[实用新型]一种用于工业生产中制备超硬薄膜的离子源装置

说明书

本实用新型涉及一种工业生产中的纳米尺度金刚石离子镀膜系统中的离子源装置，尤其涉及一种制备超硬非晶碳薄膜的离子源装置。

在现有的各种工业镀膜方法中，电弧镀以其离化率高、结构简单而见长。但由于电弧在放电过程中会导致产生大的颗粒，大颗粒的数量可达10000/平方厘米，大大影响成膜的质量和膜的附着力，降低膜的抗腐蚀性、致密度和均匀性等特性，这使得目前利用该放电方式形成的多弧离子镀技术不能制作很高质量的膜，从而使该项技术的发展受到了很大限制，以致几乎无法在微电子等微细加工领域应用。电弧镀是采用电弧放电方式在阴极靶面上形成弧斑，进而生成碳等离子体，再通过样品加偏压的方法，使离子沉积在样片表面，形成薄膜。其电弧放电方式采用脉冲放电和直流放电均可。这种利用电弧放电形成的等离子体，使工件表面沉积薄膜的方式即称为电弧镀或多弧镀技术。现有该类技术的缺点主要表现于：

1、等离子体弥漫在整个工作室空间，电离效率和等离子体利用率较低；

2、由于电弧放电过程中产生大量的大颗粒，而工件被等离子体包围，则放电产生的大颗粒粒子可能沉积在工件的表面，从而影响所形成膜层的质量；

3、阴极靶表面蒸发的原子或分子，以及其他吸附在表面的杂质都可能沉积在工件的表面，也会影响所形成膜层的质量和膜层的附着力，降低膜的抗腐蚀性；

4、采用现有技术形成的膜，膜层厚度控制精度不高，其表面膜层的致密度、均匀性也无法控制，因此无法达到高密度、高均匀性的要求。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种电离效率高，离子可控制，所形成膜的均匀性和致密性高、附着力强的制备超硬薄膜的离子源装置。

本实用新型的设计方案如下：

一种用于工业生产中制备超硬薄膜的离子源装置，包括离子发生器和离子引出装置，所述离子发生器包括离子原及产生电离作用的阴极14和阳极4，所述阴极14和阳极4外部分别设置有水冷装置16和3，其特殊之处在于：所述阴极14表面为阴极靶面12，所述阳极为筒状放电室9，所述离子引出装置包括设置于放电室9顶部的引出栅极2。

上述的离子源为固体离子源装置，其可包括产生离子的阴极14，所述可固体离子源装置还可包括引弧装置和弧斑束缚磁场13，所述引弧装置包括可与阴极靶面12接触引弧的引弧杆10，所述引弧杆10与步进电机11相连，所述弧斑束缚磁场13设置于阴极14外部。

上述弧斑束缚磁场13可由聚弧线圈构成。

上述离子引出装置的引出栅极2外端可设置电磁滤质器1。

上述离子引出装置出口处可设置电场扫描装置和预偏装置15。

上述阴极靶面12处可设置靶面自动修磨器，所述靶面修磨器包括设置于铣刀夹头8上的铣刀5及带动铣刀的步进电机7和汽缸6。

上述靶面自动修磨器可包括带动阴极靶面12升降、与升降电机20相连的阴极靶升降夹持装置19及可带动阴极靶面12旋转与旋转电机18相连的旋转轴17。

上述阴极14、阳极4可为石墨或金属材料，所述引出栅极2可为钼材料。

附图为本实用新型的结构示意图。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

本实用新型的工作原理：利用引弧杆(10)与阴极靶面(12)的瞬间接触，促使阴极靶面(12)产生电弧放电，当引弧杆(10)离开阴极靶面(12)后，阴极靶面(12)与阳极(4)形成电弧放电方式，阴极靶面(12)将产生电弧斑点。利用电弧放电产生电弧斑点，可从作为阴极(14)的固体靶面(12)直接将碳蒸发，产生碳蒸发，产生碳等离子体，放电电流可达20-100安培，形成高密度的等离子体，离化率可达60-90％，放电气压在1×10^-5Torr，离子引出能量可以通过引出电压调节。