專利名稱：寬束冷陰極離子源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及薄膜輔助淀積裝置，用于薄膜的離子束輔助淀積的寬束冷陰極離子源，包括冷陰極、陽極、永磁體、多孔引出柵等組成。
目前在離子束輔助淀積技術中使用的寬束離子源多為考夫曼(Kaufman)離子源，有關考夫曼離子源的技術可在美國專利4，446，403(1984年)號等文獻上見到。其優(yōu)點是產(chǎn)生的離子能量和束流密度可調(diào)節(jié)范圍大，離子束徑大，離子束束流密度分布均勻等；不足之處是由于用鎢絲等作為陰極，陰極的工作壽命較短，如使用氬氣為工作氣體時，陰極壽命約一百小時；而使用氧氣為工作氣體時，陰極壽命縮短至十幾小時甚至幾小時；同時，離子源的工作特性在使用不同工作氣體時，也有較大變化，所以，考夫曼離子源不能完全滿足離子束輔助淀積技術的要求。
在英國VACUUM雜志1986年第11期897頁上介紹了幾種用于離子注入機及加速器等設備中的小型細束冷陰極離子源，它們具有結構簡單，可使用多種工作氣體穩(wěn)定工作，陰極壽命長等優(yōu)點。但由于它們都是細束引出，離子束徑和束流密度分布等性能都不能滿足離子束輔助淀積的要求。
本實用新型的目的為克服現(xiàn)有技術不足，設計一種壽命長、能量調(diào)節(jié)范圍大、離子束束流密度分布均勻能滿足離子束輔助淀積技術要求的寬束冷陰極離子源。
本實用新型的構思為實現(xiàn)上述目的采用與細束冷陰極離子源相同的冷陰極潘寧(Penning)放電原理來產(chǎn)生等離子體，所以陰極壽命很長，使用多種工作氣體時放電都很穩(wěn)定；為獲得較大的離子束徑和均勻的離子束束流密度分布，采用了較大徑向尺寸的陽極和多孔柵離子引出系統(tǒng)，并對磁路進行合理設計，保證在大尺寸陽極內(nèi)有足夠強度的磁場，以便放電產(chǎn)生的等離子體密度較大，相應地，得到的離子束束流密度也較大。
本實用新型寬束冷陰極離子源由冷陰極［1］、陰極座［6］、陽極［2］、永磁體［5］和一個以上的多孔引出柵［3］、［4］組成的放電室，放電室內(nèi)的雜散磁場是由置于放電室周圍的鈷合金永磁體［5］所產(chǎn)生。
本實用新型陰極采用塊狀材料制成，可選用多種形狀。材料可為石墨、鈹、鈦、鉭等。
陽極應有足夠的徑向尺寸10～200mm，以保證在整個多孔引出柵范圍內(nèi)，都有較高的等離子體密度。陽極可選用銅、石墨、不銹鋼等材料制成。根據(jù)需要陽極可有多種形狀，如截面為園形，橢園形或多邊形的柱狀或錐狀等。
為保證大尺寸的放電室內(nèi)有足夠強度的磁場以產(chǎn)生高密度等離子體，需選用合適的永磁體及對磁路進行合理地設計。永磁體選用鈷合金材料，磁路設計應根據(jù)所選的永磁材料和陽極形狀及尺寸進行，原則是保證大尺寸放電室內(nèi)有足夠強度的磁場，磁場強度在大的陽極范圍內(nèi)高于280高斯。為此，磁路可設計為由永磁體［5］、陰極座［6］、極靴［12］組成，或由永磁體［5］、陰極座［6］組成等多種形式。
本實用新型可由陰極［1］、陽極［2］、多孔引出柵［3］、［4］構成放電室，其陽極徑向尺寸17mm，截面為園形的柱狀、采用石墨制成。離子束引出系統(tǒng)為兩個多孔引出柵。永磁體［5］緊貼外殼［11］放置；完整的磁路由陰極座［6］、極靴［12］與永磁體［5］共同組成，這樣的磁路可保證大尺寸陽極［2］內(nèi)有強度大于280高斯的磁場。工作氣體通過充氣孔［7］進入放電室。
本實用新型的永磁體材料可選用鋁鎳鈷、杉鈷或杉鐠鈷等，這些材料都有良好的磁性能。
本實用新型的優(yōu)點將寬束冷陰極離子源用于多種金屬膜、介質(zhì)膜層的離子束輔助淀積，得到了優(yōu)良的結果。寬束冷陰極離子源產(chǎn)生的離子束束徑可滿足在多種真空鍍膜機中用于離子束輔助淀積；該源產(chǎn)生的離子束能量和離子束束流密度可調(diào)范圍大，適用于鋁、銀、金、硫化鋅、氟化鎂及多種氧化物薄膜的離子束輔助淀積，化學穩(wěn)定性和光學穩(wěn)定性顯著改善，這些薄膜在光學技術中有廣泛的用途；該源在正常放電進行離子束輔助淀積的情況下更換氧氣、氬氣、氧、氬混合氣體作為工作氣體時，工作狀態(tài)變化很??；用氧氣等反應性氣體工作時，該源的陰極能長時間穩(wěn)定工作，壽命不受氣體種類影響。
本實用新型的
如下［1］－陰極，［2］－陽極，［3］、［4］－多孔柵，［5］－永磁體，［6］－陰極座，［7］－充氣孔，［8］－陽極支撐桿，［9］－絕緣套，［10］－陽極固定環(huán)，［11］－外殼，［12］－極靴，［13］－絕緣環(huán)。
實施例1、本實用新型按圖1實驗冷陰極［1］通過緊配合固定在陰極座［6］上；用螺釘將陽極［2］固定在陽極固定環(huán)［10］中，陽極為截面是園形的柱狀，內(nèi)徑17mm，用石墨制成；陽極支撐桿［8］一端通過螺紋與陽極固定環(huán)［10］連接，另一端通過絕緣套［9］與陰極座［6］相連，通過調(diào)節(jié)陽極支撐桿［8］長度來調(diào)整陽極端面與陰極端面的平行并保持一定距離；陰極座［6］通過螺紋與外殼［11］連接；極靴［12］焊接在外殼［11］上；永磁體［5］緊貼外殼［11］放置，其長度剛好保證其兩端與陰極座［6］和極靴［12］的端面接觸；離子束引出系統(tǒng)使用兩個多孔引出柵，多孔柵［3］直接用螺釘固定在極靴［12］上；多孔柵［4］通過絕緣環(huán)［13］固定在極靴［12］上；應保證兩個多孔柵相平行，兩者的中心法線與陽極［2］的中心線相重合。永磁體材料為鋁鎳鈷，在陰極［1］，陽極［2］，多孔柵［3］、［4］組成的放電室內(nèi)，磁場強度大于280高斯。
使用時，將本實用新型寬束冷陰極離子源安裝在DMDE450型真空鍍膜機內(nèi)，進行薄膜的離子束輔助淀積，薄膜材料選用硫化鋅，基底為K9光學玻璃，真空度達1×10－5τ后，將氬氣充入離子源到真空度為5×10－5τ，使離子源放電產(chǎn)生離子，首先用能量為1000電子伏特，束流密度為80μA／cm2的離子束轟擊基底一段時間，然后把離子能量降至600電子伏特，束流密度降為40μA／cm2，繼續(xù)轟擊基底，同時蒸發(fā)ZnS，待ZnS薄膜達到一定厚度后關閉離子源并停止蒸發(fā)ZnS。這樣制得的ZnS薄膜，膜層強度是普通熱蒸發(fā)淀積所得ZnS膜層強度的十倍以上，化學穩(wěn)定性也成倍提高。
用本實用新型寬束冷陰極離子源輔助淀積23層ZnS，MgF2濾光片時，交替使用氬氣和氧氣作工作氣體，連續(xù)工作兩個多小時，離子源工作穩(wěn)定，工作狀態(tài)變化很小；制成的濾光片膜層強度是普通熱蒸發(fā)濾光片膜層的四倍，濾光片的中心波長在暴露于大氣后的漂移小于十埃，光學穩(wěn)定性明顯提高。
權利要求1.一種寬束冷陰極離子源，由冷陰極[1]，陰極座[6]，陽極[2]、永磁體[5]和一個以上的多孔引出柵[3]、[4]組成，其特征在于采用陽極徑向尺寸10～200mm，截面為園形、橢園形和多邊形的柱狀或錐狀；離子束引出系統(tǒng)由一個以上的多孔引出柵構成；陽極、冷陰極和多孔柵構成放電室；放電室周圍放置鈷合金永磁體。
2.根據(jù)權利要求1所述的寬束冷陰極離子源，其特征在于陽極的徑向尺寸17mm，截面為園形的柱狀，離子束引出系統(tǒng)有兩個多孔引出柵［3］、［4］。
3.根據(jù)權利要求1所述的寬束冷陰極離子源，其特征在于永磁體材料為鋁鎳鈷、杉鈷或杉鐠鈷。
專利摘要本實用新型是寬束冷陰極離子源，用于薄膜離子束輔助淀積的裝置，其主要部件是冷陰極、陽極和一個以上多孔引出柵組成的放電室，放電室處于永磁體形成的磁場中，該離子源可安裝于各類真空鍍膜機中，具有離子束束流密度和離子能量調(diào)節(jié)范圍大，束徑大，束流分布均勻，壽命長，性能受工作氣體種類影響小。本實用新型結構簡單，制造容易，使用方便，并廣泛使用于鋁、銀、金、硫化鋅、氟化鎂及多種氧化物薄膜的離子束輔助淀積，比用常規(guī)工藝制得的薄膜強度高，化學穩(wěn)定性和光學穩(wěn)定性優(yōu)良。
文檔編號H01J27/02GK2053796SQ89217519
公開日1990年2月28日 申請日期1989年10月6日 優(yōu)先權日1989年10月6日
發(fā)明者嚴一心, 夏慧琴, 盧進軍, 王樹棠, 劉吉祥, 劉衛(wèi)國 申請人:西安工業(yè)學院