無柵極離子助鍍器的製作方法
2023-05-17 16:32:01
專利名稱：無柵極離子助鍍器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種真空鍍膜設備，尤其涉及一種無柵極離子助鍍器。
背景技術：
傳統真空鍍膜設備是在真空條件下用電阻或電子束將膜料加熱至蒸發溫度，使其蒸發並沉積在基材上形成薄膜以達到鍍膜的目的。但是，被蒸發膜料原子的能量低，所鍍膜層的附著力差、密度低，薄膜的性質受環境影響大、易脫落、不穩定。此外，電子蒸發時，電子槍的柵極電壓為6000-10000V，容易引起高壓放電打火，影響薄膜的質量。
為增加真空鍍膜的附著力、密度並改善其物理性質，在電子束蒸發過程中使用離子源對基材進行轟擊，實現離子輔助沉積的目的。
現普遍使用的一種用於無柵極離子助鍍器的離子源是由考夫曼(Kaufman)首先發明的端霍爾離子源(End-Hall Ion Source)，考夫曼在美國專利第4,862,032號揭露其主要技術內容如下如圖1所示，端霍爾離子源20由發射電子的陰極22、接收電子並發射離子的陽極25、磁路26和供氣系統(未標示)組成，該陰極22包括一陰極燈絲221和兩陶瓷絕緣墊224和226。磁路26在放電區24內形成磁場，磁力線由陰極22下部的磁極發出經放電區進入頂部磁極27。離子源工作時，工作氣體(氬氣)和反應氣體(如氧氣)由供氣管道21進入到放電區內24。與此同時，陰極燈絲221被加熱至熱電子發射溫度，陽極25被施以正電位。在電場的作用下，陰極燈絲221發射的部分電子沿磁力線以螺旋運動的方式向陽極25遷移，在放電區內和氣體原子或分子發生碰撞，並將其電離。在電離過程中產生的電子繼續向陽極25遷移，產生的離子將在放電區24電場的作用下被加速並和陰極燈絲221產生的部分電子中和以後形成等離子體射出離子源20，具有一定能量的等離子體對基材進行直接轟擊進行鍍前清洗，或轟擊薄膜表面和薄膜表面原子進行能量交換進行離子輔助鍍膜。
離子輔助鍍膜對成長的膜原子撞擊可使薄膜的光譜特性特別穩定、吸水性減少、折射率升高和粗糙度降低，這是因為離子助鍍後膜堆積密度升高，膜變得更緻密，因此吸水量變少，光譜特性也因此不會飄移，折射率變大且穩定，但是，上述的離子助鍍器的陽極為錐形結構其開口向上，不能準確控制離子發射的角度使之準確撞擊在基材上，從而影響鍍膜品質的控制。
所以，提供一種準確控制離子發射角度並且提高鍍膜品質的無柵極離子助鍍器實為必要。
發明內容本發明的目的在於提供一種準確控制離子發射角度的無柵極離子助鍍器。
為實現本發明目的，本發明提供一種無柵極離子助鍍器，其包括一離子源，該離子源包括一放電區；一磁路，該磁路環繞該放電區；一供氣系統；一陽極，設置在該放電區的下方；一陰極，設置在該放電區的上方，和上述陽極相對應；和一陽極發射角工件，設置在該陽極上方，用於控制離子發射角度。
與現有技術相比較，本發明的無柵極離子助鍍器利用在現有陽極上方擺設會產生各種不同發射角的陽極發射角工件，而使離子發射角度可配合基材數量和基材擺設位置來選擇，可以使基材上所鍍出的薄膜品質更好，並更有效運用離子流而且此種方式在陽極換置上非常簡便，而且清潔離子槍時也容易拆解組裝。
圖1是現有技術的無柵極離子助鍍器的剖面示意圖。
圖2是本發明的無柵極離子助鍍器的剖面示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖2，本發明的一種無柵極離子助鍍器，其包括一離子源30，該離子源30包括一放電區34(也稱放電室)；一磁路36，該磁路36環繞該放電區34；一供氣系統(未標示)；一陽極35，設置在該放電區34的下方；一陰極32，設置在該放電區34的上方，和上述陽極35相對應；和一陽極發射角工件38，設置在該陽極35上方，用於控制離子發射角度。
本發明的磁路36為環繞該無柵極離子助鍍器而設，其一般由背磁極(未標示)、磁體(未標示)、外磁體(未標示)和頂部磁體364和366組成。該磁路36的背磁極(未標示)、磁體(未標示)、外磁體(未標示)和頂部磁體364和366在放電區34內形成磁場(如圖2所示)。
該陰極32包括一陰極燈絲321和兩陶瓷絕緣墊324和326，該兩陶瓷絕緣墊324和326分別連接上述上述磁路36的頂部磁體364和366。該陰極燈絲321為鎢絲，直徑為0.6mm，其兩端分別通過螺栓322連接於兩陶瓷絕緣墊324和326使陰極燈絲321和其它工件絕緣。
該陽極35為圓柱體結構，其沿中軸心位置開設有一錐形結構的凹槽，該凹槽直徑較大的錐口向上，相對應於上述陰極32。該陽極35的錐形凹槽底部構造出可裝載膜料的圓形坩堝351。該陽極35的下部設有供氣板312，該陽極35通過螺栓(未標示)和供氣板312相連接。供氣板312上設有多個供氣管道313，組成供氣系統。另外，陽極35和坩堝351底部一般還設有水冷系統(未標示)，以避免坩堝351和其它工件在高溫下被燒毀。
該陽極發射角工件38，設置在陽極35的錐口上方，為圓柱形結構，其沿中軸心開設一錐形通孔39。該錐形通孔39具有上錐口391和下錐口392，下錐口392的直徑大於上錐口391的直徑。該大錐口392的直徑和上述陽極35的錐形凹槽較大錐口的尺寸相一致，而且兩錐口互相搭配緊密結合，形成腔體，而陽極發射角工件38的上錐口391則成為收攏成型的發射口。本發明的陽極發射角工件38可根據實際情況需要選擇具有不同尺寸的大錐口和小錐口直徑形成不同的發射角，來控制發射角度。
本發明的無柵極離子助鍍器的離子源30在真空環境作業時，工作氣體和反應氣體分別由多個供氣管道313導入到放電區34內，工作氣體選用氬氣，反應氣體選用氧氣。磁力線由陰極32下部的磁路36發出進入頂部磁極364，366。與此同時，陰極燈絲321被加熱至熱電子發射溫度，陽極35被施以正電位。在電場的作用下，陰極燈絲321發射的部分電子沿磁力線以螺旋運動的方式通過陽極發射角工件38的錐形通孔39向陽極35遷移，在放電區內34和氣體原子或分子發生碰撞，並將其電離。在電離過程中產生的電子繼續向陽極35遷移，產生的離子將在放電區34電場的作用下被加速，並通過已調節好發射角度的陽極發射角工件38的錐形通孔39，和陰極燈絲321產生的部分電子中和之後，形成等離子體從離子助鍍器30射出。具有一定能量的等離子體束對基材(未標示)進行直接轟擊進行鍍前清洗，或轟擊基材薄膜表面和薄膜表面原子進行能量交換進行離子輔助鍍膜。
本發明是利用在現有陽極上方擺設會產生各種不同發射角的陽極發射角工件，而使離子發射角度可配合基材數量和基材擺設位置來選擇，可以使基材上所鍍出的薄膜品質更好，並更有效運用離子流而且此種方式在陽極換置上非常簡便，而且清潔離子槍時也容易拆解組裝。當然，也可選用一體成型法直接做出具有陽極發射角工件形狀的陽極。
另外，本發明不限於具有軸對稱的圓形離子源的助鍍器，本發明的離子源可以具有不相同的形狀，離子源沿垂直於對稱軸方向可以在加工範圍內延伸，形成方形或橢圓形蒸發源，因此本發明的陽極發射角工件可根據圓形助鍍器的變化設計相應可調整發射角的陽極發射角工件。
該無柵極離子源用於等離子輔助鍍膜時，在鍍多層膜之前對基材進行預處理，清洗基材；可以得到更好的膜層和基材的結合力。鍍膜時，離子動量傳遞給正在形成膜的原子，使原子的相互結合力大大提高，膜層的結構得到改進，膜層的密度大為提高。該輔助鍍膜用的無柵極離子源可以在氧氣氛下工作，蒸發物質原子和氧氣在高密度等離子體作用下被激活和離化，使反應完全，使薄膜的損耗和吸收率大大降低，能在大直徑範圍內生產均勻、低吸收、高質量的薄膜。
權利要求
1.一種無柵極離子助鍍器，其包括一離子源，該離子源包括一放電區；一磁路，該磁路環繞該放電區；一供氣系統；一陽極，設置在該放電區的下方；一陰極，設置在該放電區的上方，和上述陽極相對應；其特徵在於還包括一陽極發射角工件，設置在該陽極上方，用在控制離子發射角度。
2.如權利要求1所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於陰極包含一陰極燈絲。
3.如權利要求2所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於陰極燈絲為鎢絲製成。
4.如權利要求1所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於陽極形成一錐形結構凹槽。
5.如權利要求4所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於錐形結構凹槽底部用來放置裝有膜料的坩堝。
6.如權利要求4所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於錐形結構凹槽的直徑較大的錐口靠近陰極。
7.如權利要求1所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於陽極下部還設有一水冷系統。
8.如權利要求1所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於磁路包括背磁極、磁體、外磁體和頂部磁體，並環繞該無柵極離子助鍍器。
9.如權利要求1所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於陽極發射角工件設有錐形通孔。
10.如權利要求9所述的一種無柵極離子助鍍器，其特徵在於錐形通孔上錐口直徑小在下錐口的直徑，而且下錐口和陽極上錐口相配合。
全文摘要
本發明涉及一種用於真空鍍膜設備的無柵極離子助鍍器，其包括一離子源，該離子源包括一放電區；一磁路，該磁路環繞該放電區；一供氣系統；一陽極，設置在該放電區的下方；一陰極，設置在該放電區的上方，和上述陽極相對應；和一陽極發射角工件，設置在該陽極上方，用於控制離子發射角度。本發明的無柵極離子助鍍器可以配合基材數量和基材擺設位置來選擇離子發射角度，提高基材的鍍膜品質。
文檔編號C23C14/46GK1667156SQ20041002651
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月11日 優先權日2004年3月11日
發明者顏士傑 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司