[实用新型]一种离子束辅助沉积系统

摘要

本实用新型涉及薄膜材料制备领域，一种离子束辅助沉积系统为基于伪火花放电的等离子体阴极电子枪，区别于典型的离子束辅助沉积装置，其具有多个电极间隙，能有效产生空心阴极电离过程和后续的传导电离过程的电子束；空心阴极相的电子束的能量和束流密度通过不同的击穿方法来控制，离子质量分辨率足够高，可以分离氢原子的离子和氢分子的离子；离子能量较低，在几eV到几百eV能量范围内；离子束流足够高，保证离子辅助沉积过程能进行；较宽的离子束流，束流直径10mm，氢离子电流密度在1微安/平方厘米，能在较大区域衬底上进行沉积实验；对离子的质量选择只依赖于电场，无磁场，结构紧凑，能对原子束流或活跃气体分子离子束流有效控制。

主权项

1.一种离子束辅助沉积系统，其特征是：主要包括由空心阴极(1)、触发模块(2)、阳极(3)、气管(4)、储气罐(5)、等离子体室(6)组成的离子束源、漂移管(7)、抽取电极(8)、电极组I(9)、由三组独立的四级杆组I(10‑1)、四级杆组II(10‑2)、四级杆组III(10‑3)组成的四级杆(10)、电极组II(11)、不锈钢栅网(12)、电子束蒸发源(13)、样品(14)、样品台(15)、位移台(16)、真空腔(17)、挡板I(18)、挡板II(19)、控制单元(20)及电缆，所述空心阴极(1)包括石墨阴极管(1‑1)、不锈钢基座(1‑2)、电极I(1‑3‑1)、电极II(1‑3‑2)、氮化硼加热管(1‑4)、发射管(1‑5)、石墨套筒(1‑6)、钨弹簧(1‑7)、氮化硼外套(1‑8)、石墨薄层(1‑9)、双层氧化铝管(1‑10)、陶瓷辐射屏底座(1‑11)、钽制内辐射屏(1‑12)、钽制外辐射屏(1‑13)、石墨阴极罩(1‑14)、不锈钢气体入口(1‑15)、钽制加热丝(1‑16)，所述空心阴极(1)、触发模块(2)、阳极(3)、气管(4)、储气罐(5)、等离子体室(6)、漂移管(7)、抽取电极(8)、电极组I(9)、四级杆(10)、电极组II(11)、不锈钢栅网(12)、电子束蒸发源(13)、样品(14)、样品台(15)、位移台(16)、挡板I(18)、挡板II(19)均位于真空腔(17)内，所述空心阴极(1)、等离子体室(6)、漂移管(7)依次同轴连接，空心阴极(1)前端具有触发模块(2)、后端为阳极(3)，所述储气罐(5)通过气管(4)连接于所述等离子体室(6)，所述抽取电极(8)、电极组I(9)、四级杆组I(10‑1)、四级杆组II(10‑2)、四级杆组III(10‑3)、电极组II(11)依次位于所述漂移管(7)，所述不锈钢栅网(12)位于漂移管(7)后端，所述挡板I(18)位于不锈钢栅网(12)外侧，所述挡板II(19)位于电子束蒸发源(13)出口处，从抽取电极(8)到栅网(12)长度50cm，所述陶瓷辐射屏底座(1‑11)一端连接不锈钢基座(1‑2)、且其内侧表面和外侧表面分别与钽制内辐射屏(1‑12)和钽制外辐射屏(1‑13)连接，并位于所述石墨阴极管(1‑1)外圈，石墨阴极罩(1‑14)连接不锈钢基座(1‑2)且罩于最外围，将一组中不相邻的两根杆的距离的一半定义为四极电场半径r₀，发射管(1‑5)材料为浸渍钡、钙氧化物的铝钨合金，不锈钢气体入口(1‑15)位于阴极管(1‑1)与不锈钢基座(1‑2)连接的一端的中心位置，所述不锈钢气体入口(1‑15)、钨弹簧(1‑7)、石墨套筒(1‑6)、发射管(1‑5)依次同轴对接，所述双层氧化铝管(1‑10)、氮化硼加热管(1‑4)同轴对接并位于所述不锈钢气体入口(1‑15)、钨弹簧(1‑7)、石墨套筒(1‑6)、发射管(1‑5)的外圈，双层氧化铝管(1‑10)为内外两个直径不同的圆柱管嵌套而成且一端连接基座(1‑2)，电极I(1‑3‑1)和电极II(1‑3‑2)均贯穿连接基座(1‑2)且位于双层氧化铝管(1‑10)的内外管之间，双层氧化铝管(1‑10) 的外表面具有透孔，钽制加热丝(1‑16)的两端能够经所述透孔穿过，分别与连接有一个电流源正负极的所述电极I(1‑3‑1)和电极II(1‑3‑2)连接，电极I(1‑3‑1)、钽制加热丝(1‑16)、电极II(1‑3‑2)形成电流回路，所述氮化硼加热管(1‑4)外表面具有双螺旋线形凹槽，双层氧化铝管(1‑10)与氮化硼加热管(1‑4)对接的一段的外表面也具有所述双螺旋线形凹槽，所述氮化硼加热管(1‑4)外表面上的凹槽的横截面为三角形，所述双层氧化铝管(1‑10)外表面上的凹槽的横截面为半圆形，当所述钽制加热丝(1‑16)绕于氮化硼加热管(1‑4)外表面凹槽时，能够延续绕到双层氧化铝管(1‑10)的该段所述凹槽上，所述钽制加热丝(1‑16)所在位置的外侧依次紧密地套有所述氮化硼外套(1‑8)和石墨薄层(1‑9)，所述石墨薄层(1‑9)的外侧套有所述石墨阴极管(1‑1)，所述氮化硼外套(1‑8)和石墨薄层(1‑9)在氮化硼加热管(1‑4)外侧面与石墨阴极管(1‑1)内侧面的压力下固定；所述挡板I(18)、挡板II(19)分别电缆连接控制单元(20)，能够按照设定的程序在特定的时刻分别阻挡从不锈钢栅网(12)射出的离子束和电子束蒸发源(13)蒸发出的分子束，所述样品(14)安装于样品台(15)上，所述样品台(15)固定于位移台(16)上，位移台(16)内部包含电机，能够沿其轴线方向以不同的速率匀速转动，样品台(15)位于漂移管(7)轴线方向与电子束蒸发源(13)轴线方向的交点处，样品台(15)与电子束蒸发源(13)出口的距离在30cm‑50cm可调，样品台(15)与不锈钢栅网(12)的距离在40cm‑70cm可调，所述电极组II(11)能够使离子束聚焦、偏向，所述栅网(12)用于对离子束电流监控，所述抽取电极(8)装有不锈钢栅网，所述四级杆组I(10‑1)、四级杆组II(10‑2)、四级杆组III(10‑3)分别包含一组由四根相同的且相互平行的金属杆组成的四级杆，其轴向沿水平方向，相邻的杆之间距离相等，四级杆横截面是半径r的半圆形，四极电场半径r₀＝7毫米，四级杆半径r＝9毫米，电极组I(9)由三个环形电极组成，能够将抽取的离子耦合进入四极杆所在的漂移管(7)部分，并将生成的离子流聚焦到四极杆组的轴线附近。