[实用新型]用于大面积辅助镀膜的无栅离子源

说明书

本实用新型属于等离子体技术中的一种辅助镀膜装置。

中国专利CN862010756发表的在空间用推力器基础上发展起来的用于材料表面改性的高能宽束离子源，如图1所示，该离子源主要由放电室1，阴极3，阳极2，离子引出系统4，磁场线圈及系统5组成。工作气体进入放电室，被电子轰击、离化，形成等离子体。通过特殊布置的磁场提高电离效率及离子拔出效率。离子引出系统经过特殊设计，可以控制离子，并赋予高能量(几千电子伏-100千电子伏)，该专利主要适用于高能宽束离子源离子束的材料改性，但对于光学镀膜需要的辅助镀膜离子源来说该离子源能量太高(光学镀膜需要小于200电子伏的离子能量)，离子辐照的均匀区太小(工业生产要求的辅助镀膜均匀区为1000cm²而一般离子源只能产生几十cm²的均匀区)。

真空科学工艺杂志(J.Vac.Sci.Technol.A)10(4),1897(1992)发表的先进的等离子源APS(Advanced Plasma Source)用于离子辅助镀膜。该源具有大面积离子辅助镀膜的优点，但该等离子体源没有采用特殊的磁场形状来提高放电等离子体的效率及离子均匀性；也没有能有效控制放电等离子体离子能量的措施。

本实用新型的目的在于提出一种包含有一放电室、阴极、阳极、阴极发射体、阴极座、阴极加热体、阳极磁极靴、磁屏、阴极磁极靴、阴极加热电极、阴极加热导柱、进气均压盘，阴极氧化铝绝缘子，阳极氧化铝绝缘子和底板所组成的大面积辅助镀膜的无栅离子源，它不但可以使光学镀膜的损耗及吸收率大大降低，而且能在大直径范围内生产均匀、低吸收、高质量的光学膜，从而解决了现有技术所存在的问题。

本实用新型所采用的技术方案在于它包括有：放电室、阴极、阳极、阴极发射体、阴极座、阴极加热体、阳极磁极靴、磁屏、阴极磁极靴、阴极加热电极、阴极氧化铝绝缘子、阴极加热导柱、进气均压盘，阳极氧化铝绝缘子和底板所组成；其中放电室、水冷阳极、磁极靴均呈圆筒状，阳极与磁屏间由螺丝固定，阴极为杯状，它与阴极座嵌接，筒状阴极加热体中间切缝与阴极加热导柱采用螺钉压紧，阴极电源通过阴极加热电极、阴极加热导柱对阴极加热体加热，当阴极被加热到特定温度(1500℃)以上即发射电子，筒状阳极在阳极电源的作用下，在阴极附近建立起发射鞘层，阴极发射的电子经过阳极发射鞘层的加速，与进气口进入的氩气发生碰撞，形成等离子体；用磁场电源对绕在阳极上的磁场线圈通电，产生环形磁场，通过阳极磁极靴、磁屏、阴极磁极靴及放电室内的环形磁场构成磁回路。其中较强的磁场，是从阴极14出发到达阳极磁极靴的那根磁力线，称为临界磁力线。它决定了从阴极发出的高速电子所包络的区域。本实用新型正是利用螺丝线圈5′，阳极磁极靴、磁屏及阴极磁极靴，实现异形磁场，改造磁力线，提高放电效率，取得更大的均匀区。

本实用新型的特点是：

1．利用电磁线圈、阳极磁极靴、磁屏和阴极磁极靴构成异形磁场，改变临界磁力线CB的形状，增加高速电子区的体积，减小其表面积从而得到更大的放电效率(放电电流与离子流到达比)；使临界磁力线CB更贴近阳极边界，在阳极前建立足够的积分磁场；这样就保护了高速电子，让他们在阳极前反射回来，充分起电离作用；又使中性气体在放电区停留时间均匀，从而使等离子体密度沿径向更为均匀。

2．在无栅离子源阴极上施加屏极电压，主动控制等离子体电位，从而主动控制参与辅助镀膜的等离子体离子能量。如果不加屏极电压，离子能量主要取决于阳极电压，也与磁场、气压有关；如果放电电流限定，则不能任意改变阳极电压；而改变磁场及气压来改变离子能量就很有限，不能方便地改变离子能量。离子能量是辅助镀膜所需要改变的一个重要参数，特别是在预处理时需要较高的离子能量；在辅助镀膜过程中要适时改变离子能量，施加屏极电压就很必要。

3．利用间热式的硼化镧阴极发射电子，允许我们进行含氧的反应辅助镀膜，并取得较好的阴极寿命(＞100小时)。氧气在放电室外与密集等离子体相互作用，氧被激化及电离，使含氧化合物的膜层更均匀，成分配比更符合理想化学配比。

图1为已有技术的示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。