[发明专利]一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法

说明书

本发明提供了一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：初始化L、α、△L、△α：判断L是否大于Lsubgt;max/subgt;，若大于，结束；判断α是否大于αsubgt;max/subgt;，若大于，结束；将L、α导入模拟器中；所述模拟器输出电子束轨道；判断所述电子束轨道是否满足结束条件；调整L、α的值；将L、α导入模拟器中；所述模拟器输出电子束轨道；判断所述电子束轨道是否满足结束条件，若未满足继续调整L、α的值，直到满足结束条件，输出L和α。本发明公开的磁路结构构建方法通过提高能量效率和空间利用率最终实现高性能中小型磁偏转电子束源。

技术领域

本发明涉及电子束蒸发源，特别涉及一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法。

背景技术

电子束蒸发是使用电子轰击靶材，实现靶材蒸发的物理气相沉积手段。可用来制备高纯薄膜材料以应用于集成电路或功能器件的科研或生产等。按照控制电子的方式不同，可分为耦合电场，磁场的磁偏转电子束源和无磁场的普通电子束源。普通电子束蒸发源由于蒸发出的束流可以看见灯丝，所以灯丝寿命短，需频繁更换灯丝。相比而言，磁偏转电子束蒸发源通过引入磁场使得电子束偏转一定弧度后轰击到靶材，因此束流看不见灯丝，灯丝及设备寿命得以延长。而且，由于电子束直接轰击靶材，能够实现对靶材的局部加热，所以坩埚较冷，降低了坩埚材料的选取难度；甚至可以不用坩埚，所以磁偏转电子束蒸发源在电子束加热炉、分子束外延领域等得到了广泛应用。

传统磁偏转电子束蒸发源专利重在阐述利用磁场可以偏转电子束，实现灯丝看不见束流的效果，延长寿命。例如CharlesW.Hanks在多篇专利中指出可以通过电磁铁或永磁铁或电磁铁和永磁铁的组合来构建横向磁场(与电子束轨道平面垂直的方向定义为横向)以偏转电子束。但其专利所述的电子束源体积庞大，磁场和机械结构冗余，电子束斑最小也只到～6mm，能量密度一般，所以空间利用率低，安装和使用不便，并且会产生严重的放气，影响真空，进而导致材料生长质量不高，所以提高能量密度和优化电子束源体积，拓宽磁偏转电子束蒸发源的应用场景，一直是磁偏转电子束蒸发源研究领域的热点。

科研级分子束外延系统中使用的中小型磁偏转电子束蒸发源(CF35或CF63法兰安装)由于腔体空间狭窄，冷却效果差，所以要求更高的电子束偏转聚焦特性，所以困难重重。目前仅有少数几个发达国家的少数公司有能力生产，但也存在很多问题。比如，美国的Telemark公司，Meivac公司和德国的MBEKomponenten公司等。

Telemark公司所产中小型磁偏转电子束蒸发源的电子束聚焦特性不佳，所以存在电子束发散而轰击坩埚的问题，引起坩埚发热，导致产生污染，进而影响材料的生长，不能够很好地应对精密科研设备的使用需求。以蒸Zr为例，Telemark公司型号为509的磁偏转电子束蒸发源所需功率高达500W，且金属坩埚会和Zr发生共熔，并存在坩埚穿孔等问题。在～210W时虽然能蒸发出Ti金属束流，但金属坩埚也会和靶材材料发生明显共熔，使得材料生长困难。

美国Meivac公司所产中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建不合理，普遍存在耐受高压电弧放电性能差的问题。对于大型磁偏转电子束蒸发源(一般为CF100及以上法兰安装)而言，因为空间大，所以无需精简磁路结构，多采用多块磁铁构建横向磁场。类似地，Tsujimoto等人亦采用多磁铁构建磁路结构，所以机构复杂，体积庞大；而且电子束的偏转聚焦点难以控制在坩埚面，不利于高效能量转换。

德国MBE Komponenten公司所产磁偏转电子束蒸发源克服了单块磁铁构建磁路结构带来的大部分困难，在结合复杂的电子发射器结构和多数导磁板的前提下，才实现了电子束偏转聚焦。但由于结构复杂，所以其只停留在CF63法兰安装的中型磁偏转电子束蒸发源，而不能开发出应用场景更广泛，潜力巨大的CF35法兰安装的小型磁偏转电子束蒸发源。