[其他]溅射涂层设备用的靶中的阴极/接地屏蔽配置

说明书

本发明一般涉及在衬底上沉积涂层用的设备，更具体地说，涉及一种溅射涂层设备用的靶中的阴极/接地屏蔽配置。

使用溅射涂层设备的一个领域是加工核燃料芯块。如核反应堆技术中所熟知的，通常为正圆柱形的核燃料芯块包含诸如二氧化铀、二氧化钍、二氧化钚或其混合物之类的裂变物质。一叠首尾相接地放置在一根包覆管（通常由锆合金或不锈钢制成）中的此类芯块构成一根燃料棒;一个组合在一起的此种燃料棒的阵列组成一个燃料组件;而许多个组合在一起的此种燃料组件组成一个核反应堆的堆芯。

同样熟知的是，利用把最初较大量的裂变物质与计算好的较小量的可燃中子吸收体（在核反应堆技术中也称为可燃毒物）结合在一起的办法，可以延长核燃料组件的寿命。可燃中子吸收体是诸如硼、钆、钐、铕之类的物质，它们具有高的中子吸收概率（或截面），而它们在吸收中子时，生成对中子实际上透明的中子俘获截面足够小的同位素，始终不产生新的或额外的中子。于是中子吸收体在燃料组件的寿命初期平衡了裂变物质的较大量，而在反应堆运行期间，它的量逐渐减少。这导致处于相当恒定的裂变水准的燃料组件具有较长的寿命，这转过来又意味着减少了费时费钱的燃料组件置换操作，即减少了反应堆燃料更换操作。

在申请人的美国专利说明书NO.4，587，088和NO.4，560，462中分别公开了在核燃料芯块上溅射沉积可燃毒物层的一种方法和一种设备。在美国专利说明书NO.3，562，140和NO.3，632，494和NO，4，080，281中公开了在其它种类的产品上沉积涂层用的溅射设备。

在典型的于核燃料芯块之类衬底上沉积涂层的溅射过程中，在包括一个阳极、衬底和一个靶阴极的真空室中引入了一种惰气。在阳极和靶阴极之间加上了高压。气体分子被电离并打击靶阴极，从而使靶阴极的原子和分子从其表面上溅射。衬底位于拦截这种溅射的靶物质的位置，后者在击中衬底时在衬底上面形成一层附着的涂层。溅射通常是一种视线涂层过程。

在申请人的上述美国专利说明书NO.4，560，462中所公开的设备中利用了几个靶，每个靶包括一个阴极，在阴极的上表面上安置了通常为矩形瓦形式的二硼化锆靶物质。阴极通常用铜制成，内部安置了磁性材料，以便将电子集中在阴极附近。这种集中增强了碰撞阴极顶面上带负电的靶物质的氩离子的产生。必须保护阴极的其余部分不受氩离子的轰击，以免阴极材料本身受到溅射。因此，阴极的这些其余表面利用一个接地屏蔽来进行屏蔽，后者带正电。因此收集电子而排斥氩离子。接地屏蔽和阴极用形成于其间的间隙彼此隔开，间隙通常要有足够的宽度，以避免在间隙中产生电弧。但间隙又要足够小，以避免产生等离子体。因为电子将不具备足够的能量去电离氩。

在这种靶的使用中遇到一个问题，这个问题被发现是由于多孔靶瓦和涂层的核燃料芯块的漏气所引起的。人们发现，这种漏气能在溅射涂层设备中产生相对湿度异常高的状态，这一点转过来能够使阴极短路并使阴极和接地屏蔽之间的间隙产生电弧。人们同时发现这样形成的电弧有时非常严重，以致于造成接地屏蔽中冷却水通道的渗透，从而漏水。

本发明的主要目的是减轻这一问题，因此，本发明属于一种溅射涂层设备用的靶，它包括一个阴极和一个接地屏蔽，阴极有一个在其上面配置了溅射靶物质的外表面，接地屏蔽与阴极有联系，它对阴极的空间位置关系是使两者之间形成一个将阴极和接地屏蔽互相隔开的间隙，这种靶的特征在于，该间隙完全填满了电绝缘材料。

将间隙完全填满到不留下可觉察的空间的绝缘材料，即使在相对湿度很高的状态下，也能防止间隙中的介电击穿和产生电弧。最好是，绝缘材料为氧化铝之类的陶瓷绝缘材料。

在通向阴极和接地屏蔽之间的间隙的入口暴露于落到阴极上的溅射物质松散屑片的地方，如果此种屑片桥接间隙，那么在阴极和接地屏蔽之间仍然能够发生短路。如果发生了这种短路，就必须暂时关闭涂层设备，并清除落入的溅射物质屑片，这造成相当大的费用和时间的损失。

因此，为了避免这种问题，体现本发明的靶包括安装在承载溅射靶物质的阴极外表面周边部分上的机构，它形成一个连续的周围凸缘，该凸缘侧向向外延伸，超出上述周边部分，悬在阴极和接地屏蔽之间的间隙及接地屏蔽毗邻边缘的上面。

有了这种配置，外悬的凸缘将防止溅射物质松散屑片桥接间隙，并从而防止阴极与接地屏蔽的短路;任何掉落在阴极上的此种松散屑片将无害地停留在阴极上或外悬的凸缘上，或是被重新溅射，或是最终掉落到设备的底面上。

现在仅仅作为例子参考附图描述本发明的一个最佳实施例，图中：