[发明专利]一种真空目标靶溅射沉积监测系统和方法

说明书

本发明公开一种真空目标靶溅射沉积监测系统和方法，该系统包括真空腔室，所述真空腔室的底部固定连接有目标靶承载装置，其中，在所述目标靶承载装置上放置目标靶材，所述目标靶承载装置上方设置有旋转称量装置，所述旋转称量装置用于获得在所述真空腔室的任意位置所述目标靶材的沉积质量，所述真空腔室的侧壁上设置有离子发生装置，所述离子发生装置用于电离惰性气体产生离子束，所述离子束用于轰击所述目标靶材。本发明实现溅射目标靶材料的溅射产额的快速、准确、经济测量。

技术领域

本发明涉及空间电推进溅射沉积领域，特别是涉及一种真空目标靶溅射沉积监测系统和方法。

背景技术

由于空间电推力器长达上万小时的工作时间，空间电推进溅射沉积是电推进领域研究的重要命题，溅射沉积现象也是霍尔推力器和离子推力器导致其失效的关键因素。霍尔推力器的失效原因为主放电通道中的壁材料经高能离子和电子轰击造成材料侵蚀和能量沉积，导致其推力器性能下降甚至到失效。离子推力器失效可分为两个方面，第一由于离子对其栅极部件的轰击导致的结构部件故障，从而使推力器性能下降甚至失效，第二通过长时间离子撞击栅极材料使其脱落沉积形成薄片，最终可能脱落，造成电路短路或改变局部电位，影响离子引出能力使性能下降。因此通过研究监测电推力器的重要部件材料的溅射沉积现象是十分必要的。

目前，地面电推进溅射沉积系统为可提供与空间实际工作参数相同的离子束来对目标靶材进行轰击的方式，其中目标钯材固定于支撑平台，离子源用于提供对应所需离子能量、束流密度的离子束，离子源悬挂于真空仓上方以某一入射角度发射离子束流。经束流轰击后目标钯材中的钯原子溅射而出，采用溅射产额用以描述目标靶材的抗轰击能力，其物理意义为单位入射离子可置换出目标靶材原子的个数。可用于测量溅射产额的方法有质量损失、深度剖面、气相光谱法，以上三种方法分别因数据准确性低、不具备数据实时性、及成本高昂原因，因此需要设计一种用于溅射沉积监测的系统和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空目标靶溅射沉积监测系统和方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现溅射目标靶材料的溅射产额的快速、准确、经济测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种真空目标靶溅射沉积监测系统，包括包括真空腔室，所述真空腔室的底部固定连接有目标靶承载装置，其中，在所述目标靶承载装置上放置目标靶材，所述目标靶承载装置上方设置有旋转称量装置，所述旋转称量装置用于获得在所述真空腔室的任意位置所述目标靶材的沉积质量，所述真空腔室的侧壁上设置有离子发生装置，所述离子发生装置用于电离惰性气体产生离子束，所述离子束用于轰击所述目标靶材。

可选地，所述目标靶材采用金属材料或非金属材料。

可选地，所述目标靶承载装置包括承载台，所述承载台设置有安装孔，所述承载台通过所述安装孔连接有支撑杆的一端，所述支撑杆的另一端与所述真空腔室的底部固定连接，所述承载台上设置有水冷控温装置，所述水冷控温装置用于维持所述承载台的恒温条件。

可选地，所述水冷控温装置包括水冷板，所述水冷板的内部布置有环形通路，所述水冷板的外部设置有入水口与出水口，所述水口和所述出水口与所述环形通路连接。

可选地，所述旋转称量装置包括微量称量装置，所述微量称量装置固定连接有旋转装置，所述旋转装置连接有真空电机，所述真空电机与所述真空腔室的底部固定连接。

可选地，所述微量称量装置采用石英晶体微量天平。

可选地，所述旋转装置包括上臂和下臂，所述上臂的上端设置有圆柱台，所述圆柱台固定连接有固定支架，所述固定支架与所述微量称量装置固定连接，所述上臂的下端通过螺纹杆连接所述下臂的一端，所述下臂的另一端设置有轴端，所述轴端通过联轴器与所述真空电机连接。

可选地，所述真空电机为高真空度、高温真空步进电机或者真空伺服电机。

还提供一种真空目标靶溅射沉积监测方法，包括以下步骤：