[實用新型]霍爾型離子源

無效

• 申請號: 200620137860.0
• 申請日: 2006-09-28
• 公開（公告）號: CN201160064Y
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 楊東升;王瓊先;葉軍;何欣
• 申請（專利權）人: 北京鐠瑪時代科技有限公司
• 主分類號: H01J27/02
• 分類號: H01J27/02;H01J37/08;C23C14/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種離子束產生裝置。尤其涉及一種霍爾型離子源，其在真空環境下，通入氣體獲得低能大束流的離子束，適用于工業離子束輔助沉積鍍膜工藝。

背景技術

離子源早期被研究用于空間推進之用，目前已用于真空鍍膜離子束輔助沉積(IAD)過程。在離子束輔助鍍膜過程中，離子源發射出的離子束投射到基片上，對薄膜表面進行轟擊，使得沉積薄膜的密度增加，改善薄膜的生長模式，其工作范圍在10^-2Pa數量級。

美國專利4862032介紹了一種端霍爾離子源(End-Hall?Ion?Source)。離子源典型工作原理為：陰極燈絲被加熱發射熱電子，在電場作用下，電子由陰極向陽極遷移，電子與中性原子或分子發生碰撞使其離化，離子在電場作用下，向陰極發射，與此同時，正離子吸引陰極燈絲發射的部分熱電子，從而形成等離子體。在這種典型無柵離子源中，在陰極區域施加磁場，進一步提高電子與中性原子或分子的碰撞幾率，提高離化率，即提高離子源的工作效率，發射出高束流等離子體。

圖1示出了美國專利4862032描述的端霍爾離子源的外觀及內部結構。此種端霍爾離子源由陽極2、陰極燈絲3、氣路4，5、磁路6，7，8，9等主要部分組成。

圖2為端霍爾離子源工作原理。當離子源工作時，首先將陰極燈絲3加熱至熱電子發射溫度，然后由氣路5向放電區域饋入可離化的中性氣體(如氬氣，或氧氣等)。再給陽極2，10施以正電位。陰極3發射的熱電子在電場作用下向陽極遷移。由于受到磁場的作用，圍繞磁力線做螺旋運動，逐漸向陽極遷移。由此增加了電子與中性氣體原子或分子的碰撞幾率，提高氣體原子或分子的高化率。端霍爾離子源的磁場是由離子源中心下部的永久磁體或電磁體6產生，并與外殼8構成磁路，在放電區內，磁力線分布呈圓錐狀。電子將中性原子或離子離化產生新的離子和電子，電子繼續向陽極遷移，離子則在電場作用下向陰極發射，由于空間電荷的相互吸引，離子則吸引部分由陰極燈絲產生的電子，形成等離子體束，向離子源的上方發射。

由于電子受到磁力線的約束，在上述結構的端霍爾離子源工作時，陽極底部10接收到絕大部分電子，受到大束流高強度電子轟擊的陰極會急劇升溫，為此該種霍爾離子源的底部采用了M₀或W等難熔金屬材料制做陽極底部(或步氣板)，以防止離子源在工作時陽極被燒熔。

但是由于離子源很多情況下是在有反應氣體存在時工作，如在鍍制SiO₂、TiO_x等薄膜時，膜料將釋放出氧原子。同時為了得到標準成份的SiO₂或TiO_x還將向真空室內補充氧氣。在這種情況下，高溫工作的M₀或W將與氧反應生成氧化物。另外，M₀或W陰極受到電子或負離子的轟擊也可以發生刻蝕現象，被刻蝕的M₀、W對薄膜產生污染。

另外，如圖1所示，在離子源的內部結構中，除放電區外陽極與陰極之間存在著較大空間，陰陽極之間的距離大于氣體輝光放電的暗區距離，當離子源在較高電壓下工作時(如大于300V時)，在這些空間中會產生輝光放電，從而導致離子源不能正常工作直至毀壞。

另一方面，上述端霍爾離子源的外殼36相對于陽極處于負電位，當離子源在較高電壓工作時，正離子將對外殼的某些部位產生轟擊，造成刻蝕現象，從而對薄膜沉積引起污染。由于離子源的外殼36直接接地，與離子源的陽極構成回路，吸收離子束內的正離子減少離子束到達被鍍基片的數量，降低離子源的工作效率。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種新的離子源結構，克服上述離子源存在的缺點，如：離子源的壽命問題，即陽極污染問題。在上述結構下，電子轟擊下的陽極處于較高溫度，被加熱的陽極會與真空室內的反應氣體反應形成化合物絕緣層。降低了陽極的使用壽命，當陽極被反應刻蝕后，將對薄膜形成嚴重的污染。絕緣層使來自陰極的電子發散，導致放電區電子數量減少。即陽極表面有效電壓減少使放電區電子流量減少，等離子體穩定性差。此外，上述離子源在陰陽極之間的區域會產生輝光放電，從而導致離子源不能正常工作直至毀壞。

為此，本實用新型提供一種離子源，包括陽極，通過固定栓懸浮布置在陽極上方的陰極，以及用于將電、氣、冷卻介質引入到陽極和陰極中的電、氣、冷卻介質引入組件，其中由高導熱材料制成的所述陽極與所述電、氣冷卻介質引入組件直接相連，并且，所述陽極表面已采用導電薄膜進行改性。