CN201409253Y - 一种阳极层线性离子源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于离子束，具体涉及一种适用于离子束清洗和离子束刻蚀的阳极层线性离子源。它包括阴极底板，阴极底板上固定有阴极框，阴极框的顶部固定有阴极外顶板和阴极内顶板，所述的阴极外顶板与阴极内顶板之间设有一开口，阴极内顶板与阴极底板之间设有磁钢，在磁钢的两侧分别设有水冷阳极。本实用新型的优点是，在环形阳极和放电槽置通过绝缘紧固件把阳极悬浮屏蔽罩与阴极和阳极绝缘开。由于悬浮电位的存在，能有效的减少在放电槽内的有害放电。在放电槽内磁钢两侧增加挡板，减少放电对磁钢的损害，消除了磁钢退磁的隐患。
Description
技术领域
本发明属于离子束，具体涉及一种适用于离子束清洗和离子束刻蚀的阳极层线性离子源。
背景技术
阳极层霍尔等离子体加速器是众多离子源的一种，工业上称为阳极层离子源。人们尝试使用这种离子源用于光学表面处理，并且取得了很好的成果。确定了这种离子源用于工业上的优势。阳极层离子源可用于离子刻蚀、离子清洗和离子束辅助沉积等工艺。从阳极层离子源引出的离子轰击基体表面起到清洗、活化和强化材料表面及消除静电的作用，荷能离子与成膜粒子相互碰撞能将部分能量传递给成膜粒子，载能粒子沉积在基体表面形成致密的膜。工业上应用的这种离子源不需要电子发射器(如灯丝、空心阴极等)，所以尤其适合于放电气体中含有氧、氢以及带有腐蚀性气体的工况，可以避免因电子发射器烧毁而缩短寿命的缺点。阳极层离子源离子束流密度很高，离子束能量范围很宽，并且其结构简单，设计成本低，因此这种离子源已广泛应用于工业镀膜中，其工作原理为，在离子源阳极附近磁力线和电力线几乎是正交的，这种交叉电磁场的存在捕获了电子，这些电子绕磁力线旋转并且在阳极附近区域内作角向漂移，形成霍尔电流，从而增加了电子与中性气体分子或原子的碰撞几率，提高了气体的离化率。在阳极表面附近区域由于电子和中性气体碰撞电离形成了等离子体，其中离子在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，从离子源下游引出。由于离子的产生和加速发生在阳极附近的一个狭小的区域，所以把这种离子源叫做阳极层离子源。
目前现有的阳极层离子源的阴极槽内的放电量较大并且离子对阴极壁的刻蚀现象严重，从而造成阴极的使用寿命短的缺点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够有效减少阴极槽内的放电，减少离子对阴极壁的刻蚀，延长阴极使用寿命的阳极层线性离子源。
本实用新型是这样实现的，一种阳极层线性离子源，它包括阴极底板，阴极底板上固定有阴极框，阴极框的顶部固定有阴极外顶板和阴极内顶板，所述的阴极外顶板与阴极内顶板之间设有一开口，阴极内顶板与阴极底板之间设有磁钢，在磁钢的两侧分别设有水冷阳极。
在所述的水冷阳极的上部设有水冷通路。
在所述的水冷阳极外部还设有阳极悬浮屏蔽罩。
所述的阳极悬浮屏蔽罩固定在绝缘紧固件上，绝缘紧固件穿过阴极底板并固定在阴极底板上。
在所述的磁钢的两侧设有挡板。
在所述的阴极框的外侧固定有供气装置。
所述的供气装置包括导管，导管上开有供气孔。
本实用新型的优点是，在环形阳极和放电槽置通过绝缘紧固件把阳极悬浮屏蔽罩与阴极和阳极绝缘开。由于悬浮电位的存在，能有效的减少在放电槽内的有害放电。在放电槽内磁钢两侧增加挡板，减少放电对磁钢的损害，消除了磁钢退磁的隐患。
附图说明
图1为本实用新型所提供的一种阳极层线性离子源示意图；
图2为阳极层线性离子源磁离线分布示意图；
图3为供气装置示意图。
图中，1阴极底板，2阴极框，3供气装置，4阴极外顶板，5阳极悬浮屏蔽罩，6水冷阳极，7水冷通路，8阴极内顶板，9磁钢，10绝缘紧固件，11挡板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做详细描述：
如图1所示，一种阳极层线性离子源，它包括阴极底板1，阴极底板1上固定有阴极框2，阴极框2的顶部固定有阴极外顶板4和阴极内顶板8，所述的阴极外顶板4与阴极内顶板8之间设有一开口，阴极内顶板8与阴极底板1之间设有磁钢9，在磁钢的两侧分别设有水冷阳极6。在所述的水冷阳极6的上部设有水冷通路7。在所述的水冷阳极6外部还设有阳极悬浮屏蔽罩5。所述的阳极悬浮屏蔽罩5固定在绝缘紧固件10上，绝缘紧固件10穿过阴极底板1并固定在阴极底板1上。在所述的磁钢9的两侧设有挡板11。在所述的阴极框2的外侧固定有供气装置3。所述的供气装置3包括导管，导管上开有供气孔，其中，供气孔的数目可根据实际需要进行确定，在本实施例中选择8个供气孔。
如图1所示，阳极层线性离子源的阴极是由阴极底板1，阴极框2，阴极外顶板4，阴极内顶板8组成一环形放电槽。各部件通过紧固螺钉进行连接。其中阴极外顶板4和阴极内顶板8形成一开口，环形阳极6置于放电开口下方，在这一区域内，离子束流被引出。
在环形阳极6和放电槽置通过绝缘紧固件10把阳极悬浮屏蔽罩5与阴极和阳极绝缘开。由于悬浮电位的存在，能有效的减少在放电槽内的有害放电。
磁钢9、阴极底板1、阴极框2、阴极外顶板4和阴极内顶板8形成一磁路，在阴极放电开口处形成一磁镜。磁钢9采用永磁体材料。阴极采用高导磁材料。磁钢和阴极形成一环形槽结构，在阳极前方有一闭环开口。磁钢及阴极在阳极前方这一开口处形成磁场。通过合理设计开口处阴极结构，减少离子对阴极壁的刻蚀，延长阴极使用寿命。阳极采用非导磁不锈钢材料。阳极悬浮屏蔽罩位于阳极与放电槽之间。用以减少槽内放电。供气方式采用气体直接在阴极与阳极前端缝隙处供气。
阳极与阴极之间阳极悬浮屏蔽罩5。屏蔽罩采用绝缘陶瓷与阴极隔离开，采用悬浮结构有利于减少槽内放电。
阴极材料全部选用高导磁材料。减少磁场在空间泄漏。在阴极放电开口形成的磁场强度达到5000Gs。同时水冷阳极6和阳极悬浮屏蔽罩5选用非导磁性材料不锈钢，以减少对阴极在放电口形成的磁场位形的影响，通过改变放电开口尺寸的大小，能够形成合理的磁场位形。采用合理的坡口尺寸，能够使得开口处的磁镜达到3∶1以上，能够有效的约束离子，以其减少对阴极壁的轰击，延长离子源的使用寿命。在放电槽内磁钢两侧增加挡板，减少放电对磁钢的损害，消除了磁钢退磁的隐患。
如图3所示，供气装置3为喷嘴式供气，导管直径远大于供气孔直径，减少各个供气孔的气体流量差异。在结构上所供给气体直接在阴极与阳极前端缝隙处供气。有利于工作气体的利用率。
为了降低阴极温度，可对阴极进行水冷却。采用焊接水冷管或采用螺钉固定的方法，都能满足要求。
Claims (7)
1.一种阳极层线性离子源，它包括阴极底板(1)，阴极底板(1)上固定有阴极框(2)，阴极框(2)的顶部固定有阴极外顶板(4)和阴极内顶板(8)，其特征在于：所述的阴极外顶板(4)与阴极内顶板(8)之间设有一开口，阴极内顶板(8)与阴极底板(1)之间设有磁钢(9)，在磁钢的两侧分别设有水冷阳极(6)。
2.如权利要求1所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：在所述的水冷阳极(6)的上部设有水冷通路(7)。
3.如权利要求1或2所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：在所述的水冷阳极(6)外部还设有阳极悬浮屏蔽罩(5)。
4.如权利要求3所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：所述的阳极悬浮屏蔽罩(5)固定在绝缘紧固件(10)上，绝缘紧固件(10)穿过阴极底板(1)并固定在阴极底板(1)上。
5.如权利要求1所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：在所述的磁钢(9)的两侧设有挡板(11)。
6.如权利要求1所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：在所述的阴极框(2)的外侧固定有供气装置(3)。
7.如权利要求6所述的一种阳极层线性离子源，其特征在于：所述的供气装置(3)包括导管，导管上开有供气孔。
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