[发明专利]弧源装置及弧源磁场调节方法

说明书

本发明提出一种弧源装置，弧源装置包括靶材、横置线圈、多个纵置线圈及一可编程的脉冲电源，横置线圈平行于靶材且位于靶材之后，多个纵置线圈依次设置于横置线圈中，横置线圈、多个纵置线圈与靶材之间的垂直距离相同，脉冲电源与横置线圈、多个纵置线圈分别电性连接，脉冲电源能够实时调节横置线圈及多个纵置线圈的电流大小及方向，使磁场达到所需的磁场强度并不断变化磁场位置。本发明还提出一种弧源磁场调节方法。本发明的弧源装置通过脉冲电源调节电流，耦合出磁拱位置形状不同的磁场，使得靶材消耗均匀，提高了靶材的利用率。由于电流实时变化，使得磁拱顶部位置不断变动，弧斑运动轨迹不会固定汇聚在一处，从而减少了电弧液滴的产生。

技术领域

本发明涉及涂层制备领域，特别是一种能够减少电弧液滴产生的弧源装置及弧源磁场调节方法。

背景技术

电弧离子镀技术，因其离化率高、粒子沉积能量高，从而获得高硬度、高结合力的膜层及优秀的沉积效率，被广泛应用于镀膜处理。但电弧离子镀技术存在以下缺点：膜层有大颗粒，表面粗糙。因该技术是通过热-场致电子发射在靶面形成弧斑，从而喷射出电子、离子及液态原子团飞向工件表面沉积成膜，其中喷射出的液态原子团沉积到工件表面冷却后成为大颗粒嵌入涂层，影响涂层的稳定性。

大量研究证明加快弧斑运动速度能显着减少液滴产生，靶面弧斑的宏观运动方向及快慢受平行于靶面的磁场分量影响，即磁场横向分量。弧斑的运动规律遵从：(1)锐角法则：弧斑朝磁力线与靶面的锐角夹角方向漂移；(2)反安培力运动：弧斑沿安培力相反的方向运动，运动速度随磁场强度增大而加快。根据上述法则，矩形平面靶搭配的弧源磁场通常设计成横置拱形磁场。磁拱顶部最平缓，磁场横向分量最大，增大该部位磁场强度能加快弧斑运动速度，减少液滴，但生成的弧斑会漂移汇聚至此，该部位靶材烧蚀严重，消耗较大；磁拱边缘的弧斑因漂移离开，该部位消耗较少，长期使用会导致靶面出现V型槽，靶材利用率低。目前最普遍的方法是提高靶材表面的磁拱顶部的磁场强度，以加快弧斑运动速度，减少液滴产生；构筑磁拱顶部尽量平且宽的磁场，以拓宽弧斑运动区域，但即使如此，弧斑运动区域的宽度改善依然有限，靶材利用率低。同时，由于弧斑运动轨迹集中，使得轨迹所经之处没有充足的时间散热，温度很高，导致弧斑熔池面积大，在一定程度上增加了液滴的产生。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种减少电弧液滴产生的弧源装置及弧源磁场调节方法，以解决上述问题。

一种弧源装置，所述弧源装置包括靶材、横置线圈、多个纵置线圈及一可编程的脉冲电源，所述横置线圈平行于所述靶材且位于所述靶材之后，多个所述纵置线圈依次设置于所述横置线圈中，所述横置线圈、多个所述纵置线圈与所述靶材之间的垂直距离相同，所述脉冲电源与所述横置线圈、多个所述纵置线圈分别电性连接，所述脉冲电源能够实时调节所述横置线圈及多个所述纵置线圈的电流大小及方向，使磁场达到所需的磁场强度并不断变化磁场位置。

一种弧源磁场调节方法，其包括以下步骤：提供靶材、横置线圈、多个纵置线圈及一可编程的脉冲电源；将多个所述纵置线圈并排且垂直放置于所述靶材后方；将所述横置线圈平行放置于所述靶材后方，且将多个所述纵置线圈放置于所述横置线圈的中间空心区域，使所述横置线圈及多个所述纵置线圈与所述靶材之间的垂直距离相同；将多个所述纵置线圈及所述横置线圈分别接于所述脉冲电源相应的输出端；分别编辑所述脉冲电源各个输出端的电流振幅、脉冲频率、脉冲宽度及相位的控制参数；及所述脉冲电源按设定的所述控制参数向所述横置线圈及多个所述纵置线圈输出大小及方向实时变化的电流，以使得磁场位置随所述电流变化。

上述弧源装置改变了现有技术中磁场位置形状固定不变的缺点，通过脉冲电源来调节多个磁极平行于靶材平面的纵置线圈的电流，从而耦合出磁拱位置形状不同的磁场，使得靶材消耗更均匀，提高了靶材的利用率。并且本发明的弧源装置中由于脉冲电源的电流实时变化，使得磁拱顶部位置不断变动，电弧镀膜时弧斑运动轨迹不会固定汇聚在一处，从而减少了电弧液滴的产生。

附图说明

图1是本发明的第一实施例中弧源装置的示意图。