[實用新型]一種能輸出單一離子能量的離子束發射源

無效

• 申請號: 200820029301.7
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號: CN201217686Y
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 徐均琪;杭凌俠;彌謙;蘇俊宏;朱昌;嚴一心
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;H01L21/3065;C23F4/00;H01J37/08
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司
• 代理人: 黃秦芳

技術領域：

本實用新型涉及一種用在光學真空離子束輔助鍍膜機或離子束刻蝕設備中的離子束發射源(離子源)裝置，特別涉及一種能輸出單一離子能量的離子束發射源。

背景技術：

在薄膜技術領域，離子束輔助(IBAD)是一種將薄膜沉積(主要為物理氣相沉積)與離子轟擊融為一體的光學表面鍍膜技術，通常是在高真空蒸發室中利用離子源所產生的荷能離子束轟擊正在進行薄膜沉積的襯底材料，從而獲得一定效果的薄膜。一般而言，離子束輔助鍍膜技術克服了物理氣相沉積和離子轟擊各自的缺點，因而頗具特色。該技術可以改善薄膜的性能，實現普通熱蒸發工藝無法獲得的效果，自上世紀80年代以來一直受到人們的普遍重視，目前仍是廣泛采用的一種成熟的光學薄膜制備技術。世界上一些發達國家，如美國、日本等國都對此予以高度的重視。離子束輔助鍍膜技術已經成功用于制備一系列的硬質薄膜、光學薄膜、單晶薄膜、類金剛石薄膜和超導薄膜，并在改善材料的光學性能、機械性能、電磁學性能以及抗化學腐蝕性能上取得了令人矚目的研究成果。

離子束輔助沉積工藝的主要過程是在鍍膜前先用一定能量的離子束轟擊基底，以凈化表面，使表面污染的碳氫化合物分解除去，同時使基底表面溫度升高，提供活化表面以利于薄膜成核。在鍍膜過程中，再用適當的荷能離子轟擊正在生長的薄膜，從而改變了成膜環境。此時，由于外來離子對凝聚中粒子的動量傳遞，使得膜料粒子在基底表面的遷移率增加，并因此影響了粒子的凝結速率及生長速率，從而導致薄膜的堆積密度接近于1，大幅度提高了膜層在基底上的附著力。同真空熱蒸發技術相比，離子輔助鍍膜技術提高了薄膜的填充密度和附著力，并保持了真空熱蒸發鍍膜技術能夠方便、迅速地制備各種薄膜的優點。離子束輔助沉積可以大大的改善薄膜的性能。它不僅可以增加薄膜的聚集密度，消除薄膜柱狀晶體結構，提高薄膜的致密性，還可以提高薄膜光學常數的穩定性和均勻性，改善薄膜的化學計量比等。因此該技術已經成為生產高質量薄膜的首選方法，也是目前光學加工行業普遍采用的薄膜沉積方法。

另外，離子束刻蝕與濺射也是真空領域中的兩種重要技術。離子束刻蝕(或離子束減薄)可以實現樣品或零件表面原子級去除、不僅僅用在化學試樣表面分析，光學表面無損傷離子束加工，還用于刻蝕靶材表面，實現濺射沉積。

在這些應用過程中，離子束發射源，簡稱離子源是離子束輔助沉積或離子束刻蝕、濺射沉積的核心部件。離子源的作用是提供具有一定束流強度的離子束，目前廣泛應用于光學、微電子、材料研究及工業生產的各個領域。

國內外圍繞離子源及其參數等已經進行了大量的研究。目前，離子束輔助沉積鍍膜主要包括考夫曼(Kaufman)離子源、射頻離子源、冷陰極離子源和霍爾離子源等。它們的放電方式各有不同，分別適用于不同的場合，但也存在各種各樣的缺點，其中所有離子源普遍存在的一個缺點是：輸出的離子束中的離子并非具有單一能量，而是形成很寬的能帶，具有一定的離子能譜。這是由氣體放電的特性決定的，不進行過濾或選擇的離子束，必然包含各種能量的離子。大量的研究結果表明，用于輔助沉積的離子能量大小嚴重影響著薄膜的微觀結構和性能。過小的離子能量，難以充分發揮離子束輔助的效力，離子能量過高時，產生的熱尖峰效應甚至足以使薄膜晶相發生變化；過大的離子能量，也會破壞薄膜的結構，對形成的薄膜產生強烈的濺射作用，以至于薄膜無法生長。

以冷陰極離子源為例，它包括一個氣體放電室，該氣體放電室內設置有陽極、陰極和柵極。該種離子源所提供的粒子束中過高或過低能量的離子占有一定的比重，使薄膜沉積過程的離子行為變得難以控制，對薄膜質量具有較大的影響，難以實現離子束輔助的重復性。

實用新型內容：

本實用新型的目的是提供一種能發射單一能量的離子束發射源，以克服現有技術存在的引出的離子并非具有單一能量，對薄膜質量影響較大，難以實現離子束輔助的重復性的問題。

為達到上述目的，本實用新型提供了一種能輸出單一離子能量的離子束發射源，包括氣體放電室，該氣體放電室中包括陽極、陰極和引出柵極板，其特殊之處在于：在引出柵極板一側依次設置有聚焦磁場產生單元、離子能量選擇器和擴束磁場產生單元；所述離子能量選擇器包括相對設置的上磁極板、下磁極板以及相對設置的第一電極板和第二電極板構成選擇筒，上磁極板、第一電極板、下磁極板和第二電極板之間夾設有極板絕緣件，所述上磁極板和下磁極板之間通過極靴連接有位于選擇筒外側的主勵磁線圈，第一電極板和第二電極板上分別導通連接有第一電極和第二電極；選擇筒的兩端分別設置有以入口絕緣件和出口絕緣件相隔的入口蓋板和出口蓋板，入口蓋板和出口蓋板中部設置有能帶限制通孔。