[其他]阴极电弧等离子体沉积系统中使用的电弧离子蒸发器的过滤装置

说明书

用于通过使用彼此平行设置的多管来从等离子体束中过滤掉大颗粒来改善来自电弧离子蒸发器或阴极电弧源的等离子束的质量的装置。

技术领域

本发明涉及真空电弧技术的应用。通过将从电弧离子蒸发器过滤的等离子体用于镀膜沉积，纳米粉体材料的合成，用于表面改性的离子注入，以及可能使用该技术的其它用途。

例如，本发明获得的过滤等离子体可以得到使用但不局限于机械工程领域、仪器和工具的制作、电子设备的制造，陶瓷材料纳米粉体以及其它工业领域中。

背景技术和现有技术内容

阴极电弧等离子体沉积或电弧离子镀是现在在刀具、冲模、铸模、汽车零部件上镀膜最多的扩散技术。本技术，源于苏联电弧离子蒸发器或阴极电弧等离子体源的发展，由于其是工业沉积不同要求薄膜的高度有效技术，已经逐渐得到进一步的发展。

阴极电弧等离子体沉积的一个最重要的发展方向是限制等离子体，以控制等离子体的性质并降低在等离子体束以及沉积膜中污染的宏观颗粒如分子或大颗粒的数量。

已经发明了很多用于控制等离子体和过滤掉大颗粒的过滤装置。这些过滤器使用机械场和/或磁场获得所需的结果并且它们具有不同的优缺特点。

在苏联由A.I.Ryabchikov发展的机械装置之一为大型的百叶窗式过滤器(Venetian-blind filter)。

Ryabchikov的百叶窗式过滤器使用大型的框架并且在本框架中设置多板。该板设置在电弧离子蒸发器和工件基板之间，并以百叶窗的方式倾斜。通过设置像这种的百叶窗式过滤器，在电弧离子蒸发器和工件之间没有视距 (line-of-sight)。

当中性颗粒或大颗粒碰撞在本百叶窗式过滤器的板上的时候，它们将进入板中或反弹至其它方向。而具有极高能量水平的等离子体可以穿过百叶窗式过滤器的板之间的空间。

为了获得百叶窗式过滤器更好的等离子体传输，使用电偏置的具体形式产生环绕本过滤器每个板的磁场。并且环绕过滤器的板的磁场有助于加速百面窗结构中的等离子体出来。

图1(现有技术)显示了Ryabchikov的百叶窗式过滤器的原理。电弧离子蒸发器(101)产生等离子体束，其由正离子(109)、电子(103)和中性颗粒 (111)构成。而正离子和电子是等离子体的成分，中性颗粒可以呈现出从原子尺寸至几微米或更大的大颗粒的不同尺寸。

并且，使用彼此平行设置的大型的矩形板，构建了用于过滤的百叶窗(114) 结构。如果过滤要求的水平很高，这些板将会倾斜，直到电弧离子蒸发器和工件之间没有视距。当需要较高的等离子体传输的时候，在附图标记115所示的方向上，电流不得不特别地被偏置。

为了更清楚地理解百叶窗式过滤器的原理，图2(现有技术)显示了安装在真空室内的本系统的示意图。电弧离子蒸发器(101)产生了等离子体束，该等离子体束在朝百叶窗式过滤器(114)结构方向上照射。过滤器的板(或叶片或层或格栅)的组是倾斜的，以阻挡从电弧离子蒸发器(101)至工件基板(116) 的视距。并且从图2中可知，应该注意的是，为了更有效地传输出等离子体，需要复杂的电系统以偏置百叶窗式过滤器。此类复杂度限定了本系统对主要研发任务的使用，该任务需要具有很低的宏观颗粒污染的额外光滑的膜。

图3(现有技术)显示了用于百叶窗式过滤器的等离子体传输的原理。通过对如图1和图2所示的百叶窗式过滤器进行电偏置，产生了环绕过滤器的每个板或层(114)磁场(110)的磁场(114)。当电弧离子蒸发器的等离子体束进入过滤器的层(或板)的柱的时候，只有等离子体将穿过板间的空间，而中性颗粒被卡住而不能通过，该等离子体束由等离子体(109)和中性颗粒(111)构成。