[发明专利]一种改进型阳极层离子源

说明书

本发明公开了一种改进型阳极层离子源，包括由阳极环、内阴极和外阴极构成的放电室，所述阳极环位于内阴极与外阴极之间，内阴极与外阴极之间设置有用于穿过阳极环内孔中心的柱状磁体，所述阳极环一侧端面为锥面，且阳极环关于柱状磁体的中心轴线轴对称，所述内阴极的与外阴极的磁极靴之间形成阴极缝隙，阴极缝隙关于柱状磁体的中心轴线轴对称，且阴极缝隙每处的出射方向与该处下方的阳极环锥面垂直。本发明通过改变离子射流在空间角度方向上的均匀度，避免离子射流过度集中，从而提高整体离子束流在主要沉积方向上的分布均匀度。

技术领域

本发明涉及真空镀膜设备领域，具体涉及一种改进型阳极层离子源。

背景技术

在PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)反应中通常会用到一种阳极层等离子源，在DLC沉积过程中，它用于离化惰性气体如氩气，使其形成离子流射入到反应真空腔体中，并增大沉积反应气体(乙炔)的离子化率，进而提高DLC涂层中SP3的比例和沉积速率，实现沉积薄膜质量的提高以及沉积时间的缩短。

阳极层离子源最初是由运用于太空发动机度封闭漂移离子推进器发展而来，在阴极板上开出一个环形缝隙，在环形缝隙的下方设置一个环形的阳极，在阴极板的中心放置永磁体，并与阴极板的外圈形成磁轭。在阴极板与阳极之间施加电场时，可使环形缝隙处形成正交的电场与磁场。电磁场的叠加影响了等离子体中带电粒子的运动情况，尤其是电子，电磁场的作用是限制电子的运动范围，延长了电子的运动轨迹，使电子约束在阴极板的环形缝隙处呈旋轮漂移运动，这样电子就像是被封闭在了这个环形的“跑道”上，只能在这个环形封闭的“跑道”上周而复始地漂移。

大量的电子在“跑道”上漂移，形成了一个环形高密度电子云，当有气体被注入到存在漂移电子云的环形跑道上时，惰性气体分子与电子碰撞的几率大大增加，因此惰性气体分子会被高效地离子化。同时这个环形高密度电子云的存在使得在阳极板表面形成一个电势梯度很高的阳极层，当惰性气体在环形电子云中被离子化后，立刻就会被这个高电势梯度推动并沿着阳极板表面的法线方向发射出去，从而成为PECVD反应所需要的高能带电正离子。

现有的离子源中使用的都是平面型的阳极环，由于阳极环的平面垂直于离子源的轴向，因而产生的离子流都是平行于离子源的中心轴线的，使得离子流过于集中在中心轴线方向，从而导致沉积辅助效应过于集中，不利于提高真空炉体内工件沉积的均匀性，最终使得真空镀膜的均匀度不高而影响镀膜质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进型阳极层离子源，该离子源通过改变离子射流在空间角度方向上的均匀度，避免离子射流过度集中，从而提高整体离子束流在主要沉积方向上的分布均匀度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种改进型阳极层离子源，包括由阳极环、内阴极和外阴极构成的放电室，所述阳极环位于内阴极与外阴极之间，内阴极与外阴极之间设置有用于穿过阳极环内孔中心的柱状磁体，所述阳极环一侧端面为锥面，且阳极环关于柱状磁体的中心轴线轴对称，所述内阴极与外阴极的磁极靴之间形成阴极缝隙，阴极缝隙关于柱状磁体的中心轴线轴对称，且阴极缝隙每处的出射方向与该处下方的阳极环锥面垂直。

进一步地，所述阳极环为采用导电且不导磁材料制作的条形环状体或圆形环状体。

进一步地，所述阳极环一侧的端面形成内凹的锥面或外凸的锥面。

进一步地，所述阳极环的锥面上每处的法线均与柱状磁体的中心轴线形成夹角α，夹角α的范围为10～60°。

进一步地，所述夹角α的范围为15～24°。

进一步地，所述柱状磁体为柱状的永磁铁或电磁铁，柱状磁体一端与内阴极连接，另一端与外阴极的磁轭连接。

进一步地，所述内阴极与外阴极均采用软磁材料制作，内阴极与外阴极的表面均镀 有铬层。