專利名稱：具有超大離子束發(fā)散角的離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)真空鍍膜機(jī)(離子束輔助沉積設(shè)備)、離子束濺射或離子束刻蝕設(shè)備中的離子束發(fā)射源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有超大離子束發(fā)散角的離子源。
背景技術(shù)：
在光學(xué)薄膜領(lǐng)域，離子束輔助沉積(IBAD)是一種將薄膜沉積與離子轟擊融為一體的光學(xué)表面鍍膜技術(shù)，通常是在高真空中利用荷能離子轟擊正在沉積的薄膜，從而獲得具有特殊效果的膜層。離子束輔助沉積工藝的主要過(guò)程是在鍍膜前先用一定能量的離子束轟擊基底，以凈化表面，使表面污染的碳?xì)浠衔锓纸獬?，同時(shí)使基底溫度升高，提供表面活化以利于 薄膜成核。在鍍膜過(guò)程中，再用適當(dāng)?shù)暮赡茈x子轟擊正在生長(zhǎng)的薄膜，從而改變成膜環(huán)境。此時(shí)，由于外來(lái)離子對(duì)凝聚中粒子的動(dòng)量傳遞，使得膜料粒子在基底表面的遷移率增加，并因此影響粒子的凝結(jié)及薄膜生長(zhǎng)速率，從而可使薄膜的堆積密度接近于1，大幅度提高了膜層與基底的附著力。除此之外，離子束刻蝕與濺射也是兩種重要的技術(shù)。離子束刻蝕(或離子束減薄)可以實(shí)現(xiàn)樣品或零件表面原子級(jí)去除、不僅用在化學(xué)試樣表面分析，光學(xué)表面無(wú)損傷加工，還用于刻蝕靶材表面，實(shí)現(xiàn)濺射沉積。在這些應(yīng)用過(guò)程中，離子源是離子束輔助沉積和離子束刻蝕、濺射沉積的核心部件。離子源的作用是提供具有一定束流強(qiáng)度的離子束，目前己廣泛應(yīng)用于光學(xué)、微電子、材料研究及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。離子源按其工作物質(zhì)通常分為氣體離子源和金屬離子源。氣體離子源，按電子發(fā)射機(jī)制又可以分為冷陰極與熱陰極離子源。熱陰極離子源中一般采用熱燈絲來(lái)發(fā)射初始電子，采用弧光放電方式產(chǎn)生等離子體。這種放電方式可以產(chǎn)生高密度的等離子體，所以引出離子束流密度比較高，缺點(diǎn)是等離子體污染比較嚴(yán)重，而且一般不宜使用氧化性氣體。冷陰極離子源是利用冷陰極潘寧放電管(PIG)產(chǎn)生等離子體，再用多孔柵引出系統(tǒng)從等離子體中引出離子束。該離子源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、污染小、調(diào)節(jié)參數(shù)少、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，它可以很方便地安裝在現(xiàn)有的熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)內(nèi)。在蒸發(fā)鍍膜同時(shí)，用離子束轟擊，使膜層致密、均勻，提高薄膜器件的機(jī)械性能、穩(wěn)定性及抗腐蝕能力，還可以提高薄膜的抗激光損傷閾值，在較低的基片溫度下鍍膜，簡(jiǎn)化了工藝，縮短了鍍膜周期，節(jié)省了水電消耗。然而，在光學(xué)薄膜制備的工業(yè)生產(chǎn)中，采用離子束輔助沉積時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率，往往需要離子束的發(fā)散角足夠大，從而保證工件架上的所有零件表面都能得到有效的離子束輻照。由于一般鍍膜機(jī)上安裝的工件架都可以旋轉(zhuǎn)，因此常規(guī)離子源設(shè)計(jì)的發(fā)散角應(yīng)該至少滿足輻照到工件架尺寸一半的區(qū)域。如對(duì)于真空室大小為D=500mm的鍍膜機(jī)來(lái)說(shuō)，若離子束出口至工件架的距離L=400mm，則需要離子源的發(fā)散角至少應(yīng)達(dá)到
&- 2arctan — = 34.7H 4￡
大多數(shù)離子源，其輸出的離子束本身具有不大的發(fā)散角，可以滿足小型鍍膜機(jī)的使用需要。為了獲得較高的生產(chǎn)效率，工業(yè)生產(chǎn)中最多使用的是中型及大型鍍膜機(jī)，如工件架直徑常常超過(guò)1000mm，有的甚至達(dá)到2500mm。在這種情況下，鍍膜過(guò)程中，為了對(duì)工件架上的所有零件實(shí)現(xiàn)離子束輻照，通常采用的方式為
I、多臺(tái)離子源的組合使用
即同時(shí)在鍍膜室安裝多臺(tái)離子源，每臺(tái)離子源輻照特定的工件區(qū)域，從而保證所有工件都受到離子束轟擊。但多個(gè)離子源占據(jù)空間較大，且各個(gè)離子源發(fā)出的離子束流密度不均勻，穩(wěn)定性不好，給使用帶來(lái)了困難。2、加大離子源的輸出口徑
目前市場(chǎng)上已有商品化的離子源，其輸出口徑可以達(dá)到0300以上。因?yàn)殡x子源本身已經(jīng)具有一定的發(fā)散角(30-60° )，在增加離子束輸出口徑的情況下，基本可以滿足中小型鍍膜機(jī)的使用。如德國(guó)萊寶公司的APS離子源，通過(guò)較大的離子輸出口徑和較大的發(fā)散角(約為60° )實(shí)現(xiàn)了較大的離子束輔助面積。 3、改變離子源柵極形狀
通常的離子源輸出柵極為平面，不利于離子束發(fā)散角的擴(kuò)大。將輸出柵加工成球面或橢球面，能夠在一定程度上增加離子束輸出的發(fā)散角。4、使用霍爾離子源
霍爾離子源的氣體放電室就是整個(gè)真空室，真空室內(nèi)的所有零件均可得到離子束的轟擊，幾乎不存在發(fā)散角的問(wèn)題，但其離子束輸出能量很低(一般為幾十eV)，且成膜過(guò)程中的真空度很低，不能用于高質(zhì)量光學(xué)薄膜的制備。上述各種離子源普遍存在的一個(gè)缺點(diǎn)是輸出的離子束的發(fā)散角均無(wú)法超過(guò)90°。因?yàn)檫@一角度是離子源的結(jié)構(gòu)決定的，因此幾乎不能調(diào)整。如此小的發(fā)散角，在大型鍍膜機(jī)中，離子束往往難以輻照到全部零件表面，因此鍍膜過(guò)程中會(huì)存在許多問(wèn)題。單個(gè)離子源的離子束流密度空間分布一般服從余弦分布，因此無(wú)論采用單個(gè)離子源還是多個(gè)組合離子源來(lái)實(shí)現(xiàn)大的離子束輻照面積，還存在零件表面離子束流密度不均勻的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量薄膜的制備。綜上所述，目前光學(xué)薄膜行業(yè)采用的各種輔助用離子源引出的離子束發(fā)散角均不超過(guò)90°，且這一角度難以調(diào)整，同時(shí)還存在大面積束流密度不均勻的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有超大離子束發(fā)散角的離子源，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的離子束發(fā)散角無(wú)法超過(guò)90°，且發(fā)散角難以調(diào)整，以及離子束輻照區(qū)域內(nèi)束流密度均勻性不好的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有超大離子束發(fā)散角的離子源，包括氣體放電室，氣體放電室的一端設(shè)置有絕緣端蓋，絕緣端蓋的中部設(shè)置有離子束出孔，其特殊之處在于絕緣端蓋外部設(shè)置有聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元和磁場(chǎng)掃描單元，聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述磁場(chǎng)掃描單元包括從下向上依次設(shè)置的下蓋板、中蓋板及上蓋板，所述下蓋板與中蓋板之間設(shè)置有一對(duì)橫向磁極，橫向磁極的磁極兩端分別連接橫向電磁線圈；所述中蓋板與上蓋板之間設(shè)置有一對(duì)縱向磁極、縱向磁極的兩端分別連接縱向電磁線圈，所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元和磁場(chǎng)掃描單元的下蓋板之間設(shè)置有磁屏蔽板，磁屏蔽板的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述下蓋板正中心設(shè)置有離子束入射孔，中蓋板及上蓋板正中心設(shè)置有離子束出射孔，所述出射孔直徑必須大于下蓋板到上蓋板的總高度的2倍再加上離子束入射孔直徑之和。上述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單兀選用永磁鐵或電磁線圈。上述橫向電磁線圈和縱向電磁線圈分別由一對(duì)線圈組成。上述磁場(chǎng)掃描單元的截面為矩形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、離子束具有超大發(fā)散角本發(fā)明的離子源，采用磁場(chǎng)掃描單元提供的正交磁場(chǎng)(兩組磁力線方向相互垂直的磁場(chǎng))進(jìn)行離子束的偏轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)。輸出離子偏轉(zhuǎn)角在0-90°之間，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，即離子源輸出的離子束發(fā)散角可達(dá)180° (半球內(nèi))；
2、發(fā)散角可調(diào)本發(fā)明中離子源輸出的離子束發(fā)散角通過(guò)利用一組正交的磁場(chǎng)，對(duì)引入磁場(chǎng)中的離子束方向進(jìn)行控制，具體的說(shuō)就是通過(guò)設(shè)定的X、Y方向電磁線圈的電壓變化方式來(lái)實(shí)現(xiàn)離子束的空間掃描；調(diào)節(jié)電磁線圈的電流大小，就可以實(shí)現(xiàn)離子束的空間發(fā)散角控制，以滿足不同薄膜沉積過(guò)程的需要；
3、離子束流密度的均勻性好由于該離子源采用磁場(chǎng)掃描方式實(shí)現(xiàn)了大發(fā)散角，即口徑為20mm左右的離子束斑在半球空間每點(diǎn)駐留的時(shí)間完全一樣，因此在半球面上，各點(diǎn)接收的離子輻照是完全一致的。4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且成本低，系統(tǒng)緊湊，性能良好且輸出穩(wěn)定。整個(gè)離子源中有3組磁場(chǎng)，聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元可以是永磁鐵，也可以是電磁線圈，但是橫向磁極和縱向磁極的兩端連接的必須是電磁線圈，這樣才能通過(guò)改變磁場(chǎng)大小實(shí)現(xiàn)掃描的目的。5、適用范圍廣在180°發(fā)散角內(nèi)束流密度均勻性好，且能控制離子束在空間不同位置的駐留時(shí)間，因此本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)超大面積上的離子束輔助沉積。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明如下
I一聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單兀，2一磁屏蔽板,3一下蓋板,4一橫向磁極,5一中部蓋板,6一縱向磁極，7—上蓋板,8-橫向電磁線圈,9-絕緣端蓋,10-氣體放電室，11-縱向電磁線圈。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)地說(shuō)明。參見(jiàn)圖I和圖2 : —種具有超大離子束發(fā)散角的離子源，包括氣體放電室10，氣體放電室10的一端設(shè)置有絕緣端蓋9，絕緣端蓋9的中部設(shè)置有離子束出孔。所說(shuō)絕緣端蓋9外部設(shè)置有聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元I和磁場(chǎng)掃描單元，聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元I的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述磁場(chǎng)掃描單元包括從下向上依次設(shè)置的下蓋板3、中蓋板5及上蓋板7，所述下蓋板3與中蓋板5之間設(shè)置有一對(duì)橫向磁極4,橫向磁極4的磁極兩端分別連接橫向電磁線圈8 ;所述中蓋板5與上蓋板7之間設(shè)置有一對(duì)縱向磁極6、縱向磁極6的兩端分別連接縱向電磁線圈11，所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元I和磁場(chǎng)掃描單元的下蓋板3之間設(shè)置有磁屏蔽板2，磁屏蔽板2的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述下蓋板3正中心設(shè)置有離子束入射孔，中蓋板5及上蓋板7正中心設(shè)置有離子束出射孔，所述出射孔直徑必須大于下蓋板3到上蓋板7的總高度的2倍再加上離子束入射孔直徑之和。上述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元I選用永磁鐵或電磁線圈。上述橫向電磁線圈8和縱向電磁線圈11分別由一對(duì)線圈組成。上述磁場(chǎng)掃描單元的截面為矩形。上面所說(shuō)的氣體放電室采用的是冷陰極型。冷陰型與其他比較具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)沒(méi)有燈絲，與熱陰極離子源相比，優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，尺寸和功耗小。在活性氣體中(特別是在通O2的情況下)工作壽命長(zhǎng)，在最佳條件下可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于清洗；(3)采用多孔引出系統(tǒng)，可獲得均勻的大面積離子束；(4)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)單。本發(fā)明所說(shuō)的氣體放電室為冷陰極離子源的基本結(jié)構(gòu)，放電室主要用來(lái)產(chǎn)生一定 密度的等離子體，該部分結(jié)構(gòu)為公知的結(jié)構(gòu)，以常見(jiàn)的來(lái)說(shuō)明。整個(gè)放電室由兩個(gè)對(duì)裝的陰極與圓筒狀陽(yáng)極組成。陰極采用低濺射率且高電子發(fā)射率的材料制成。放電室外加磁場(chǎng)采用永磁鐵構(gòu)成，其磁場(chǎng)的方向與陽(yáng)極圓筒的軸線平行。從陰極發(fā)射的電子，在陽(yáng)極電壓作用下穿過(guò)陽(yáng)極圓筒而加速，柵極又使電子反射回來(lái)，而軸向磁場(chǎng)使電子難以快速到達(dá)陽(yáng)極。這樣，電子在兩極間來(lái)回振蕩，磁場(chǎng)使電子做螺旋線運(yùn)動(dòng)，大大延長(zhǎng)了電子運(yùn)動(dòng)的路程，提高了氣體電離的幾率，在低氣壓下形成輝光放電，從而在整個(gè)腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體。離子束引出極由雙柵極組成，將放電室內(nèi)等離子體中的離子束引出放電室。柵極由高熔點(diǎn)的金屬薄片(鎢、鑰等金屬)制成，在其表面加工一定數(shù)目的小孔以引出離子束，開(kāi)孔的總面積占柵極總面積的50-80%。所說(shuō)磁場(chǎng)掃描單元的下蓋板3與聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生線圈I之間設(shè)置的磁屏蔽板2采用導(dǎo)磁率高的材料如工業(yè)軟鐵、硅鋼等材料加工,可以將聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元的磁場(chǎng)與磁場(chǎng)掃描單元的磁場(chǎng)隔離，減小相互之間的干擾。所說(shuō)磁場(chǎng)掃描單元的橫向磁極4和縱向磁極6均采用導(dǎo)磁性良好的材料構(gòu)成,如工業(yè)軟鐵、硅鋼等。磁極的兩端可以采用常規(guī)的突出的極靴，分別與橫向電磁線圈8和縱向電磁線圈11連接。橫向、縱向(X、Y向)磁場(chǎng)由電磁線圈8和11產(chǎn)生,該線圈上施加的電信號(hào)波形(如正弦波、三角波、方波等)及電壓值幅值大小根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元I (其磁場(chǎng)方向是沿著聚焦磁場(chǎng)單元的回轉(zhuǎn)軸線)用以提供500-700Gauss的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使離子源發(fā)射的離子束以細(xì)口徑束會(huì)聚到磁場(chǎng)掃描單元的入口，即磁屏蔽板2中部設(shè)置的離子束過(guò)孔。下蓋板3、中部蓋板5及上蓋板7用于封閉腔體及連接支撐，同時(shí)提供離子進(jìn)入、傳輸?shù)耐ǖ?，由不銹鋼、銅或鋁等非導(dǎo)磁材料構(gòu)成，與其他部分采用螺釘連接。下蓋板3正中心有一 0 20-30mm的離子束入射孔。中部蓋板5及上蓋板7正中心有一 0100_120mm的離子束出射孔。為保證離子束能夠偏轉(zhuǎn)90°，離子束出射孔大小應(yīng)該至少是整個(gè)磁場(chǎng)掃描單元(下蓋板3，橫向磁極4，中部蓋板5，縱向磁極6，上蓋板7)總高度的2倍再加上離子束入射孔口徑。當(dāng)離子垂直進(jìn)入正交設(shè)置的磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)分別受到兩個(gè)方向磁場(chǎng)力的作用，合理分配X、Y向磁場(chǎng)的強(qiáng)弱及變化規(guī)律，控制離子在X、Y向磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)方向，就可實(shí)現(xiàn)離子束在空間的掃描。
發(fā)散角的大小靠調(diào)節(jié)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電壓(正弦波、三角波等)的峰值來(lái)確定。因?yàn)殡x子束的出射角度是由正交磁場(chǎng)的最大值唯一確定的，因此調(diào)節(jié)輸出電壓的峰值就可以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)散角的目的。為了控制整個(gè)過(guò)程通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路及控制系統(tǒng)，主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)離子源正常工作，包括提供電場(chǎng)的電源、提供磁場(chǎng)線圈的電源，以及波形發(fā)生器，掃描頻率控制器等。整個(gè)系統(tǒng)采用PLC來(lái)控制，成為智能化、能夠自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾x子束發(fā)射源。(二)工作過(guò)程
為了得到超大發(fā)散角且發(fā)散角可控的離子束，本發(fā)明首先在放電室內(nèi)引入工作氣體，當(dāng)氣壓合適，在氣體放電室內(nèi)電磁場(chǎng)的作用下就會(huì)產(chǎn)生等離子體，然后通過(guò)引出柵極(雙柵極)將離子束引出到放電室外。直接引出的離子束的發(fā)散角通常小于45°，為得到超大發(fā)散角，采用X、Y向正交設(shè)置的磁場(chǎng)，利用帶電離子在磁場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)特性，就可以起到改變離子束運(yùn)動(dòng)方向的作用。通過(guò)線圈驅(qū)動(dòng)電壓波形的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)離子束在整個(gè)空間的掃描，當(dāng) 掃描速度達(dá)到20Hz以上時(shí)，就得到了 180°錐角內(nèi)都有離子束分布的超大發(fā)散角離子束，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電磁線圈的電壓/電流幅值大小，可以改變輸出離子束的發(fā)散程度，從而起到調(diào)節(jié)離子束發(fā)散角的目的。(三)工作原理
為達(dá)到上述目的而采用下述方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)首先通過(guò)氣體放電室產(chǎn)生等離子體，再通過(guò)雙柵極將等離子體中的離子束引出。這種直接引出的離子束的發(fā)散角很小，一般不足30°。采用于離子束出口設(shè)置的相互垂直的二磁場(chǎng)，對(duì)離子束方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。設(shè)置大小適當(dāng)?shù)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度，就能夠控制離子束的出射方向。垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的離子將做圓周運(yùn)動(dòng)，其圓運(yùn)動(dòng)半徑r為
mv0
r =-
qB
其中，I v0'q、B分別為離子的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、電量及磁感應(yīng)強(qiáng)度。離子的運(yùn)動(dòng)速度由離子源的引出電壓U決定，有
f JI2
qU = : ^v0
在離子束的引出柵后設(shè)置了正交的雙磁場(chǎng)，離子束垂直進(jìn)入正交磁場(chǎng)后，在X向和Y向磁場(chǎng)的共同作用下運(yùn)動(dòng)，依據(jù)上述原理，就可以控制離子束的出射方向。所用冷陰極型氣體放電室輸出的離子束斑大小為設(shè)定特定波形的X、Y向輸出電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)線圈，并使X、Y向相互配合，就可實(shí)現(xiàn)離子束的空間掃描。由于單側(cè)離子束的偏轉(zhuǎn)角可以達(dá)到90°，因此，離子束可以輻照到空間180°的范圍內(nèi)。雖然在某一時(shí)刻，離子束只輻照空間的某一方位，但當(dāng)掃描頻率較高時(shí)(20Hz以上)，離子束對(duì)180°錐角內(nèi)，就實(shí)現(xiàn)了均勻輻照，即實(shí)現(xiàn)了離子束的發(fā)散角達(dá)到了 180°。調(diào)節(jié)X、Y向電磁線圈的控制電壓幅度，即調(diào)節(jié)了偏轉(zhuǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，就能使發(fā)散角的大小改變。由于采用的離子源輸出電流很大，可達(dá)300mA以上，因此這種掃描方式使離子束作用到工件上的束流密度仍然很高，不會(huì)影響離子束的輔助效果。同時(shí)，這種小束斑掃描實(shí)現(xiàn)大發(fā)散角的方式可從根本上保證空間任一方位均能得到束流密度一致的離子束。
(四)實(shí)用舉例實(shí)施例I :
在制備光學(xué)薄膜時(shí)，通常需要用離子束輔助沉積以提高薄膜的成膜質(zhì)量。工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，尤其在大中型光學(xué)鍍膜機(jī)上，成膜過(guò)程中，為使所有零件都得到離子束輔助，從而使制備的薄膜性能穩(wěn)定、均勻性好，需要離子源輸出的離子束發(fā)散角很大，且各個(gè)發(fā)散方向上束流密度均勻一致。采用本發(fā)明的新型離子束發(fā)射源，當(dāng)需要采用離子束轟擊時(shí)，首先充入工作氣體，設(shè)定離子源的放電電壓為IOOOeV,待氣體正常放電后，設(shè)定X、Y方向的掃描波形，調(diào)節(jié)掃描頻率為30Hz，可得到發(fā)散開(kāi)的離子束。進(jìn)一步增大控制電源正弦波的輸出峰值，離子束的發(fā)散角隨之變大，直到能夠完全輻照到所有零件表面。實(shí)施例2
安裝于不同的鍍膜機(jī)，或者因零件大小不同，有時(shí)并不需要180°的離子束發(fā)散角。如 果發(fā)散角過(guò)大，部分離子束會(huì)轟擊到真空室內(nèi)壁，反而影響了成膜質(zhì)量，這時(shí)就需要對(duì)離子束的發(fā)散角進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用本發(fā)明的新型離子束發(fā)射源，減小X、Y方向的電磁線圈驅(qū)動(dòng)電壓峰值大小，離子束的發(fā)散角隨之減小，調(diào)整得到最佳的離子束發(fā)散角大小。由于本發(fā)明采用的是離子束掃描方式實(shí)現(xiàn)超大離子束發(fā)散角的，因此離子束在空間各點(diǎn)的駐留時(shí)間完全一致，在空間各個(gè)方向上得到的離子束流密度就完全一致，均勻性良好。離子源具體指標(biāo)如下
外形尺寸為小125X 125 mm;
離子束發(fā)散角0-180°可調(diào)；
輸出能量100-2000 eV可調(diào)；
輸出束流大于300mA ；
功耗<600ff ；
無(wú)故障工作時(shí)間大于10000小時(shí)；
調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)PLC控制，IXD觸摸屏顯示。
權(quán)利要求
1.一種具有超大離子束發(fā)散角的離子源，包括氣體放電室(10)，氣體放電室(10)的一端設(shè)置有絕緣端蓋(9)，絕緣端蓋(9)的中部設(shè)置有離子束出孔，其特征在于絕緣端蓋(9)外部設(shè)置有聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元(I)和磁場(chǎng)掃描單元，聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元(I)的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述磁場(chǎng)掃描單元包括從下向上依次設(shè)置的下蓋板(3)、中蓋板(5)及上蓋板(7 )，所述下蓋板(3 )與中蓋板(5 )之間設(shè)置有一對(duì)橫向磁極(4 )，橫向磁極(4 )的磁極兩端分別連接橫向電磁線圈(8);所述中蓋板(5)與上蓋板(7)之間設(shè)置有一對(duì)縱向磁極(6)、縱向磁極(6)的兩端分別連接縱向電磁線圈(11)，所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元(I)和磁場(chǎng)掃描單元的下蓋板(3)之間設(shè)置有磁屏蔽板(2)，磁屏蔽板(2)的中部設(shè)置有離子束過(guò)孔；所述下蓋板(3)正中心設(shè)置有尚子束入射孔，中蓋板(5)及上蓋板(7)正中心設(shè)置有尚子束出射孔，所述離子束出射孔直徑必須大于下蓋板(3)到上蓋板(7)的總高度的2倍再加上離子束入射孔直徑之和。
2.如權(quán)利要求I所述的具有超大離子束發(fā)散角的離子源，其特征在于所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元(I)選用永磁鐵或電磁線圈。
3.如權(quán)利要求I或2所述的具有超大離子束發(fā)散角的離子源，其特征在于所述橫向電磁線圈(8)和縱向電磁線圈(11)分別由一對(duì)線圈組成。
4.如權(quán)利要求3所述的具有超大離子束發(fā)散角的離子源，其特征在于所述磁場(chǎng)掃描單元的截面為矩形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用在光學(xué)真空鍍膜機(jī)(離子束輔助沉積設(shè)備)或離子束濺射及刻蝕設(shè)備中的離子源，特別涉及一種具有超大離子束發(fā)散角的離子源。其技術(shù)方案是包括氣體放電室，氣體放電室的一端設(shè)置有絕緣端蓋，絕緣端蓋外部設(shè)置有聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生單元和磁場(chǎng)掃描單元。本發(fā)明通過(guò)一組正交的磁場(chǎng)，對(duì)引入磁場(chǎng)中的離子束方向進(jìn)行控制，通過(guò)設(shè)定X、Y方向電磁線圈的電壓變化規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)離子束的空間掃描。調(diào)節(jié)電磁線圈的電流大小，就可以實(shí)現(xiàn)離子束的空間發(fā)散角控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、離子源輸出的離子束發(fā)散角可達(dá)180°；2、離子束發(fā)散角可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，可滿足不同薄膜沉積過(guò)程的需要；3、離子束流密度的均勻性好。
文檔編號(hào)H01J37/143GK102779711SQ201210270460
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者嚴(yán)一心, 彌謙, 徐均琪, 惠迎雪, 杭凌俠, 蘇俊宏 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)