[发明专利]筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源及其使用方法

权利要求书

1.筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，所述团簇源包括筒状溅射靶组件(1)和冷凝腔(2)，二者之间相互连通；筒状溅射靶组件(1)内依次设有一包裹于密封夹层(13)内的环形阴极磁铁组(12)，筒状溅射靶(3)、溅射气充入筒(6)，溅射气通过溅射气入口(9)由溅射气充入筒(6)底板(14)上的通气管(16)充入，并经侧壁(15)上的开孔流出至筒状溅射靶(3)与溅射气充入筒(6)之间的辉光区；冷凝腔(2)为一真空密封腔体，腔体内形成冷凝区(10)，腔体一端中心处设有喷嘴(11)，并通过喷嘴(11)与腔外高真空环境形成差分抽气条件；冷凝腔内壁(5)上密布小孔阵列，内外壁夹层内设有金属冷却管，并通过冷却管入口(7)连续向管内通入液氮或水；冷凝腔(2)外壁上设有缓冲气入口(8)，向内外壁夹层充入惰性气体，冷却后经冷凝腔内壁(5)上小孔流至冷凝区(10)；冷凝腔(2)两端均设有约束磁铁(4)。

2.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，冷凝腔(2)、密封夹层(13)和溅射气充入筒(6)的材质均为非磁性金属。

3.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，环形阴极磁铁组(12)由4-8块磁铁环构成，或由方形、圆弧形、柱状的非环状磁铁拼接组成。

4.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，筒状溅射靶(3)为熔点大于350K的金属或非金属材料，筒的内径为50mm-200mm，筒壁厚度为0.5mm-20mm,筒的高度为40-200mm。

5.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，溅射气充入筒(6)与筒状溅射靶(3)共轴安装，其内壁与溅射靶表面间距大于15mm，侧壁(15)厚小于1mm，筒高度不超过密封夹层(13)的高度；侧壁(15)上的开孔为圆孔或长方形孔，圆孔直径或长方形孔宽度为3-20mm，孔中心距为6-30mm，长方形孔长度不超过筒状溅射靶(3)的高度。

6.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，冷凝腔内壁(5)的直径为40mm-250mm，冷凝腔高度为50mm-300mm；冷凝腔内壁(5)上的小孔直径为0.5-2mm，中心距为5-30mm。

7.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，冷凝腔(2)两端的约束磁铁(4)为一对磁极成镜像配置的环形磁铁，环形磁铁由方形、圆弧形或柱形磁铁拼接而成。

8.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，溅射气充入筒(6)充入的惰性气体为氩气，缓冲气入口(8)充入冷凝区(10)的缓冲气体为氩气或氦气。

9.根据权利要求1所述的筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源，其特征在于，喷嘴(11)为直径1mm-10mm的圆孔。

10.权利要求1-9任一所述筒状阴极非平衡磁控等离子体气体聚集团簇源的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步、将安装团簇源的装置抽真空，达到高于1×10^-4Pa真空度；

第2步、从溅射气入口(9)向团簇源充入氩气，达到30-40Pa的分压力；从缓冲气入口(8)向冷凝区(10)充入氩气或氦气，达到60-100Pa的分压力；

第3步、向筒状阴极加负300V-负1000V直流高压或射频高压，调节电流为0.2A-2.0A，筒状溅射靶(3)开始稳定磁控溅射，在冷凝区(10)形成团簇，经喷嘴(11)进入高真空腔，形成团簇束流。