[实用新型]一种双频离子源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种离子源，具体是一种射频离子源。 

背景技术

近年来，离子束辅助沉积（IAD）技术已被普遍应用在现代高质量、高难度、高效率的光学镀膜生产中。离子束辅助沉积是在气相沉积镀膜的同时，利用高能粒子轰击薄膜沉积表面，改善膜的致密度及膜的结构，从而提高膜的折射率等光学特性。离子源作为离子束辅助沉积的装置，在改变沉积薄膜成分结构的过程中起着决定性作用。辅助镀膜离子源按照离子加速方式一般分为有栅离子源和无栅离子源。 

在无栅离子源中，常用的有霍尔离子源、APS离子源、潘宁离子源、阳极层离子源等。无栅离子源因为不需要栅网具有电源及结构简单的优点，而且通过进行异型磁场的设计，使等离子体源的离子拔出效率大为提高，在较小的放电功率下（～4KW）就能得到最大离子流密度500μA/ cm²。无栅离子源中最具有代表性的是德国莱宝公司研制的APS离子源，APS离子源以及其他类似的无栅离子源，存在着能量较低（离子能量：20-200eV）、使用成本高（昂贵的LaB6材料）等缺点。 

在有栅离子源中，常用的有考夫曼（Kaufman）离子源、射频（RF）离子源、微波离子源等。其中，射频离子源是目前光学镀膜使用离子源的主流，如图1所示，其放电室内无灯丝作为阴极, 而是采用磁感应产生等离子体，从而延长稳定工作时间，并且降低离子束中的杂质；利用栅极对等离子体加速，其中栅极包括屏栅、加速栅及接地栅三层结构，并采用中和器进行强迫中和。目前国外以美国Veeco公司的射频离子源最具有代表性，它的优点是：栅极加速能量大，离子可聚束，能量调节范围宽，适用于反应气体。缺点是：结构复杂、价格昂贵，稳定性差，栅极需要经常清洗，离子束流低，以及离子能量的分布较宽不均匀等。国内也有许多单位在研究射频离子源，如中科院等离子物理研究所、东北大学、中国工程物理研究院，但他们基本上处在研制阶段，稳定性差，尚没有商品化。 

实用新型内容

本实用新型针对现有射频离子源技术存在的缺陷，提供一种双频离子源，可以有效提高离子束流，改善粒子能量均匀性，减少栅极清洗频度。 

本实用新型所述的一种双频离子源，包括背板、放电室、栅极和中和器，所述放电室的后端由背板遮盖封闭，背板上设有气体输入孔，栅极安装在放电室前端，中和器设置在栅极等离子体发射口处；所述放电室为圆筒式并分为两段，前段为小直径段，后段为大直径段，在两段放电室外缘设置两级射频感应线圈。 

所述两级射频感应线圈连接两个独立的电源，其中一个频率是60兆赫，对应的射频感应线圈绕在放电室小直径段，另一个频率是13.6兆赫，对应的射频感应线圈绕在放电室大直径段。 

作为改进，60兆赫的线圈匝数为6匝，匝间距离为10mm，13.6兆赫匝数为4匝，匝间距离为8mm，两个线圈外均裹有1mm厚的绝缘层，感应线圈选用铜管，内部通有去离子水冷却。 

作为改进，所述小直径与大直径的直径之比为D₁：D₂=1：1.2。 

作为改进，在放电室大直径段后部接近背板处平行设置均气用的屏蔽板。 

作为改进，所述放电室壁材料选用小复合系数的石英。 

作为改进，在背板外部开有一环形水槽并通入冷却水。而栅极采用包括引出栅、加速栅和抑制栅的三栅离子光学系统。 

本实用新型的双频离子源采用的是两个独立的电源，一个频率是60兆赫，另一个频率是13.6兆赫。这样的频率和机构使离子源可以在0.001 Pa的低压下正常工作，使镀膜时的工艺范围更宽。 

本实用新型的双频离子源的工作气体为氧气，氩气、氮气等也可作为工作气体。通过送气系统，使工作气体穿过屏蔽板均匀、快速的向放电室扩散开。60兆赫和13.6兆赫的两独立射频功率，经过阻抗匹配网络分别传输到细端和粗端的放电室的感应线圈上，最终分别耦合到两个放电室内。当射频电流经过感应线圈时，产生轴向的射频磁场，该磁场随时间的变化而产生涡旋周向电场。该感应电场加速放电室内的电子，使其与气体粒子发生碰撞并电离，从而产生并维持等离子体。加速栅极采用包括引出栅、加速栅和抑制栅的三栅离子光学系统，屏极上有多个小孔，在放电等离子体边界就会形成等离子体双鞘层。离子通过该弯月面鞘层发射电子，经过离子光学系统的聚焦加速形成离子束。该离子束也必须通过中和器进行强迫中和，中和器除了中和作用外，也能可靠提供低压离子源的点火起弧。