一種射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到離子注入裝置領(lǐng)域，特指一種射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，在離子源的等離子體生成弧室內(nèi)，利用陰極使原料氣體成為等離子體，再通過利用該等離子體對被濺射材料進(jìn)行濺射，使在離子束內(nèi)含有所希望的離子種類。通常采用直流磁控濺射法，直流濺射方法可以很方便地濺射出反射電極為金屬的金屬離子。但該方法的前提之一是被濺射材料應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性，要用直流濺射方法濺射導(dǎo)電性較差的非金屬反射電極，就需要大幅度地提高直流濺射電源的電壓，以彌補反射電極導(dǎo)電性不足引起的電壓降，而增大電壓勢必影響反射電極的利用效率，極大減少其使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、效率更高的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，包括:
弧室，作為等離子體生成弧室和陽極，所述弧室內(nèi)導(dǎo)入含氟可電離氣體；
燈絲，作為熱陰極燈絲并設(shè)置在所述弧室內(nèi)，所述燈絲用來發(fā)射電子；
氮化鋁反射電極，設(shè)置在所述弧室內(nèi)的一側(cè)，作為鋁離子生成源，在陽極與氮化鋁反射極間施加來自于射頻電源的電壓；
磁鐵，安裝在所述弧室內(nèi)以產(chǎn)生磁場；
引出電極，用來引出鋁離子束流；
偏壓電源，設(shè)置在所述燈絲和弧室之間，電子在所述偏壓電源生成的電場作用下飛向弧室，氟離子在電場作用下加速飛向燈絲。
[0005]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):在所述弧室的一側(cè)嵌裝一個安裝套，所述安裝套起絕緣氮化鋁反射電極和弧室的作用。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述燈絲安裝于所述弧室的上側(cè)。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述燈絲通過燈絲安裝絕緣座與弧室實現(xiàn)電絕緣。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述燈絲是直熱式的，與所述弧室之間形成電絕緣的燈絲安裝絕緣座為高純陶瓷材料。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述含氟可電離氣體為BF3或SiF。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述磁場沿著連接燈絲與對置送氣入口的線。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述射頻電源設(shè)置在氮化鋁反射電極與弧室之間，兩極間接上射頻13.56MHz電源。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于: 1、本發(fā)明的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，射頻偏壓供電在弧室放電空間中電子振蕩達(dá)到足以產(chǎn)生電離碰撞的能量，所以減小了放電對二次電子的依賴，并且降低了擊穿電壓。射頻電壓可以穿過任何種類的阻抗，所以電極就不再要求是導(dǎo)體，可以濺射任何材料。射頻輝光放電的陰極室電容耦合電極，陽極接地。濺射電極和和熱陰極燈絲放置于放電等離子體弧室中，正離子以均等的機(jī)會對反射電極濺射，那么這個電極(濺射靶)必須絕緣起來，并通過電容耦合到射頻電源上；另一個電極(真空室壁)為直接耦合電極(即接地極)，而且靶面積必須比直接耦合電極小。并且可以提高對從陰極發(fā)射出的電子進(jìn)行反射的反射效率，提高濺射金屬鋁電離效率，增大反應(yīng)弧室中等離子體中鋁離子的比率，使引出鋁離子束流更大，而且可以使反射電極結(jié)構(gòu)件緊湊。
[0013]2、本發(fā)明的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，使被濺射構(gòu)件的安裝結(jié)構(gòu)更加簡單，提高濺射金屬鋁電離效率，增大反應(yīng)弧室中等離子體中鋁離子的比率，使引出束流中的鋁離子更大，而且可以使反射電極結(jié)構(gòu)件緊湊，并且可以提高對從陰極發(fā)射出的電子進(jìn)行反射的反射效率。
[0014]3、本發(fā)明的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，利用RF偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其生成含有鋁離子的離子束，在弧室和氮化鋁反射電極間接上射頻13.56MHz電源，兩者間電子從射頻電場中獲得足夠的能量，在磁極生成的磁場作用下振蕩運動，有效地與送氣系統(tǒng)送入含氟可電離氣體分子發(fā)生碰撞使之電離，產(chǎn)生大量等離子體，再飛向側(cè)置的氮化鋁反射電極，射頻濺射出氮化鋁分子，再電離出鋁離子，由引出電極引出鋁離子束流。通常離子源使用直流濺射方法電離金屬，但這一方法的前提是濺射電極應(yīng)有較好的導(dǎo)電性，且直流濺射需要提高直流濺射電源的電壓。本發(fā)明磁場用來電子封閉，提高電離效率，提高氮化鋁反射電極使用效率。射頻磁控濺射，與直流濺射相比，沒有對向電極也可發(fā)生放電，是適用于各種金屬和非金屬材料的濺射方法。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0016]圖例說明:
1、弧室;2、燈絲;3、燈絲安裝絕緣座;4、安裝套;5、氮化鋁反射電極;6、磁鐵;7、含氟可電離氣體;8、引出電極;9、偏壓電源;10、射頻電源。
【具體實施方式】
[0017]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬離子源，用來生成含有鋁離子的咼子束，它包括:
弧室1，即等離子體生成弧室，它兼作陽極，含氟可電離氣體7被導(dǎo)入其中；
燈絲2，即熱陰極燈絲，設(shè)置在弧室I內(nèi)的上側(cè)，燈絲2用來發(fā)射電子;在具體應(yīng)用時，燈絲2通過燈絲安裝絕緣座3與弧室I實現(xiàn)電絕緣；
氮化鋁反射電極5，采用側(cè)置安裝，即設(shè)置在弧室I內(nèi)的左側(cè)，作為鋁離子生成源，在陽極與氮化鋁反射極5之間施加來自于射頻電源10的電壓；
磁鐵6，安裝在弧室I內(nèi)以產(chǎn)生磁場，該磁場沿著連接燈絲2與對置送氣入口的線;其作用是使弧室I內(nèi)的電子和電離的氟離子螺旋運動，撞擊氮化鋁反射電極5，濺射出氮化鋁，氮化鋁在電子和電離的氬離子撞擊下電離出鋁離子。
[0019]引出電極8，用來引出鋁離子束流；
偏壓電源9，設(shè)置在燈絲2和弧室I之間，電子在其生成的電場作用下飛向弧室1(即陽極)，氟離子則在電場作用下加速飛向燈絲2(即熱陰極)。
[0020]在具體應(yīng)用實例中，在弧室I的左側(cè)嵌裝一個安裝套4，該安裝套4起絕緣氮化鋁反射電極5和弧室I的作用。
[0021]在具體應(yīng)用實例中，含氟可電離氣體7優(yōu)選為BF3或SiF。
[0022]在具體應(yīng)用實例中，射頻電源10設(shè)置在氮化鋁反射電極5與弧室1(即陽極)之間，兩極間接上射頻13.56MHz電源后，兩極間等離子體中不斷振蕩運動，電子從高頻電場中獲得足夠的能量，并更有效地與氣體分子發(fā)生碰撞，并使后者電離，產(chǎn)生大量的離子和電子。
[0023]在具體應(yīng)用實例中，燈絲2是直熱式的，與弧室I之間形成電絕緣的燈絲安裝絕緣座3為高純陶瓷材料。
[0024]工作時，在外加電壓的作用下，充入弧室I的氣體原子將被大量電離，產(chǎn)生氟離子和可以獨立運動的電子組成的大量等離子體，電子在電場作用下飛向弧室1(即陽極內(nèi)壁)，氟離子則在電場作用下加速飛向陰極一燈絲2，高速撞擊燈絲2，使大量的燈絲2表面原子獲得相當(dāng)高的能量而脫離燈絲2的束縛飛向反射級濺射出氮化鋁分子，氮化鋁分子電離分解出鋁離子，由引出電極8引出鋁離子束流。
[0025]如果變成高溫，則可以期待提高氮化鋁反射電極5(旁置反射電極)的濺射率，簡單地說，這是由于:如果變成高溫，則構(gòu)成氮化鋁反射電極5(旁置反射電極)的含鋁材料的鋁原子和其他原子等的晶格提動變得活躍，這些原子等的化學(xué)鍵變得容易斷裂，鋁粒子變得容易飛出。
[0026]如果變成高溫，則可以期待含鋁材料的蒸氣壓上升，也就是說:通過所述作用從構(gòu)成氮化鋁反射電極5(旁置反射電極)的含鋁材料放出的鋁粒子，也許嚴(yán)格地說并不能稱之為蒸氣，但由于根據(jù)與如果變成高溫則蒸氣壓變高相似的現(xiàn)象，鋁粒子變得容易從含鋁材料攻擊到氣氛中(即等離子體生成弧室內(nèi)的真空氣氛中)，所以把這種現(xiàn)象與蒸氣的情況相同說成是蒸氣壓上升。
[0027]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，包括: 弧室(1)，作為等離子體生成弧室和陽極，所述弧室(I)內(nèi)導(dǎo)入含氟可電離氣體(7); 燈絲(2)，作為熱陰極燈絲并設(shè)置在所述弧室(I)內(nèi)，所述燈絲(2)用來發(fā)射電子； 氮化鋁反射電極(5)，設(shè)置在所述弧室(I)內(nèi)的一側(cè)，作為鋁離子生成源，在陽極與氮化鋁反射極間(5)施加來自于射頻電源(10)的電壓； 磁鐵(6 )，安裝在所述弧室(I)內(nèi)以產(chǎn)生磁場； 引出電極(8)，用來引出鋁離子束流； 偏壓電源(9)，設(shè)置在所述燈絲(2)和弧室(I)之間，電子在所述偏壓電源(9)生成的電場作用下飛向弧室(1)，氟離子在電場作用下加速飛向燈絲(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，在所述弧室(I)的一側(cè)嵌裝一個安裝套(4)，所述安裝套(4)起絕緣氮化鋁反射電極(5)和弧室(I)的作用。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述燈絲(2)安裝于所述弧室(I)的上側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述燈絲(2 )通過燈絲安裝絕緣座(3 )與弧室(I)實現(xiàn)電絕緣。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述燈絲(2)是直熱式的，與所述弧室(I)之間形成電絕緣的燈絲安裝絕緣座(3)為高純陶瓷材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述含氟可電離氣體(7)為BF3或SiF。7.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述磁場沿著連接燈絲(2)與對置送氣入口的線。8.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項所述的射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，其特征在于，所述射頻電源(10)設(shè)置在氮化鋁反射電極(5)與弧室(I)之間，兩極間接上射頻.13.56MHz 電源。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻偏壓供電的磁控濺射金屬鋁離子源，包括：弧室，作為等離子體生成弧室和陽極，弧室內(nèi)導(dǎo)入含氟可電離氣體；燈絲，作為熱陰極燈絲并設(shè)置在弧室內(nèi)，燈絲用來發(fā)射電子；氮化鋁反射電極，設(shè)置在弧室內(nèi)的一側(cè)，作為鋁離子生成源，在陽極與氮化鋁反射極間施加來自于射頻電源的電壓；磁鐵，安裝在弧室內(nèi)以產(chǎn)生磁場；引出電極，用來引出鋁離子束流；偏壓電源，設(shè)置在燈絲和弧室之間，電子在偏壓電源生成的電場作用下飛向弧室，氟離子在電場作用下加速飛向燈絲。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、效率更高等優(yōu)點。
【IPC分類】H01J37/08
【公開號】CN105655217
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】孫雪平, 袁衛(wèi)華, 彭立波, 易文杰, 張賽, 鐘新華
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月14日