柱狀螺旋磁控陰極電弧蒸發源的製作方法
2023-12-10 23:35:37
專利名稱：柱狀螺旋磁控陰極電弧蒸發源的製作方法
技術領域：
本發明涉及物理汽相沉積，特別是用於真空鍍膜的柱狀磁控陰極電弧蒸發源。
真空鍍膜法是一種將金屬或非金屬工件置於真空室中，利用輝光放電或弧光放電將工件表面鍍上金屬或其化合物膜的方法。
陰極電弧蒸發源是利用弧光放電法，使陰極鍍膜材料蒸發並電離，產生真空鍍膜所需的等離子體流的裝置。
電弧法涉及到從陰極弧光輝點放出的陰極物質的離子，陰極弧光輝點是存在於極小的空間的高電流密度、高速變化的一種現象。在真空狀態下，被吸到陰極表面的金屬離子形成空間電荷層，由此產生強電場使陰極表面上功函數小的點(晶界或微裂紋)開始發射電子。個別發射電子密度高的點產生高密度的電流，該電流產生的熱使該點溫度上升，而進一步發射熱電子，這種反饋作用使電流局部集中。由於電流局部集中產生的熱使陰極材料在此局部產生爆發性地等離子化而發射電子和離子，然後留下放電痕，同時放出熔融的陰極材料粒子。發射的離子中的一部分被吸回陰極表面，再次形成空間電荷層，產生強電場，又使新的功函數小的點開始發射電子。
為了改善蒸發離化源的性能，一般在系統中設置有磁場。陰極表面磁場的水平分量( 約20-50高斯)和垂直電場的交互作用，能更有效地束縛電子、離子，延長電子的運動軌跡，從而提高了碰撞電離的機率。磁場可使電弧等離子體加速運動，增加陰極發射電子和離子數量，提高束流的密度和定向性，減小微小團粒(熔滴)的含量。這就相應地提高了沉積速率和膜層的質量。所以磁場對於陰極電弧蒸發源是至關重要的。
眾所周知，柱狀電弧源比以往的小弧源、大弧源有其獨特的優點，是廣大鍍膜行業都在競相研製開發的新技術。柱狀電弧源可以代替多個小弧源，使結構變得簡單，由原來的多點控制變成只控制一點，從而故障率降為最低，且成膜的均勻性大大提高。與大弧源相比，真空室的布置更為簡單，空間利用率更大。
CN91230847.8公開了一種柱狀靶，在柱狀靶中有一塊永久性磁鐵，工作時，在該磁鐵的磁場的作用下，形成一個環狀電弧，同時磁鐵沿柱靶軸上下移動，使環狀電弧上下移動。這種電弧源的缺點是放電面積小、工作效率低，而且需要較複雜的運動裝置。
本發明的目的是提供一種克服了上述缺陷的柱狀磁控陰極電弧蒸發源。
本發明的電弧源包括弧電源、柱狀陰極、套在陰極端部的屏蔽罩、陰極內磁體、固定磁體的基體、使磁體旋轉的傳動裝置、陰極內的冷卻通道以及引弧裝置，其中所述磁體沿陰極軸向呈螺旋線型布置。
本發明的電弧源中磁體優選呈雙螺旋線型布置，其中一條螺旋線型磁體N極向外，另一條S極向外。所述磁體最好呈兩頭封閉的雙螺旋線型布置。
本發明進一步優選的方案為基體為柱狀，表面上帶螺旋線型槽，塊狀磁體排列於槽內。
更進一步優選的方案為基體表面上帶雙螺旋線型槽，塊狀磁體排列於槽內，沿一條螺旋形槽布置的磁體塊N極向外，沿另一條布置的磁體塊S極向外。
本發明的電弧源工作時傳動裝置帶動螺旋形磁體勻速旋轉，引弧後，整個陰極表面放電均勻、刻蝕均勻，放電面積大，靶材利用率高，可360°和上下同時蒸鍍，工作效率高，使用壽命長，而且使與其配套的設備結構大大簡化，提高了真空室利用率，節省了材料，降低了成本。
下面結合附圖
和實施例進一步說明本發明。
附圖為設有本發明的電弧源的真空鍍膜裝置示意圖。
圖中標號1為陰極，它被部分剖開，2、2』為屏蔽罩，3為固定磁體的基體，4為布置成雙螺旋線型的磁體，5為引弧裝置，6為使磁體旋轉的旋轉軸，7為陰極表面放電軌跡，8為工件偏壓電源，9為弧電源，10為進氣口，11為抽真空口，12為法蘭，13為工件架，14為真空室壁，15為冷卻通道。
實施例按附圖製備和安裝本發明的電弧源和鍍膜裝置，其中圓筒狀陰極外徑為64mm，長600mm，厚10mm，圓柱狀基體上開有兩頭封閉(與圖中放電軌跡所示相同)的雙螺旋線型槽，將若干小塊永久磁鐵布置於槽中，其中一條螺旋線型槽內的磁鐵塊N極向外，另一條中S極向外，用粘合劑將磁鐵固定於槽內，磁場強度控制為在陰極表面處的磁場強度水平分量 為20-60高斯，放電參數為20V，50A-200A，最高400A，工件溫度200-400℃。鍍膜時，先將清洗後的工件裝卡在工件架上，抽真空後，充入氣體，短路引弧，產生陰極鍍膜材料與陰極室壁之間的主電弧，使陰極鍍膜材料蒸發並電離，迅速離開表面，形成所需要的等離子體流，在工件上成膜。電弧源工作時，雙螺線型磁鐵使放電區沿柱狀陰極表面呈上下封閉的雙螺旋型分布，在外力作用下磁鐵勻速旋轉，這樣在每個橫截面上有兩點放電，兩頭放電區各有一個小圓弧，其頂端水平切線方向放電區大小几乎和橫截面上兩點的放電面積相當，於是保證了整個陰極靶面放電的均勻，刻蝕均勻，靶材利用率達70％以上。因為靶材的兩頭的聯接部位不可能被利用，靶材用到一定厚度也不可能再使用，若靶材刻蝕太薄，一旦穿透，冷卻水進入真空室及真空系統會損壞設備，所以本發明中的靶材幾乎已達極限利用率。
權利要求
1.一種柱狀磁控陰極電弧蒸發源，包括弧電源、柱狀陰極、套在陰極端部的屏蔽罩、陰極內磁體、固定磁體的基體、使磁體旋轉的傳動裝置、陰極內的冷卻通道以及引弧裝置，其特徵是所述磁體沿陰極軸向呈螺旋線型布置。
2.如權利要求1所述的電弧蒸發源，其特徵是所述磁體呈雙螺旋線型布置，其中一條螺旋線型磁體N極向外，另一條S極向外。
3.如權利要求2所述的電弧蒸發源，其特徵是所述磁體呈兩頭封閉的雙螺旋線型布置。
4.如權利要求1所述的電弧蒸發源，其特徵是所述基體為柱狀，其表面上帶螺旋線型槽，塊狀磁體排列於槽內。
5.如權利要求4所述的電弧蒸發源，其特徵是所述基體表面上帶雙螺旋線型槽，塊狀磁體排列於槽內，沿一條螺旋形槽布置的磁體塊N極向外，沿另一條布置的磁體塊S極向外。
全文摘要
本發明公開了一種柱狀磁控陰極電弧蒸發源。該電弧源中的磁體沿陰極軸向呈螺旋線型布置。電弧源工作時，陰極表面放電軌跡為螺旋線型。本發明的電弧源整個陰極表面放電均勻，刻蝕均勻，放電面積大，靶材利用率高，使用壽命長，可廣泛用於各種真空鍍膜裝置中。
文檔編號C23C14/32GK1117088SQ9411494
公開日1996年2月21日 申請日期1994年8月18日 優先權日1994年8月18日
發明者馬志堅 申請人:馬志堅