[發明專利]筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源及其使用方法

有效

• 申請號: 201811569590.4
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109698112B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 劉飛;邵偉;韓民
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J37/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

1.筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，所述團簇源包括筒狀濺射靶組件(1)和冷凝腔(2)，二者之間相互連通；筒狀濺射靶組件(1)內依次設有一包裹于密封夾層(13)內的環形陰極磁鐵組(12)，筒狀濺射靶(3)、濺射氣充入筒(6)，濺射氣通過濺射氣入口(9)由濺射氣充入筒(6)底板(14)上的通氣管(16)充入，并經側壁(15)上的開孔流出至筒狀濺射靶(3)與濺射氣充入筒(6)之間的輝光區；冷凝腔(2)為一真空密封腔體，腔體內形成冷凝區(10)，腔體一端中心處設有噴嘴(11)，并通過噴嘴(11)與腔外高真空環境形成差分抽氣條件；冷凝腔內壁(5)上密布小孔陣列，內外壁夾層內設有金屬冷卻管，并通過冷卻管入口(7)連續向管內通入液氮或水；冷凝腔(2)外壁上設有緩沖氣入口(8)，向內外壁夾層充入惰性氣體，冷卻后經冷凝腔內壁(5)上小孔流至冷凝區(10)；冷凝腔(2)兩端均設有約束磁鐵(4)。

2.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，冷凝腔(2)、密封夾層(13)和濺射氣充入筒(6)的材質均為非磁性金屬。

3.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，環形陰極磁鐵組(12)由4-8塊磁鐵環構成，或由方形、圓弧形、柱狀的非環狀磁鐵拼接組成。

4.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，筒狀濺射靶(3)為熔點大于350K的金屬或非金屬材料，筒的內徑為50mm-200mm，筒壁厚度為0.5mm-20mm,筒的高度為40-200mm。

5.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，濺射氣充入筒(6)與筒狀濺射靶(3)共軸安裝，其內壁與濺射靶表面間距大于15mm，側壁(15)厚小于1mm，筒高度不超過密封夾層(13)的高度；側壁(15)上的開孔為圓孔或長方形孔，圓孔直徑或長方形孔寬度為3-20mm，孔中心距為6-30mm，長方形孔長度不超過筒狀濺射靶(3)的高度。

6.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，冷凝腔內壁(5)的直徑為40mm-250mm，冷凝腔高度為50mm-300mm；冷凝腔內壁(5)上的小孔直徑為0.5-2mm，中心距為5-30mm。

7.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，冷凝腔(2)兩端的約束磁鐵(4)為一對磁極成鏡像配置的環形磁鐵，環形磁鐵由方形、圓弧形或柱形磁鐵拼接而成。

8.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，濺射氣充入筒(6)充入的惰性氣體為氬氣，緩沖氣入口(8)充入冷凝區(10)的緩沖氣體為氬氣或氦氣。

9.根據權利要求1所述的筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源，其特征在于，噴嘴(11)為直徑1mm-10mm的圓孔。

10.權利要求1-9任一所述筒狀陰極非平衡磁控等離子體氣體聚集團簇源的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

第1步、將安裝團簇源的裝置抽真空，達到高于1×10^-4Pa真空度；

第2步、從濺射氣入口(9)向團簇源充入氬氣，達到30-40Pa的分壓力；從緩沖氣入口(8)向冷凝區(10)充入氬氣或氦氣，達到60-100Pa的分壓力；

第3步、向筒狀陰極加負300V-負1000V直流高壓或射頻高壓，調節電流為0.2A-2.0A，筒狀濺射靶(3)開始穩定磁控濺射，在冷凝區(10)形成團簇，經噴嘴(11)進入高真空腔，形成團簇束流。