[發明專利]一種雙頻離子源

有效

• 申請號: 201310197028.4
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103247504A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 王朝陽;宮睿
• 申請（專利權）人: 無錫啟暉光電科技有限公司
• 主分類號: H01J27/20
• 分類號: H01J27/20;H01J37/147
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種離子源，具體是一種射頻離子源。

背景技術

近年來，離子束輔助沉積（IAD）技術已被普遍應用在現代高質量、高難度、高效率的光學鍍膜生產中。離子束輔助沉積是在氣相沉積鍍膜的同時，利用高能粒子轟擊薄膜沉積表面，改善膜的致密度及膜的結構，從而提高膜的折射率等光學特性。離子源作為離子束輔助沉積的裝置，在改變沉積薄膜成分結構的過程中起著決定性作用。輔助鍍膜離子源按照離子加速方式一般分為有柵離子源和無柵離子源。

在無柵離子源中，常用的有霍爾離子源、APS離子源、潘寧離子源、陽極層離子源等。無柵離子源因為不需要柵網具有電源及結構簡單的優點，而且通過進行異型磁場的設計，使等離子體源的離子拔出效率大為提高，在較小的放電功率下（～4KW）就能得到最大離子流密度500μA/?cm²。無柵離子源中最具有代表性的是德國萊寶公司研制的APS離子源，APS離子源以及其他類似的無柵離子源，存在著能量較低（離子能量：20-200eV）、使用成本高（昂貴的LaB6材料）等缺點。

在有柵離子源中，常用的有考夫曼（Kaufman）離子源、射頻（RF）離子源、微波離子源等。其中，射頻離子源是目前光學鍍膜使用離子源的主流，如圖1所示，其放電室內無燈絲作為陰極,?而是采用磁感應產生等離子體，從而延長穩定工作時間，并且降低離子束中的雜質；利用柵極對等離子體加速，其中柵極包括屏柵、加速柵及接地柵三層結構，并采用中和器進行強迫中和。目前國外以美國Veeco公司的射頻離子源最具有代表性，它的優點是：柵極加速能量大，離子可聚束，能量調節范圍寬，適用于反應氣體。缺點是：結構復雜、價格昂貴，穩定性差，柵極需要經常清洗，離子束流低，以及離子能量的分布較寬不均勻等。國內也有許多單位在研究射頻離子源，如中科院等離子物理研究所、東北大學、中國工程物理研究院，但他們基本上處在研制階段，穩定性差，尚沒有商品化。

發明內容

本發明針對現有射頻離子源技術存在的缺陷，提供一種雙頻離子源，可以有效提高離子束流，改善粒子能量均勻性，減少柵極清洗頻度。

本發明所述的一種雙頻離子源，包括背板、放電室、柵極和中和器，所述放電室的后端由背板遮蓋封閉，背板上設有氣體輸入孔，柵極安裝在放電室前端，中和器設置在柵極等離子體發射口處；所述放電室為圓筒式并分為兩段，前段為小直徑段，后段為大直徑段，在兩段放電室外緣設置兩級射頻感應線圈。

所述兩級射頻感應線圈連接兩個獨立的電源，其中一個頻率是60兆赫，對應的射頻感應線圈繞在放電室小直徑段，另一個頻率是13.6兆赫，對應的射頻感應線圈繞在放電室大直徑段。

作為改進，60兆赫的線圈匝數為6匝，匝間距離為10mm，13.6兆赫匝數為4匝，匝間距離為8mm，兩個線圈外均裹有1mm厚的絕緣層，感應線圈選用銅管，內部通有去離子水冷卻。

作為改進，所述小直徑與大直徑的直徑之比為D₁：D₂=1：1.2。

作為改進，在放電室大直徑段后部接近背板處平行設置均氣用的屏蔽板。

作為改進，所述放電室壁材料選用小復合系數的石英。

作為改進，在背板外部開有一環形水槽并通入冷卻水。而柵極采用包括引出柵、加速柵和抑制柵的三柵離子光學系統。

本發明的雙頻離子源采用的是兩個獨立的電源，一個頻率是60兆赫，另一個頻率是13.6兆赫。這樣的頻率和機構使離子源可以在0.001?Pa的低壓下正常工作，使鍍膜時的工藝范圍更寬。

本發明的雙頻離子源的工作氣體為氧氣，氬氣、氮氣等也可作為工作氣體。通過送氣系統，使工作氣體穿過屏蔽板均勻、快速的向放電室擴散開。60兆赫和13.6兆赫的兩獨立射頻功率，經過阻抗匹配網絡分別傳輸到細端和粗端的放電室的感應線圈上，最終分別耦合到兩個放電室內。當射頻電流經過感應線圈時，產生軸向的射頻磁場，該磁場隨時間的變化而產生渦旋周向電場。該感應電場加速放電室內的電子，使其與氣體粒子發生碰撞并電離，從而產生并維持等離子體。加速柵極采用包括引出柵、加速柵和抑制柵的三柵離子光學系統，屏極上有多個小孔，在放電等離子體邊界就會形成等離子體雙鞘層。離子通過該彎月面鞘層發射電子，經過離子光學系統的聚焦加速形成離子束。該離子束也必須通過中和器進行強迫中和，中和器除了中和作用外，也能可靠提供低壓離子源的點火起弧。