新型辅助蒸发度离子源介绍

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1、新型辅助蒸发镀（等）离子源--微波ECR单栅离子源介绍合肥研飞电器科技有限公司一、离子辅助蒸发镀膜技术真空蒸发是制备介质薄膜的主要方法，它历史悠久，工艺成熟，使用广泛。但是同时也存在严重的缺陷:产品质地疏松、牢固性差、容易损坏。离子辅助蒸发镀膜是以荷能离子为特征的近代镀膜新工艺，参见图1-1。在镀膜之前进行清洗，在镀膜中进行辅助沉积薄膜，使得薄膜产品的性能及力学性能得到大幅提高。这种新工艺适合镀增透膜、眼镜镀膜、光纤光学镀、高反镜、热/冷反光镜、低漂移滤波器、带通滤波器和类金刚石沉积等。图1-1离子辅助镀膜示意图。6宽束离子源是离子辅助蒸发镀膜技术的关键。实际上，通常意义上的离子源包含了

2、等离子束源和离子束源。等离子束源：离子能量是分布式的（数十到数百eV可调），束较宽，散角达几十度（参见图1）。离子束源：离子能量是单能，从100eV-2000eV可调；束较窄，散角仅几度。从源结构，操控，维护和性价比几方面来比较，人们总是希望选择等离子束源。二、辅助蒸发镀（等）离子源的研发进程在很长一段时间里，直流激励热阴极Kuafmna离子源[1]（参见图2-1）是镀膜设备的标准装备。但Kuafmna离子源用热阴极，存在杂质污染，需频繁更换；不能使用与氧、氮等反应气体；用多栅极加速，操控较难，使用成本较高。近年来，许多企业为了降低成本，逐步将其淘汰。在低端产生中通常使用阴极引出的霍尔（

3、Hall）源[2],参见图2-2；在高端产生中使用APS(AdvancedPlasmaSource)[3]，参见图2-3。图2-1考夫曼源示意图。6图2-2霍尔离子源结构原理图。图2-3APS结构原理简图。霍尔源的缺点很明显：(1)由于离子的溅射，阴极灯丝(钨)对膜层产生金属污染很严重，实验己经发现，随着离子能量和束流强度的增加，薄膜中钨的含量也增加。介质膜中的金属会显著增加膜的消光系数(或吸收系数)，对于要求较高的场合，这种污染必需消除。(2)灯丝使用寿命短，维护量大，并且只能用惰性气体，反应气体会使灯丝的寿命大大缩短。为了消除污染和延长寿命，德国莱宝公司推出了APS。它的特点是：(1

4、)用很粗大的BLa6棒作阴极③，(2)很长很深的阳极管包围着阴极②，(3)另外有一个加热BLa6阴极达1500度的加热器④，(4)另有一层法拉第屏蔽②⑦，(5)进气管在离子源出口而不在底部①，(6)功率非常大，仅加热器就1.8千瓦，发射功率达15千瓦。以上特点明显看出，APS用了杂质量低，寿命较长的阴极，但改善很有限。而源设备价格昂贵，且运行成本相当高，一般的企业很难用得起。6为了彻底消除热阴极的缺点，无极放电的射频激励的离子束源已逐渐投入使用。它不需要借助灯丝放电，既消除了阴极金属蒸汽对薄膜的主要污染源，也可使用于02等反应气体环境。作为辅助蒸发镀膜的离子源还要求可在较低的气压下稳定运

5、行。射频激励等离子体有4种方式：容性耦合（CCP）、感谢耦合（ICP）、螺旋波（Helicon）和rfECWR。其中rfECWR的运行气压能在<0.1Pa下获得最佳放电，其离子源适合于辅助蒸发镀膜[4]，参见图2-4。图2-4中的1为等离子室侧壁，用石英管制成；2和3为上下盖板，用无磁不锈钢制成，用紧固螺杆7与石英管夹紧；在上盖板侧面开有进气口8，以及快规测量口；4为单栅引出电极；5为包裹在石英管外面的单匝射频耦合线圈，用纯铜制成，与上下盖板绝缘。6为一对Helmholtz线圈，能产生总是垂直于源轴的静磁场Bo，能够被调节到50G，并且在整个等离子区均匀性保证在±5%以内。我们不难看出，

6、该源的结构比较复杂，价格相当贵，仅有德国莱宝公司在研制。另一种无极放电的离子源是微波电子回旋共振等离子源（ECRPS）由于应用较强的磁场，可以在更低的气压下获得最佳高效率放电，是辅助蒸发镀膜更佳的选择。图2-4rfECWR等离子源结构简图。二、微波ECR（等）离子源原理与特性等离子体是正离子和电子组成的电中性的流体，是中性原子被电子碰撞变成离子的结果。因此，产生等离子体就是用电场加速电子去碰撞中性原子。加速电子一般用直流、射频和微波电场，因而，产生等离子体的方法也自然地分成为直流（DC）、射频(CCP和ICP）、微波和微波ECR等。前三种可以用磁场，也可以不用磁场；但微波ECR必须用磁场

7、，而且磁场的设计要求比较严格。不用磁场时，仅靠真空室壁限制等离子体，因此，等离子体与室壁相互作用强烈；而使用磁场时，由于电子和离子环绕磁力线运动，所以在垂直于磁场方向受磁场控制，几乎不与室壁发生作用，因而损失大大下降，杂质水平较低，可以运行在很低的气压，参见图3.1[5]。6图3.1典型的微波ECR等离子源简图。上述微波ECR等离子源的磁场是用高稳定度直流稳流电源向铜线圈提供大电流产生的，既笨重，价格又贵，很难向工业应用推广。为了具