雙向過濾電弧等離子體源的製作方法
2023-12-10 23:14:37
專利名稱：雙向過濾電弧等離子體源的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種用於在基板上沉積塗層的汽相沉積設備以及用於在基板上沉積塗層的方法。更具體而言，本發明涉及一種陰極電弧沉積設備及其使用方法。
背景技術：
陰極電弧蒸發在過去20年中在沉積金屬塗層、金屬合金和混合物塗層以及碳塗層方面得到廣泛的商業應用。陰極電弧放電同樣可以用作等離子體源，用於諸如注入、濺射刻蝕、反應刻蝕以及擴散的離子處理操作。理想材料(或其前體)的陰極被大電流蒸發，低壓電弧等離子體在被抽空成壓力通常低於0.001毫巴的真空室中放電。典型的電弧電流範圍在25到1000安培之間，且電壓在15到50伏特之間。可以通過在沉積期間引入一種或多種反應氣體來形成混合物，例如金屬氮化物、碳化物以及氧化物。
陰極電弧蒸發的不良副作用是產生陰極材料的熔滴，通過電弧噴射的反作用將所述熔滴從陰極噴射出來。這些熔滴通常被稱為大粒子，並且直徑範圍從亞微米到幾十微米或更多。當大粒子落在基板上時可以嵌入塗層，或者可以粘著並在稍後掉落，在任何一種情況下都會引起表面缺陷。
用於減少到達基板的大粒子數量的策略大體分成兩類。第一類策略是在目標表面應用磁場以便加速電弧並且由此減少大粒子的產生。第二類策略是在陰極和基板間插入一個過濾器或類似結構。所述過濾器允許傳輸至少一部分的離子化蒸汽同時阻擋至少一些熔滴。第一類策略(即，磁場的使用)通常更易於實現但卻不能徹底消除大粒子的產生。第二類策略(即，過濾)通常在減少塗層的大粒子汙染方面更為有效，但是需要更為複雜的設備且在以往由於傳輸損失而使離子輸出明顯減少。
過濾的電弧源在科技和專利文獻中已有描述。例如，Aksenov等人的出版物(「Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-opticssystem」，Soviet Journal of Plasma Physics，4(4)，1978)是對四分之一環形等離子體管道的應用最早進行描述的出版物之一，所述管道結合電磁線圈在管道中產生螺線管磁場。
雖然環狀過濾電弧等離子體源最為常見，但是矩形過濾電弧等離子體源尤其適合於大基板的塗層或離子處理，滾軋成形的板材以及位於直線傳送帶或圓形轉盤(carousel)上的大量的較小基板。
希望提供一種離子輸出電流遠遠大於現有等離子體源的改進過濾電弧等離子體源。同樣，希望提供一種使用過濾電弧等離子體源的方法，其與現有方法相比可以獲得改進的沉積。因此，有利的是提供一種能夠提供這些或其他有利特徵中任何一個或多個的系統和/或方法，通過閱讀本公開內容上述有利特徵將變得顯而易見。
發明內容
本發明的示例性實施例涉及一種產生等離子體的設備。該設備包括具有配置成發射包括等離子體和大粒子的材料的可蒸發表面的陰極以及配置成引導等離子體的反向引導的輸出孔。該設備還包括配置成將至少一些等離子體傳輸到輸出孔同時阻止至少一些大粒子的傳輸的過濾器。該過濾器包括至少一個通常設置成面向至少一部分的可蒸發表面且與其平行的偏轉電極。該設備還包括第一元件和第二元件，其中所述第一元件用於在陰極與所述至少一個偏轉電極之間產生具有第一極性的第一磁場分量，所述第二元件用於在陰極的可蒸發表面產生具有與第一極性相反的第二極性的第二磁場分量，使得在可蒸發表面和所述至少一個偏轉電極間產生低場區域。
本發明的另一示例性實施例涉及一種用於產生等離子體的設備，該設備包括配置成發射等離子體和大粒子的陰極以及配置成傳輸至少一部分等離子體同時阻止至少一部分大粒子傳輸的過濾器。該過濾器包括至少一個偏轉電極。該設備還包括用於在陰極與所述至少一個偏轉電極之間產生具有第一極性的第一磁場分量的裝置以及用於產生緊鄰陰極的具有與第一極性相反的第二極性的第二磁場分量的裝置。
本發明的另一示例性實施例涉及一種用於產生等離子體的方法，所述等離子體包括陰極材料的離子化蒸汽。該方法包括提供包括平行的偏轉電極和陰極側面屏蔽板(shield)的過濾器，並且提供配置成在過濾器內噴射等離子體和大粒子的陰極。該方法還包括在偏轉電極之間產生主要磁場分量，該主要磁場分量與偏轉電極和陰極的可蒸發表面平行。主要磁場試圖增加從可蒸發表面發射到偏轉電極外部區域的等離子體的傳輸。該方法還包括產生緊鄰陰極的可蒸發表面的次要磁場分量，該次要磁場分量具有與主要磁場分量相反的極性，使得在可蒸發表面和每一側的相鄰偏轉電極之間產生低場區域。
圖1是現有技術的過濾電弧等離子體源的示意圖，其示出電弧、偏轉器偏置以及磁體電源連接；圖2是圖1所示的過濾電弧等離子體源的示意截面圖，其示出磁通線和大粒子軌跡；圖3是根據示例性實施例的過濾電弧等離子體源的截面圖，其示出磁通線；圖4是根據示例性實施例的線狀陰極和次要磁裝置的示意圖；
圖5a和5b分別是對於鉻和石墨陰極，離子電流輸出相對於主要和次要電磁線圈電流的等高線圖；圖6是根據示例性實施例的安裝在旋轉基板轉盤中央中的雙向過濾電弧源的示意圖。
具體實施例方式
根據示例性實施例，提供一種雙向過濾電弧等離子體系統(即，包括在兩個相反方向上提供等離子體輸出的源)，用於形成塗層或執行基板或物品的離子處理。這種系統的應用試圖允許增加射出等離子體的分布區域並且還可以導致的基板容量的增加。
應該指出的是這裡所使用的術語「基板」和「物品」是指希望為其提供塗層或對其進行離子處理的任何零件、結構或產品。這種產品的例子包括但不必限於管道部件(例如龍頭、把手、噴嘴、水槽、排汙管法蘭、截止閥、導管、浴盆排水管等)、家用五金器件(例如門把手、鉸鏈、抽屜/櫥櫃拉手等)、浴室用五金器件(毛巾杆、安全扶手棍等)、門窗(例如浴室門等)、汽車產品(例如汽車裝飾部件、徽章、輪罩等)、刀、醫療器械、餐具、娛樂產品、體育用品(例如高爾夫球桿、冰鞋等)、室內或室外照明產品(例如燈、燈架等)、全天候信息標誌以及任何其他各種產品或物品。
圖1是矩形過濾電弧等離子體源的示意圖，在Welty申請的名為「Rectangular Filtered Arc Plasma Source」的美國專利5,997,705(以下稱為「專利『705」)中對此有更詳細的描述，以引用方式將該專利的全部公開內容併入在本文中。
設置陰極1，其包括包裹外表面的可蒸發表面，其由長側面2、端面3以及它們的相對面組成。在操作過程中，電弧斑點以連續的「跑道」形路線和一定的速度圍繞外表面旋轉，所述速度由陰極材料和平行於陰極表面的磁場分量的強度確定。等離子體在近似垂直於外表面(可蒸發表面)的所有四面的方向上從陰極發射出來。對於長陰極而言，大部分等離子體在垂直於陰極長側面的兩個相反的方向上被發射出來。
通過包括陰極側面屏蔽板和偏轉電極的過濾設備來防止從可蒸發表面噴射出來的大粒子到達基板。沿兩邊設置陰極側面屏蔽板4使其垂直於可蒸發表面，並且使其從可蒸發表面周圍向外凸出距離「d」。電弧電源5的負極端連接到陰極1且其正極端連接到側面屏蔽板4(其也作為陽極)。
放電的陽極可以包括真空室內的電絕緣結構或包括一個或多個與(金屬)真空室或系統地電接地的結構。陽極必須與等離子體電接觸(也就是被足夠數量的等離子體粒子撞擊以便支持放電)並且優選是至少一些平行於偏轉電極磁通線從其通過的表面。如圖2所示，其是圖1所示的過濾電弧源的截面圖，所述陽極包括側面屏蔽板4，其連接到電弧電源的正輸出，並且還可以優選連接到系統地。
如圖1所示，將側面偏轉電極6設置成平行於陰極1的側面且面向可蒸發表面。同樣可以將端面偏轉電極7設置成平行於陰極的端面以減少末端損失。將電磁線圈8設置在偏轉電極6和7的外側周圍且連接到線圈電源9。使線圈對準從而使所產生的螺線管磁場基本上平行於可蒸發表面的所有四個面以及偏轉電極。可以操作所述設備使得以任一極性提供線圈電流，並由此提供磁場。
偏轉電極6和7可以連接到偏轉偏置電源15的正輸出，其負輸出連接到陽極(側面屏蔽板陽極4)。箭頭10表示當等離子體流近似垂直於可蒸發表面發射出來時其的大致方向(即角度分布隨角度遠離表面法線增加而減小)。箭頭11和12表示等離子體在被偏轉電極6改變方向時所分成的方向相反的等離子流。等離子體流11和12通過相對面向的輸出孔13和14脫離所述源。
偏轉電極6和7具有選定的寬度並且安裝在與可蒸發表面相距選定的距離處。偏轉電極用於偏轉垂直於可蒸發表面發射出來的等離子體流並使其重新定向，為與電極和可蒸發表面平行的兩個相反的方向。偏轉電極還用於阻擋以相對於可蒸發表面的大角度噴射出來的大粒子。選擇偏轉電極的寬度和它們與可蒸發表面的距離以及側面屏蔽板從可蒸發表面向外凸出的距離使得視線無法從可蒸發表面到達基板。在這種情況下，從可蒸發表面上的任意一點噴射出來並沿任一方向朝基板運動的大粒子將會被陰極側面屏蔽板或偏轉電極所阻擋。
可以將折流板17設置成垂直於電極6以減少大粒子朝向輸出孔13和14的反彈。箭頭15表示以角度α從可蒸發表面2發射出來的大粒子30的軌跡。以小於α的角度發射的大粒子將被側面屏蔽板4阻擋，同時那些以大於α角發射的大粒子發射被偏轉電極6阻檔。
如圖2所示，將電磁線圈19和20設置在偏轉電極6的外側周圍。由線圈19和20中的電流產生的磁通線21基本上平行於可蒸發表面的表面2以及偏轉電極6和7。根據示例性實施例，使用計算機模擬選擇線圈19和20的形狀和位置以便為所示的特殊電極幾何形狀提供期望的磁場形狀。通過商用有限元磁分析程序(例如，位於賓夕法尼亞州匹茲堡市的Ansoft Corporation的以「Maxwell」命名的商用有限元磁分析程序)產生如圖2和3所示的磁通線。由於線圈19和20具有1000安培/cm2的電流密度且具有如相對於電極(與實際比例無關)所示的相對尺寸，可蒸發表面2的相鄰區域中的場強大約為25高斯。
關於針對圖1所示和所述的設備需要注意的是，為了實現等離子體的高效偏轉且由此實現更高的源輸出，希望在偏轉電極附近具有強磁場。由於主要磁裝置產生的主要磁場分量在偏轉電極和陰極之間的區域中基本上一致，於是在陰極表面也存在強磁場。儘管需要陰極表面處的弱磁場以促使電弧斑點圍繞陰極的外表面旋轉，但是平行於陰極表面的強磁場會阻礙等離子體離開陰極表面的流動並因此趨向於減少源輸出。因此，無法平衡磁場強度對偏轉效率和離開陰極的等離子體傳輸的競爭影響。
根據例如在圖3中示出的示例性實施例，與圖1和圖2所示的實施例相反，不是使用單個電磁線圈8來提供磁場源，而是使用兩個元件或部件(例如主要磁裝置和次要磁裝置)在偏轉電極之間和鄰近目標表面的區域中產生磁場。
所述磁場既用於促使電弧放電斑點圍繞陰極的可蒸發表面(外表面)連續地旋轉，又如下所述用於增加偏轉電極的效率。主要磁裝置用於在偏轉電極之間的區域中和遍及陰極空間產生基本為螺線管形的主要磁場分量，如在專利『705中所給出的啟示以及圖1和圖2所示。
次要磁裝置用於產生集中在陰極表面附近的極性與主要磁場分量相反的次要磁場分量，從而減少在陰極表面附近區域中的總場強(主要和次要分量之和)。根據示例性實施例，次要磁裝置優選位於陰極附近，從而使陰極表面附近的次要場分量強度大於偏轉電極附近的次要場分量強度。
通過控制主要和次要場分量的相對強度，根據示例性實施例可以在偏轉電極附近獲得強場的同時在陰極表面附近獲得弱場，從而使等離子體離開陰極表面傳輸的效率以及其在偏轉電極處變向的效率最大化。在陰極表面的前方產生低場磁區域，通過其將從陰極發射的等離子體磁力導向偏轉電極。
利用垂直於電極表面的電場實現通過偏轉電極來使等離子體改變方向。電場的極性排斥來自電極的正離子(即對於靠近電極的離子電勢變得越來越正)。在電絕緣偏轉電極處，由於來自碰撞的等離子體的離子和電子的到達速度不同而自發地逐漸形成電場。平行於電極表面的磁場所致的電子到達速度的下降明顯大於其所致的離子到達速度的下降(由於電子質量小得多)，導致電極電勢越來越正且因此在排斥離子方面更有效。通過利用附加電源向每一個偏轉電極的至少一部分施加正偏置電壓(相對於陽極)可以進一步增加偏轉電極的效率。
圖3是本發明的示例性實施例的截面圖，其中陰極101具有可蒸發表面102，將其設置在偏轉電極106和107之間以及次要電磁線圈141和142之間。將主要電磁線圈119設置在偏轉電極106和107的外側周圍。通過計算機模擬選擇線圈119的線匝的形狀和位置以便提供基本一致的平行於可蒸發表面的表面102和偏轉電極106和107的主要場分量。在主要線圈119中的電流為400安培時，偏轉電極106和107之間的主要磁場分量的磁通密度(「強度」)大約為150高斯。次要線圈141和142各自具有500匝的銅線，其纏繞在磁能透過的極片上，並且與環氧樹脂灌裝在水冷的銅外殼145中，該銅外殼還用作陽極表面(145a)和限定α角(例如參見圖2)的陰極側面屏蔽板表面(145b)，在所述α角之下阻擋大粒子。
圖3所示的磁通線161表示由400安培的主要線圈電流和9安培的次要線圈電流產生的主要和次要磁場分量之和。在陰極表面的前方產生低場區域160，通過其從陰極101發射出來的等離子體導向偏轉電極106和107。通過控制主要和次要場分量的相對強度，可以在偏轉電極106和107附近獲得相對強的場並且在陰極表面附近獲得相對弱的場，從而使等離子體離開陰極表面傳輸的效率以及其在偏轉電極處變向的效率最大化。
圖4是根據示例性實施例的線狀陰極和次要磁裝置的示意圖，其中陰極101具有由表面102和103及其相應的相對面組成的可蒸發表面，將該陰極設置在陰極側面屏蔽板104之間，所有陰極側面屏蔽板設置在次要電磁線圈141和142之間。線圈纏繞在磁能透過的極片143上。
圖5a和5b示出當流過主要和次要電磁線圈的電流變化時來自所述源的平均離子輸出電流，並且還示出所述電弧斑點圍繞陰極環行或「旋轉」的速度。用於零次要線圈電流的值對應於專利『705所述的源的值，其僅包括一個主要電磁線圈。當次要線圈電流增大時，陰極表面處的磁場變弱，導致離子輸出電流增大以及電弧旋轉速度減小。當電弧旋轉速度接近零(即，陰極表面處的主要磁場分量幾乎被次要場分量全部抵消，因此減小了驅動電弧斑點旋轉的力)時，離子輸出電流達到最大值。在陰極表面的前方產生低場區域160，通過其從陰極發射出來的等離子體被磁力導向所述偏轉電極，在所述偏轉電極處遇到平行於偏轉電極106和107的強磁通線161。在次要線圈電流的值甚至更高時，電弧旋轉完全減慢直至停止和反向，由旋轉速度的負值來表示反向。
在碳的情況下，如圖5b所示，電弧旋轉速度非常低-特別是對於使輸出電流最大化的大次要線圈電流。在這種情況下，難以將厚度均勻的塗層沉積到大基板面積上。根據示例性實施例，通過將基板安裝在以相對高速圍繞電弧源旋轉的圓柱形轉盤內，可以在大於一平方米(m2)的面積上以相對較高的沉積速度獲得非晶金剛石(四面結合的非晶碳)的均勻塗層，根據示例性實施例如圖6所示。
在圖6中，陰極201設置在偏轉電極206和207之間以及次要電磁線圈241和242之間。沒有示出主要磁裝置和陰極冷卻裝置。陰極側面屏蔽板204在所有側上向外凸出超出可蒸發表面一定的距離，該距離是結合偏轉電極206和207的寬度選定的，以防止從可蒸發表面噴射出來的大粒子到達安裝在旋轉的圓柱形轉盤250的內表面上的基板251。
圖6中的轉盤250的旋轉速度應該足夠快以至於在電弧運動的每一個小的增量期間完成旋轉一周。因此，環繞圓柱體的圓周沉積速度平均起來是恆定的，而當電弧圍繞陰極外表面旋轉時，等離子體噴射器(plasma jet)沿轉盤長度上下掃描。例如，當電弧以1rpm圍繞50釐米長的陰極旋轉時，對於電弧沿陰極的每1釐米運動基板轉盤旋轉一周需要大約100rpm的轉盤旋轉速度。
參考所有附圖，陰極、陽極和過濾設備的安裝和冷卻可以通過任何適當的方法來完成。由於冷卻和電源連接以及機械支持而對等離子流動造成的一些阻礙在所難免；然而，可以優選地在陰極的端面形成所述連接，使側面沿其整個長度方向沒有障礙。陰極具有矩形棒的常規形狀，但是為了方便操作和維護可以包括多個段或可替換元件。可以通過公知的裝置，例如絕緣體、屏蔽板、導電環或導磁環(permeablering)，來防止電弧橫向移離可蒸發表面的邊緣。
那些查閱過本公開的人將意識到這裡關於圖3-6所公開的各個示例性實施例與在常規過濾電弧系統中使用的設備相比包括各種有利的特徵。例如，根據示例性實施例，如這裡所公開的過濾電弧源包括雙向輸出分配，利用線狀磁電管陰極，並且包括偏轉電極、基板安裝面積以及永久磁鐵設置的獨特安排。
這裡公開的一個特別有利的特徵是利用次要磁裝置在陰極表面區域中控制磁場。以這種方式，可以產生任意所需長度的緊湊和高效的矩形等離子體源。例如，雙向輸出非常適合於旋轉的基板陣列內部的或者載有基板的兩個直線傳送帶之間的中心源。
主要和次要磁裝置可以包括電磁體、永磁體或兩者的結合。如圖1所示的簡單的纏繞在偏轉電極和陰極的外部的螺線管線圈可以提供適當的主要場分量。可以使用兩個或多個更小的螺線管以便使磁場成形或便於製造和安裝(如圖2所示)。根據另一個示例性實施例，可以通過永磁體(例如，如在專利『705中所公開的永磁體)產生主要場。電磁體的優點是磁場強度相對容易改變，但是其缺點是尺寸和重量較大，成本相對較高以及需要冷卻以防止操作過程中的熱積累。永磁體的優點是尺寸較小和成本較低，以及不需要冷卻或電源，但是其缺點是只能通過更換磁體改變磁場強度。
可以選擇磁場強度和偏轉電極的偏置電壓以對蒸發的特殊材料(原子重量和平均電荷狀態)進行等離子體傳輸優化。100-1000高斯範圍內的磁場強度和5-50伏特範圍內的電極偏置電壓適合於各種材料，儘管根據其他示例性實施例可以使用更高和更低的場強和電壓。偏轉電極的寬度和間距以及側面屏蔽板凸出的距離可以在視線要求所施加的限制內變化。較短的側面屏蔽板凸出距離需要較寬的偏轉電極，反之亦然。需要較短的側面屏蔽板以使逃脫陰極區域的等離子體的量最大化並且使塗層在側面屏蔽板上的積累最小化。然而，較寬的偏轉屏蔽板在處理室中佔據較多的空間，需要較大的磁體組件，並且可能引起傳輸損失的增加。側面屏蔽板和偏轉電極的水冷卻可能是持續進行高功率操作所必需的。可以通過如圖2所示的安裝成垂直於電極的多個平行折流板來減少大粒子從偏轉電極的反彈。折流板的高度、間距、數量和位置可以有利地選擇成確保大粒子除非發生至少兩次反彈否則不會逃脫。或者，可以在偏轉電極中形成多角面148，如圖3所示，用於控制入射大粒子反彈的方向。
根據示例性實施例，公開了一種用於產生金屬等離子體定向流的改進設備和方法，目的在於沉積塗層或執行離子處理。等離子體包括利用線狀磁電管陰極通過真空電弧蒸發產生的陰極材料的離子化蒸汽。通過偏轉電極裝置使等離子體轉向至基板區域，而通過偏轉電極攔截也由電弧產生的肉眼可見的陰極材料滴並且防止其到達基板。提供改進的磁裝置用於在同時偏轉和引導等離子體流時控制電弧在陰極表面上的運動。所述源提供可以在長度上無限延伸的矩形等離子體束，允許對大基板進行塗覆或離子處理。
應該注意的是這裡用於形容各個實施例的術語「示例性」旨在表示這樣的實施例是本發明的可能實施例的可行例子、代表例和/或示例性說明(並且該術語並不意味著這樣的實施例必須是突出或最佳的例子)。
重要的是要注意如各個示例性實施例所示的過濾電弧源的結構和設置僅僅是示例性的。雖然在本公開中僅對幾個實施例進行了詳細描述，但是查閱過本公開的本領域技術人員很容易意識到在不從本質上背離記載在權利要求中的主題的新穎性教導和優點的情況下，許多修改是可能的(例如，改變尺寸、面積、結構、形狀和各個元件的比例、參數值、安裝布置、材料的使用、顏色、方向等)。例如，所示的整體形成的元件可以由多個部分或元件來構造，可以顛倒或以其他方式來改變元件的位置，並且可以改變或變化位置或者分立元件的種類或數量。因此，旨在將所有修改包括在由所附權利要求書所限定的本發明的範圍內。可以根據可選實施例改變或重新排列任何處理或方法步驟的次序或順序。在不背離由所附權利要求書所限定的本發明範圍的情況下，可以在各個示例性實施例的設計、操作條件和布置中進行其他替換、修改、改變和刪除。
權利要求
1.一種用於產生等離子體的設備，包括具有配置成發射包括等離子體和大粒子的材料的可蒸發表面的陰極；配置成引導所述等離子體的反向引導的輸出孔；配置成將至少一些所述等離子體傳輸到所述輸出孔同時阻止至少一些所述大粒子的傳輸的過濾器，該過濾器包括至少一個通常設置成面向至少一部分所述可蒸發表面且與其平行的偏轉電極；第一元件，用於在所述陰極與所述至少一個偏轉電極之間產生具有第一極性的第一磁場分量；第二元件，用於在所述陰極的所述可蒸發表面處產生具有與所述第一極性相反的第二極性的第二磁場分量，使得在所述可蒸發表面和所述至少一個偏轉電極間產生低場區域。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述第一磁場分量包括基本上平行於所述可蒸發表面的磁通線。
3.如權利要求2所述的設備，其中所述磁通線也基本上平行於所述偏轉電極的表面。
4.如權利要求1所述的設備，其中用於產生第一磁場的所述第一元件包括螺線管線圈。
5.如權利要求4所述的設備，其中用於產生第二磁場的所述第二元件包括至少一個電磁線圈。
6.如權利要求1所述的設備，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一個包括永磁體。
7.如權利要求1所述的設備，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一個包括電磁體。
8.如權利要求1所述的設備，其中所述陰極具有矩形棒的形狀，所述矩形棒具有四個長側面和兩個端面，並且其中所述可蒸發表面包括所述棒的兩個相對的長側面和兩個端面。
9.如權利要求8所述的設備，其中所述至少一個偏轉電極包括至少兩個偏轉器表面。
10.如權利要求9所述的設備，其中將所述至少兩個偏轉器表面中的每一個安裝成面向所述可蒸發表面的所述長側面之一且與其平行。
11.如權利要求10所述的設備，其中所述至少一個偏轉電極配置成使所述等離子體偏轉為平行於所述至少兩個偏轉器表面的兩個方向，同時防止至少一些所述大粒子到達所述輸出孔。
12.如權利要求1所述的設備，其中所述過濾器還包括陰極側面屏蔽板，該陰極側面屏蔽板包括至少兩個安裝在所述可蒸發表面的相對側面上的表面，並且從所述可蒸發表面向外凸出選定的距離。
13.如權利要求12所述的設備，其中所述側面屏蔽板配置成防止從所述可蒸發表面發射出來的至少一些所述大粒子到達所述輸出孔。
14.一種用於產生等離子體的設備，包括配置成發射等離子體和大粒子的陰極；配置成傳輸至少一部分所述等離子體同時阻止至少一部分所述大粒子傳輸的過濾器，該過濾器包括至少一個偏轉電極；用於在所述陰極與所述至少一個偏轉電極之間產生具有第一極性的第一磁場分量的裝置；用於產生緊鄰所述陰極的具有與所述第一極性相反的第二極性的第二磁場分量的裝置。
15.如權利要求14所述的設備，其中用於產生第一磁場分量的所述裝置包括螺線管。
16.如權利要求14所述的設備，其中用於產生第二磁場分量的所述裝置包括至少一個電磁線圈。
17.如權利要求14所述的設備，其中用於產生第一磁場分量的所述裝置和用於產生第二磁場分量的所述裝置中的至少一個包括永磁體。
18.如權利要求14所述的設備，其中用於產生第一磁場分量的所述裝置和用於產生第二磁場分量的所述裝置中的至少一個包括電磁體。
19.如權利要求14所述的設備，其中所述陰極具有矩形棒的形狀，所述矩形棒具有四個長側面和兩個端面。
20.如權利要求19所述的設備，其中所述至少一個偏轉電極包括至少兩個偏轉器表面。
21.如權利要求20所述的設備，其中將所述至少兩個偏轉器表面中的每一個安裝成面向所述陰極的所述長側面之一且與其平行。
22.如權利要求20所述的設備，其中所述至少一個偏轉電極配置成使所述等離子體偏轉為平行於所述至少兩個偏轉器表面的兩個方向。
23.如權利要求22所述的設備，其中該設備還包括多個輸出孔，並且所述至少一個偏轉電極配置成防止至少一些所述大粒子到達所述輸出孔。
24.如權利要求23所述的設備，其中所述過濾器還包括陰極側面屏蔽板，該陰極側面屏蔽板包括至少兩個安裝在所述陰極的相對側面上的表面，並且從所述陰極向外凸出選定的距離，所述側面屏蔽板配置成防止從所述陰極發射出來的至少一些大粒子到達所述輸出孔。
25.一種用於產生包括陰極物質的離子化蒸汽的等離子體的方法，包括提供包括平行的偏轉電極和陰極側面屏蔽板的過濾器；提供配置成在所述過濾器內噴射等離子體和大粒子的陰極；在所述偏轉電極之間產生主要磁場分量，該主要磁場分量與所述偏轉電極和所述陰極的可蒸發表面平行，該主要磁場試圖增加從所述可蒸發表面發射到所述偏轉電極外部區域的等離子體的傳輸；以及產生緊鄰所述陰極的所述可蒸發表面的次要磁場分量，該次要磁場分量具有與所述主要磁場分量相反的極性，使得在所述可蒸發表面和每一側的相鄰偏轉電極之間產生低場區域。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述陰極包括矩形棒並且所述可蒸發表面在所述棒的縱向外表面周圍延伸。
27.如權利要求25所述的方法，其中所述側面屏蔽板在所有側上向外凸出超出可蒸發表面一定的距離，該距離是結合所述偏轉電極的寬度選定的，以防止從所述可蒸發表面噴射出來的大粒子逃脫所述過濾器內的所述區域。
28.如權利要求25所述的方法，其中所述產生主要磁場分量的步驟利用了螺線管。
29.如權利要求28所述的方法，其中所述產生次要磁場分量的步驟利用了至少一個電磁線圈。
30.如權利要求25所述的方法，其中所述產生主要磁場分量的步驟和所述產生次要磁場分量的步驟中的至少一個利用永磁體。
31.如權利要求25所述的方法，還包括提供兩個用於引導所述等離子體的反向引導的輸出孔。
32.如權利要求25所述的方法，其中所述產生主要磁場分量的步驟和所述產生次要磁場分量的步驟中的至少一個利用電磁體。
全文摘要
一種用於產生等離子體的設備，包括具有配置成發射包括等離子體和大粒子的材料的可蒸發表面的陰極；配置成引導等離子體的反向引導的輸出孔；配置成將至少一些等離子體傳輸到輸出孔同時阻止至少一些大粒子的傳輸的過濾器，該過濾器包括至少一個通常設置成面向至少一部分可蒸發表面且與其平行的偏轉電極；第一元件，用於在陰極與所述至少一個偏轉電極之間產生具有第一極性的第一磁場分量；第二元件，用於在陰極的可蒸發表面處產生具有與第一極性相反的第二極性的第二磁場分量，使得在可蒸發表面和至少一個偏轉電極間產生低場區域。
文檔編號H05H1/02GK101068449SQ20071010111
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月26日 優先權日2006年5月1日
發明者理察·P·韋爾蒂 申請人:蒸汽技術公司