[發明專利]一種可降低電子逃逸率的離子源

有效

• 申請號: 201810908015.6
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109065429B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 王鳴;陳剛
• 申請（專利權）人: 成都極星等離子科技有限公司
• 主分類號: H01J27/14
• 分類號: H01J27/14
• 代理公司: 成都樂易聯創專利代理有限公司 51269
• 代理人: 高煒麗

本發明公開了一種可降低電子逃逸率的離子源，包括陽極環、內陰極和外陰極，述陽極環、內陰極和外陰極均為軸對稱結構，外陰極的磁軛中部固定有軟磁柱，軟磁柱一端穿過陽極環的內孔中心并與內陰極的中部連接，所述內陰極的磁極靴上任意一處的縱截面形狀均與對應處外陰極的磁極靴縱截面形狀互為鏡像對稱，且內陰極的磁極靴與外陰極的磁極靴之間形成環形的陰極縫隙，所述陽極環正對于陰極縫隙的下方，所述外陰極的磁軛上設置有兩塊永磁體，兩塊永磁體關于軟磁柱對稱，且兩塊永磁體分別位于陽極環上相對兩側的正下方。本發明通過增加對稱的磁場，提高陰極縫隙處兩邊磁場分布的均勻度，可減小電子的逃逸率，有效降低電子對陰極磁極靴的轟擊概率。

技術領域

本發明涉及離子源設備技術領域，具體涉及一種可降低電子逃逸率的離子源。

背景技術

在PECVD(等離子體增強化學氣相沉積法)反應中通常會用到一種陽極層等離子源，在DLC沉積過程中，它用于離化惰性氣體如氬氣，或者直接離子化乙炔、丙酮等反應沉積氣體，使其形成離子流射入到反應真空腔體中，并增大沉積反應氣體的離子化率，進而提高DLC涂層中SP3的比例和沉積速率，實現沉積薄膜質量的提高以及沉積時間的縮短。

陽極層離子源最初是由運用于太空發動機度封閉漂移離子推進器發展而來，在陰極板上開出一個環形縫隙，在環形縫隙的下方設置一個環形的陽極，在陰極板的中心放置永磁體，并與陰極板的外圈形成磁軛。在陰極板與陽極之間施加電場時，可使環形縫隙處形成正交的電場與磁場。電磁場的疊加影響了等離子體中帶電粒子的運動情況，尤其是電子，電磁場的作用是限制電子的運動范圍，延長了電子的運動軌跡，使電子約束在陰極板的環形縫隙處呈旋輪漂移運動，這樣電子就像是被封閉在了這個環形的“跑道”上，只能在這個環形封閉的“跑道”上周而復始地漂移。

大量的電子在“跑道”上漂移，形成了一個環形高密度電子云，當有氣體被注入到存在漂移電子云的環形跑道上時，惰性氣體分子與電子碰撞的幾率大大增加，因此惰性氣體分子會被高效地離子化。同時這個環形高密度電子云的存在使得在陽極板表面形成一個電勢梯度很高的陽極層，當惰性氣體在環形電子云中被離子化后，立刻就會被這個高電勢梯度推動并沿著陽極板表面的法線方向發射出去，從而成為PECVD反應所需要的高能帶電正離子。

現有的離子源在設計時都只是簡單的在陰極磁回路的一側設置永磁體或電磁鐵，這樣會導致在陰極磁極靴縫隙處的磁場分布不對稱，從而使電子在正交電磁場的跑道上漂移時所受內外側的約束力不對稱，容易出現大部分電子逃逸出封閉漂移跑道的現象，逃逸出的電子濺射在陰極磁極靴上，加大了陰極磁極靴的刻蝕，同時陰極磁極靴本身材料因濺射出的原子會污染沉積薄膜，不僅影響了最終鍍膜的質量，而且縮短了陰極磁極靴的維護周期，提高了維護成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可降低電子逃逸率的離子源，該離子源通過增加對稱的磁場，提高陰極縫隙處兩邊磁場分布的均勻度，可減小電子的逃逸率，有效降低電子對陰極磁極靴的轟擊概率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種可降低電子逃逸率的離子源，包括陽極環、內陰極和外陰極，陽極環位于內陰極與外陰極之間，所述陽極環、內陰極和外陰極均為軸對稱結構，外陰極的磁軛中部固定有軟磁柱，軟磁柱一端穿過陽極環的內孔中心并與內陰極的中部連接，所述內陰極的磁極靴上任意一處的縱截面形狀均與對應處外陰極的磁極靴縱截面形狀互為鏡像對稱，且內陰極的磁極靴與外陰極的磁極靴之間形成環形的陰極縫隙，所述陽極環正對于陰極縫隙的下方，所述外陰極的磁軛上設置有兩塊永磁體，兩塊永磁體關于軟磁柱對稱，且兩塊永磁體分別位于陽極環上相對兩側的正下方。

進一步地，所述內陰極與外陰極均采用軟磁材料制作，且內陰極的磁極靴以及外陰極的磁極靴均采用雜質含量低于0.02％的純鐵材料制作。

進一步地，所述內陰極的磁極靴以及外陰極的磁極靴上均鍍有一層保護層。

進一步地，所述保護層為鉻層。