度为3mm、侧面斜坡与下表面的夹角为20°、中心阴极13和阳极主体16的水平间距为10mm、外阴极10和阳极主体16的垂直间距为10mm。采用NbFeB永磁体的磁体12为长条形，磁体12产生的磁场在磁轭和阴极极靴的引导下，在离子出口22处形成稳定的磁场，阳极附近磁场0.2T左右、离子出口22处磁场0.05T。冷却模块中流动的冷却水的温度为25℃、水压为2kg/cm2、流速为10L/min。布气模块中的气孔为圆柱型，直径为2mm，数密度为30个/m2，Ar气流量为30sccm。该离子源能够对离子状态参数进行测量并实时显示，并根据测量值对电源输入参数和气体流量和气压等进行反馈调节。本实施例中设计的离子源的发射离子束流为2.5A、能量为1500-1800eV、最大放电电流>15mA/cm2、最大放电电压>3500V DC Pulse、寿命>1000h。
实施例2
在本实施例中，阳极主体16为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆方框，长边尺寸为1200mm、短边为250mm、宽度为20mm、厚度为3mm、侧面斜坡与下表面的夹角为30°。中心阴极13为侧面带斜坡的竖线矩形椭圆，长边1144mm、短边直径194mm、侧面斜坡与下表面的夹角为20°；环形的外阴极10为侧面带斜坡的矩形方框，长边1256mm、短边306mm、宽度20mm、厚度为3mm、侧面斜坡与下表面的夹角为30°、中心阴极13和阳极主体16的水平间距为8mm、外阴极10和阳极主体16的垂直间距为8mm。采用NbFeB永磁体的磁体为长条形，NbFeB永磁体产生的磁场在磁轭和阴极极靴的引导下，在离子出口22处形成稳定的磁场，阳极附近磁场0.2T左右、出口处磁场0.05T。冷却模块中流动的冷却水温度为28℃、水压为2.5kg/cm2、流速为10L/min。布气模块中的气孔为圆柱型、直径为3mm，数密度为30个/m2，Ar气流量为30sccm。该离子源对离子状态参数进行测量并实时显示，并根据测量值，对电源输入参数和气体流量和气压等进行反馈调节。本实施例中设计的离子源的发射离子束流为3A、能量为1400-1900eV、最大放电电流>13mA/cm2、最大放电电压>4000V DC Pulse、寿命>1500h。
综上所述，本发明所述的离子源系统能够产生大面积与高稳定性、高均匀性的离子束，满足现代高端制造业的应用需求，适应工业化应用。
以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，该离子源包括：磁场模块、阳极模块、阴极模块和智能反馈模块；
所述磁场模块包括磁座和安装在所述磁座上的磁体；
所述阳极模块包括环形的阳极主体；
所述阴极模块包括外阴极和中心阴极；所述外阴极包括开设有凹槽的外阴极主体和安装在所述外阴极主体开口处的环形的外阴极压板；所述阳极主体和所述磁场模块均位于所述凹槽中，且所述磁场模块位于环形的阳极主体的中间位置；所述外阴极和所述中心阴极作为所述磁场模块的磁轭；所述中心阴极固定在所述磁场模块上，且与所述磁体相接触；所述外阴极压板套设在所述中心阴极的外侧；所述中心阴极的外周设有第一斜面，所述外阴极压板的内周设有第二斜面，所述第一斜面与第二斜面形成离子出口；
所述智能反馈模块，用于实时获取离子源工作状态下的离子状态参数，根据离子状态参数确定离子源工作参数，并利用PID算法对离子源工作参数进行调整，直至离子状态参数与设定的离子状态参数相同。
2.根据权利要求1所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
该离子源还包括水冷模块；
所述水冷模块包括阳极水冷组件和中心阴极水冷组件；
所述阳极水冷组件包括设置在所述阳极主体内部的第一水冷管道和与所述第一水冷管道两端相连的第一进水管与第一出水管；
所述中心阴极水冷组件包括设置在所述磁座中的第二水冷管道和与所述第二水冷管道两端相连的第二进水管与第二出水管。
3.根据权利要求2所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
该离子源还包括法兰；
所述阳极主体、所述外阴极和所述磁座均与所述法兰相连。
4.根据权利要求3所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
该离子源还包括布气模块；
所述布气模块包括进气管和多个气孔；
所述进气管与所述离子源内部的气道相连通，且所述进气管安装在所述法兰上；所述法兰上设置有进气管过孔，所述进气管与所述进气管国控之间设置有氟橡胶密封圈；所述进气管上套设有进气管密封压板；
所述多个气孔分布在所述外阴极、所述阳极主体和所述磁座上。
5.根据权利要求1所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述离子出口为环状，且其沿所述中心阴极厚度方向的截面为楔形。
6.根据权利要求1所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述智能反馈模块包括离子监测单元、处理单元和自反馈控制单元；
所述离子监测单元，用于获取离子源工作状态下的离子状态参数，并将获取的数据发送至所述处理单元；
所述处理单元，用于根据离子状态参数确定离子源工作参数，并将离子状态参数、离子源工作参数和设定的离子状态参数发送至所述自反馈控制单元；
所述自反馈控制单元，用于采用比例积分和微分算法对离子源工作参数进行调整，直至离子状态参数与设定的离子状态参数相同。
7.根据权利要求3所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述第一进水管和所述第一出水管上均套设有绝缘套杆；所述绝缘套杆包括第一绝缘套杆和第二绝缘套杆；所述第一绝缘套杆外侧套设有固定件，所述固定件与所述法兰相连；所述第一绝缘杆与所述第二绝缘杆之间设置有第一密封圈；所述第二绝缘杆的外侧套设有第二密封圈；
所述第一进水管和所述第一出水管均焊接在所述阳极主体上；
所述阳极主体上设置有阳极水封焊接板。
8.根据权利要求7所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述外阴极上设置有多个水管过孔；
所述第一进水管、所述第一出水管、所述第二进水管和所述第二出水管分别从一个所述水管过孔中穿出后与所述法兰相连。
9.根据权利要求3所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述阳极主体上设置有多个阳极绝缘件。
10.根据权利要求3所述的工业化真空镀膜用新型离子源，其特征在于，
所述法兰上安装有外壳和真空腔密封圈。
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