技術(shù)起源、原理及分類

技術(shù)起源

離子源起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的美蘇爭霸，理論計(jì)算表明離子源做空間推進(jìn)器能量密度大于常規(guī)液氫推進(jìn)器。美國的研究以NASA的Kaufman教授主持設(shè)計(jì)的帶冊網(wǎng)的肉子源(Kaufman肉子源)為主。

前蘇聯(lián)則以霍爾離子源(End-Hall)為主在離子源推進(jìn)器實(shí)驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)有推進(jìn)器材料從離子源飛出。這就開始了離子源在材料，特別是材料表面改性的應(yīng)用。

●1960年，NASA擬定計(jì)劃，由Kanfinan教授主持研制窩束低來凌密度的離子盤擊電推進(jìn)器，該離子發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為考夫量寓子源

●1985年，真空蒸德多層聚合物膜職得專利GE公司)

●1987年，高溫超導(dǎo)薄膜的激光剿商沉積成功

●無柵網(wǎng)的霍爾離子源研制成功(Kufnman&Robinson)

●1988年，雙陰極中頻惠時(shí)離子源研制成功

●自80年代中期以來，離子來輔助沉積技術(shù)得到普邊重視，高子柬觀射技術(shù)及等高子體反應(yīng)觀射技術(shù)等都得到了迅速發(fā)展

原理及分類

離子源是使中性原子或分子電離，并從中引出離子束流的裝置。

離子源是各種類型的離子加速器。質(zhì)譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機(jī)、離子束刻蝕及清洗裝置、離子束濺射裝置、離子束輔助沉積裝置、離子推進(jìn)器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設(shè)備的不可缺少的部件。

廣義上來講，我們一般也將等離子體源劃歸為離子源一類。

主要應(yīng)用

離子源在鍍膜領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括:離子束輔助，離子束濺射，離子束刻蝕及離子束清洗等。

◆離子束清洗

◆表面改性

◆離子束輔助沉積

◆離子束濺射

◆離子束刻蝕

◆離子束直接沉積

無柵離子源

通過陰極引出離子，并通過磁場對離子作用，產(chǎn)生離子束。主要分為霍爾離子源及

陽極層離子源。

主要特點(diǎn):

●氣耗大，污染較為嚴(yán)重

●束型約束較差

●相比柵網(wǎng)型離子源束能低

●主要適用離子束輔助沉積及清洗

霍爾離子源

工作原理:

工作氣體或反應(yīng)氣體由陽極底部進(jìn)入放電區(qū)內(nèi)參與放電，放電區(qū)內(nèi)由磁鐵產(chǎn)生如圖所示的錐形磁場，在放電區(qū)的上部安裝有補(bǔ)償或中和陰極。根據(jù)工作要求該型號離子源的工作氣體為氬氣，反應(yīng)氣體可以使用氮?dú)?、氧氣或碳?xì)涞榷喾N氣體。放電區(qū)上部陰極燈絲加熱后產(chǎn)生熱電子，當(dāng)離子源的陽極施以正電位+UA時(shí)，電子在電場作用下向陽極運(yùn)動(dòng)，由于磁場的存在，電子繞磁力線以螺旋軌道前進(jìn)，與工作氣體或反應(yīng)氣體的原子發(fā)生碰撞使其離化。

離子在霍爾電場的作用下被加速獲得相應(yīng)的能量，與燈絲熱陰極發(fā)射的部分熱電子形成近等離子體，由等離子體源發(fā)射出來與基片發(fā)生作用達(dá)到清洗和輔助鍍膜的目的。

陽極層離子源

陽極層離子源是一種不需要熱燈絲陰極進(jìn)行電荷補(bǔ)償?shù)目煽垦b置，可在不同壓力范圍和不同的氣體環(huán)境下產(chǎn)生離子束，可在化學(xué)活性氣體(氧氣、空氣、鹵素氣體)環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。

通過閉合的磁阱、陰極和陽極之間的高電壓以及正確的工作壓力，氣流通過磁阱從而產(chǎn)生等離子體射流。

柵網(wǎng)型離子源

柵網(wǎng)型離子源通過柵網(wǎng)對離子的篩選、加速等作用，可更好的控制束型及離子能量。柵網(wǎng)型離子源根據(jù)電源類型分為考夫曼離子源(DC)和射頻離子源(RF)。

四個(gè)主要組成部分:放電室(Discharge chamber)、電子源(Electron soure)、柵網(wǎng)(Grids)和中 和器(Neutralizer)工藝氣體通入放電室，電子源電離氣體產(chǎn)生等離子體，其中離子和電子的密度大致相等。放電室中產(chǎn)生的離子被柵網(wǎng)加速到高速，形成離子束。中和器位于離子源下游，發(fā)射電子用于中和。