[发明专利]一种电弧汽相淀积的装置

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。

GB    2127043A，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。因此对比文件A中阴极侧表面的宽度小于阴极的直径呈圆环形， 其目的是当离子轰击基片时，减少圆环阴极对基片的遮盖。由于基片置于阴极中心，则基片所占的空间相对阴极与阳极之间的空间是狭小的，这正是本发明要解决的问题。

本发明的目的是：利用有限的工作室内空间放置较多的基片，来提高空间的利用率。

一种电弧汽相淀积的装置：

（1）    阳极[1]呈筒状或钟罩形;

（2）    触发电极[2]可与阴极[7]接触;

（3）    一个直流电源[3]连接阳极[1]和阴极[7]，为电弧供电;

（4）    一个直流电源[4]连接触发电极[2]和阴极[7]，用于启弧;

（5）    基片[5]施加的电位相对于阳极[1]的电位为负并可调节，来控制轰击到基片[5]上的离子能量;

其特征是：

（6）    阴极[7]为柱形，阳极[1]以阴极[7]为轴并按轴对称设置;

（7）    基片架[6]位于阳极[1]和阴极[7]之间。

如图1所示，本发明的柱形阴极被阳极所包围，电子将从柱形阴极的表面向阳极方向运动，可以想象到离子是以柱形阴极为核心向外辐射出去。要实现本发明的目的，首先使柱形阴极的长度与阳极基本一致，这里所指的“基本一致”的含义是柱形阴极的长度为阳极长度的0.7～1.3倍。从基片镀膜的经济利益来讲，柱形阴极相对于阳极不宜太长或太短，柱形阴极过长则浪费阴极材料;过短则工作室的利用率低。由于阳极以阴极为轴并按轴对称设置，则柱形阴极可以体积小而使用面积大，从而提高了阴极材料的利用率，同时我们充分利用阳极和阴极之间的空间放置基片架，把基片放在该架上，在基片架上施加电位，使其相对于阳极为负，这样基片与基片架是同电位，通过调节基片架上的电位来控制轰击到基片上的离子能量，这种结构可在工作室内放置较多的基片。当基片架自转则基片随之运动，如果基片也同时自转，那么这种行星运动的方式可使镀膜质量更佳，当然根据基片镀膜的要求，基片架不动而基片自转或都固定不动，这些都是允许的。

本发明的柱形阴极可以是圆柱体，或由一节节不同材料的圆环套在一根支撑柱上构成圆柱形阴极，如图[2]所示;也可以是多面体，其每一个侧表面的材料可相同或不同，如图[3]所示。上述多种材料制成的柱形阴极制备合金薄膜十分方便，简单易行。

圆柱体和多面体柱形阴极可以是实心的或空心的。实心柱形阴极的材料应是耐高温的，例如石墨等。空心柱形阴极由于在该阴极的空腔内可以通水冷却，故可广泛应用不同材料作为提供涂层材料的阴极。例如，图4所示一种空心柱形阴极的正剖面[43]。

为了更好地对基片进行镀膜、充分地利用作为涂层材料的阴极，我们在阳极和阴极之间的空间区域上施加了磁场，该磁场的主方向与柱形阴极的轴平行，强度调整到可使弧斑围绕阴极旋转。施加的磁场方式可以有以下几种：

1.按照对比文件A的磁场系统施加，即在阴极的外面套有电磁线圈[48]，如图5所示。这里要求阳极用非磁性材料制作。