[实用新型]制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器

说明书

本实用新型涉及一种制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器。

在电弧镀膜过程中，电弧放电将产生大量的粗大颗粒，这些大颗粒可能沉积到样品表面上，破坏膜的附着力、致密度和均匀度，使膜的质量变坏。另外，电弧放电除产生大量的离子外，还产生大量的中性粒子，这些中性的粒子沉积到样品上，将降低薄膜的附着力和薄膜的质量。滤掉这些大颗粒和中性粒子通常采用电磁滤质的方法。电磁滤质的形式很多，例如磁偏转、交叉场和四极场等形式。目前国外采用的较先进的是一种双弯管形式的滤质器，它的形状为一个长弯管，在弯管上均匀绕上铜导线绕阻，形成螺线管形式。其工作原理是：当铜导线通有电流时，螺线管中将产生纵向磁砀；当带电粒子通过磁场时，做圆周运动，大颗粒的运动半径较大，将被弯管壁上的捕集器和出口的光阑收集而无法通过滤质器。中性粒子由于不受磁场的作用，当通过弯管时，将被弯管壁上的捕集器收集，使不需要的粒子无法通过滤质器。这种电磁滤质器设计的关键是磁场的强度、弯管的弯曲曲率和滤质器的长度。由于滤质器的长度与离子能量、质量和磁场强度有关，因此它是一个可调节的变量。目前国外制作的滤质器都采用不锈钢圆筒焊接而成，制作工艺复杂，不易实现，这种形式的滤质器一但制成，其长度、弯管形状即固定不变，对于不同质量和不同能量的离子，只能通过改变磁场达到滤质的目的。这种结构的缺点主要有二：一是磁场的调节有限，如果超出范围，需重新设计滤质器；二是制作工艺复杂，很难确保轴旋转对称，因此就很难确保磁场旋转轴对称，那么离子运动轨迹也就不能保证旋转对称。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种结构简单，制作简便，磁场强度、滤质管长度及曲率半径可调，能可靠滤除大颗粒及中性粒子的制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器。

本实用新型的技术解决方案是：

一种制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器，包括滤质管2、设置于滤质管2外部且与磁场电源1相接的螺线管3、设置于滤质管2出口处的出口光阑5，所述滤质管2内设置有捕集器4，所述螺线管3由导线绕制而成，其特殊之处在于：所述的滤质管2为波纹管结构；所述的滤质管2为弯管，其曲率半径为90～120°，所述绕制螺线管3的安匝数是可产生10～40mT可调磁场的安匝数。

上述滤质器2可为单弯管或三维双弯管。

上述滤质器2的曲率半径以120°为佳。

上述捕集器4可由波纹管内的连接槽构成，或由与滤质管2内径相应的不锈钢环焊接而成。

上述绕制螺线管3的导线可为实心导线或空心导线，所述的空心导线内可装入冷却液。

上述出口光阑5可设置于滤质管2的像点处。

上述出口光阑5外部可设置预偏电场7。

上述磁场电源1可为一个、两个或多个。

上述滤质管2的出口处可设置X、Y扫描器6。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点是：

1、采用波纹管作为离子通道，可以任意调整和改变波纹管的弯曲角度和长度，以适应不同质量和不同电位的离子，且制作工艺简便，可确保轴旋转的对称，从而可确保磁场旋转的轴对称；

2、为了有效地阻挡中性粒子通过滤质管，可将滤质管在三维空间弯曲二个120度，第一个弯曲将阻挡大部分中性离子和大颗粒粒子，第二个弯曲将阻挡第一个弯曲后被电子中和的离子，能可靠滤除杂质；

3、为了有效地阻挡被拦截的粒子，滤质管内一个焊接面可做成60度斜角；

4、磁场强弱可调，滤质管采用单弯结构，即能可靠滤除不同质量、不同电位的离子；

5、将波纹管的出口光阑放置在像点处，可限制出口离子束流的直径；

6、在滤质器出口外可分别放置X、Y方向的磁场线圈作为扫描器，以使引出的离子束流能在一个较大的面积沉膜；

7、螺线管可采用空心导线，其内的冷却液可确保磁场的强度及准确性；

8、采用本实用新型制成的超硬薄膜附着力、致密度和均匀度均佳，即实现了高质量镀膜。

附图为本实用新型的结构示意图。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

参见附图，本实用新型滤质管2的外部设置有与磁场电源1相接的螺线管3，滤质管2的出口处设置有出口光阑5。滤质管2内设置有捕集器4。滤质管2为弯管，其曲率半径可取90～120°，以120°为是最佳，滤质器2可采用单弯管或三维双弯管。所谓三维双弯管是指滤质2器上的两个弯曲不在同一平面上。例如，一个弯曲位于水平面上，而另一个弯曲则位于竖直面上，将螺线管在三维空间弯成两个120°弯管，可使溅射的离子不能通过弯管，因为从溅射考虑，粒子入射角度小于30°，这时溅射率较小。两个弯管可确保中性粒子被充分阻挡掉。所述螺线管3由导线绕制而成，绕制螺线管3的安匝数是可产生10～40mT可调磁场的安匝数。绕制螺线管3的导线可为实心导线或空心导线，所述的空心导线内可装入冷却液，以确保磁场正常工作。若滤质器2采用波纹管，则捕集器4可由波纹管内的连接槽构成；若滤质器2采用光滑管，则捕集器4可由与滤质管2内径相应的不锈钢环焊接而成。由于长磁场对带电粒子具有聚焦成像的特性，因此可利用长磁场约束带电粒子的运行。出口光阑5可设置于滤质管2的像点处。出口光阑5外部可设置预偏电场7。预偏电场7可以使带电的离子产生一定角度的偏转，正好打在样品上，而中性的粒子则被挡板挡掉。磁场电源1可采用一个，亦可由两个或多个构成，以简化电源结构，缩小电源体积或可采用通用标准电源。滤质管2的出口处可设置X、Y扫描器6。