[发明专利]磁约束电弧汽相淀积的方法和设备

说明书

本发明涉及电弧汽相淀积技术领域。

电弧产生的等离子体所具有的能量，通常远远大于由电阻或感应加热或电子、离子轰击涂层材料等，物理汽相淀积方法产生的等离子体所具有的能量。因此电弧汽相淀积的方法，目前被广泛地应用。

GB2127043A，用于涂层的等离子体电弧装置（PLASMA    ARC    APPARAYUS    FOR    APPLYING    COATINGS）以下称对比文件A。

对比文件A叙述的装置是：

1.直流电源用于建立并维持阴极与阳极之间的电弧;

2.由非磁性金属材料制成圆筒形阳极室，阴极的横截面与圆筒相似呈圆环形，阴极的侧表面面对阳极作为蒸发表面，该侧表面的宽度小于阳极的长度，阳极与阴极同轴放置;

3.触发电极可与阴极接触激发电弧;

4.阴极中心留有一定的空间用于放置基片;

5.基片施加一定的偏压，使离子可轰击到基片;

6.在阳极的外面装有磁系统，其磁场为静止的，使工作室内的带电粒子背离阳极表面转向基片方向。

上述装置可由多个同轴排列的阴极组成。

对比文件A中的阴极宽度小于阳极的长度，如果阴极宽度＞0.5倍的阳极的长度，则位于阴极中心的基片将被阴极包围，而很难得到离子地轰击，因此对比文件A中所述的阴极宽度小于阳极的长度其上限值为阳极长度的0.5倍，可见当＞0.5倍时对比文件A中所述的设备将失去实用性。对比文件A中提出阴极宽度为阳极的长度的0.05～0.5倍，当阴极的形状象对比文件A附图中所示呈圆环形，如果当基片所占空间大于阴极所占的空间，由于离子淀积是按一定的分布几率涂在基片上，在电磁场的作用下离子按最近的路径着落在基片上，所以涂层是不均匀的，为了解决这个不足之处，文件A提出了多个同轴排列的阴极系统，但没有根本改变基片均匀涂层问题，反而设备复杂化了。如果按对比文件A中所述的基片置于阴极中心，则基片所占据的空间相对于阴极与阳极之间的空间是狭小的，要解决上述不足之处，就必需把基片置于阴极和阳极之间，使阴极为柱形其长度基本与阳极相等，这样可围绕阴极的周围放置基片，充分利用阳极和阴极之间的空间，关于这方面的内容在与本说明书同期申请的发明专利文件中进行了叙述。

我们所关心的是当阴极为柱形其长度与阳极基本相等，并同轴放置时，虽然也能采用对比文件A中的磁场系统套在阳极外壁上来约束弧斑的运动，但这种约束不能人为的控制弧斑的运动，随时可能产生熄弧，或弧斑固定在一处刻蚀阴极，其后果是降低阴极的寿命，还使基片上的镀层不均匀。

本发明的目的是：使作为涂层材料的阴极刻蚀均匀;工作室内放电稳定;基片镀膜均匀。

一种在真空室内利用阴极靶和阳极之间产生的电弧所形成的等离子体在基片表面进行汽相淀积的方法：

（1）建立阳极和阴极之间的电位差和电回路，并可维持阳极和阴极之间的电弧放电;

（2）阳极呈筒状或钟罩形，阴极呈柱形，阳极以阴极为轴，阳极和阴极按轴对称设置;

（3）用触发器激发阳极和阴极之间的电弧;

（4）基片置于阳极和阴极之间;

（5）基片施加的电位相对于阳极的电位为负值并可调来控制轰击到基片上的离子能量;

其特征是：

（6）在阳极和阴极之间的空间区域内，施加一个沿阴极柱面上下往复运动的磁场，运动的磁场的主方向与阴极柱轴平行、强度调整到可约束弧斑的运动。

（7）在阴极两端柱面的空间区域上施加一个与沿阴极柱面上下往复运动的磁场的主方向相反、强度略强的恒定磁场，并在恒定磁场有效区域内距离柱形阴极终端，以恒定磁场有效区域边境为起点大于二分之一的位置上设置阻挡壁，限制弧斑移到恒定磁场的磁场最强处。

上述的触发器是指触发电极[23]和使触发电极[23]和阴极[7]可接触的电磁驱动器[24]这两个而言。