[发明专利]一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置

说明书

技术领域：

本发明涉及类金刚石薄膜制造，尤其涉及一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置。

背景技术：

化学气相沉积方法制作类金刚石薄膜的原理是：如附图1所示，1、高温钨丝阴极发射热电子；2、工艺气体通过进气管从钨丝背后进入真空腔室后，扩散并充满真空腔室；3、部分电子和工艺气体碰撞，把中性工艺气体电离成碳离子或者碳氢离子；4、碳离子或者碳氢离子沉积在基片表面，形成类金刚石薄膜。

为了提高薄膜沉积效率，需要有效地将阴极钨丝发射的电子牵引至离子源的出口，以增加出口处电子和工艺气体分子的碰撞和电离概率，从而增加被电离的工艺气体沉积在基片表面的速度。如附图1所示，目前行业中的设计方法是：1、在离子源的出口设置了正电势的栅极，栅极为平面网状结构，电子受到栅极的吸引聚集在离子源的出口附近，从而增加了出口处的离化的工艺气体的密度；2、基片上施加负电势的偏压，以吸引被离化的带正电的工艺气体。这两种方式可以有效地提高类金刚石薄膜的沉积速率。

现有的设计中，存在如下不足之处：1、工艺气体从直径6mm~10mm的狭窄管道进入真空腔室，扩散不均，气体分子密度不均匀，使得空间中离化的气体分布不均匀，从而导致薄膜的均匀性降低；2、阳极和栅极位置固定，薄膜的均匀性不易调节。

发明内容：

为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，有效的解决了工艺气体扩散不均而导致薄膜的均匀性降低、薄膜的均匀性不易调节的问题。

本发明的技术方案如下：

类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，包括安装于保护外壳左端的隔板，隔板中部横向安装有工艺气体进气管，隔板左端面安装有内部挡板，内部挡板外周的隔板上固定有安装法兰，其特征在于，所述的安装法兰上安装有离子源挡圈，内部挡板外侧间隔安装有工艺气体扩散板，工艺气体扩散板外周设有贯穿安装在内部挡板和隔板上的阳极，阳极与工艺气体扩散板之间设有钨丝。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的保护外壳内腔中设有位于工艺气体进气管出口端一侧的磁铁。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的工艺气体扩散板距离内部挡板距离1.5~5mm，其形状为直径50~95mm的圆板，圆板中心设有喇叭孔，喇叭孔的小端朝向工艺气体进气管进口端且等高。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的阳极包括支座及引导管、保护筒，保护筒内孔中设有支座，支座为三根呈品字型分布的固定杆，固定杆贯穿保护筒，固定杆一端固定于内部挡板和隔板，另一端铰接安装有连杆，连杆端部连接于引导管一端的外壁上，引导管与工艺气体进气管同轴；支座相对钨丝的高出3~10mm，阳极偏压40~125 V。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的引导管的长度一般为35~80mm，壁厚0.5~2.5mm，外径15~35mm。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的离子源挡圈整体为筒体形，筒体两端设有带有通孔的环形板，进口端通孔直径为55~125mm。

所述的类金刚石薄膜离子源中离子的引出装置，其特征在于，所述的钨丝直径为25~55mm，钨丝中部折弯成波浪形，左右还设有两段水平延伸段，延伸段末端向上折弯成U形，钨丝固定于固定架上，固定架安装于离子源挡圈左端。

本发明的优点是：

1、本发明扩散板置于管道和真空腔室之间，直径在50mm-95mm范围，距离腔室内壁1.5mm-5mm，它能使工艺气体从现行的直径6mm-10mm狭窄管道进入真空腔室改变为在直径50mm-95mm的范围内均匀扩散到真空腔室，扩散板提高了分子密度均匀性，从而提高了沉积薄膜均匀性。

2、本发明设计了位置和尺寸可调的阳极，通过调节阳极的大小和相对位置，并配合对阳极施加可调的偏压，来改变钨丝发射的电子的空间区域密度，从而改变了离化气体的密度，实现了对薄膜均匀性和沉积速率的调节。

附图说明：

图1为传统方法加工过程中离子源中离子的引出装置结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的工艺气体扩散板结构示意图。

图4为本发明的阳极结构示意图。

图5为本发明的离子源挡圈结构示意图。

图6为本发明的钨丝结构示意图。