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《宽束考夫曼离子源的原理及其使用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、·经验交流·宽束考夫曼离子源的原理及其使用尤大纬(中科院空间中心)摘要、、。宽束考夫曼离子源被广泛地应用于薄膜工艺刻蚀镀膜注入诸领域近20年。。来考夫受离子源在我国得到了迅速的发展至此已有必要提出正确的使用方法以纠。。正一些错误的用法本文给出一些墓本概念以利于如何正确选择工作参数以及维修:,,关键词薄膜工艺离子源离子束工艺-J‘~、..一..前亡二近十,年来我国采用离子束刻蚀以及离子束辅助镀膜在光学工业中制造高性能的滤色、、。、膜反射膜增透膜采用离子束增强镀膜制造超导膜贮氢合金膜以及离子束注入表面改。。性等都得到了
2、广泛的研究及应用在这些先进的工艺中基本上都使用了考夫曼离子源考夫曼,由于要,离子源是在空间电推进技术基础上发展起来的一门新技术用于空间推进它必然要、、、、,、、具备低气耗低能耗高效率高稳定长寿命的优点此外它必须能产生大面积均匀。,强流的离子束我国自1969年开始研制以航天飞行为目的的考夫曼离子源70年代末开。,始了考夫曼离子源的地面应用工作至今国内已有几个单位研制该种离子源正在使用的考,夫曼离子源已接近百十余台仅仅我们课题组近三年来已向国内外提供了三十余台不同能量、、。,范围不同用途不同型号的考夫曼离子源由于专业的
3、差别许多使用单位并不太深入了,。解该类离子源的原理及使用特性以至于造成工艺上的失误并加速离子源的损坏有鉴于,我此们想通过此文与广大的正在进行考夫曼离子源应用的工作者共同探讨该种离子源的基。本知识以及几个关键问题、二工作原理。,典型的考夫曼离子源及电源见图1从阴极(普通为直热式灯丝也可采用带有氧化物,发射体作为插入件的空心阴极)发射出来的电子经过阴极鞘层被加速获得相应于等离子体与。,。阴极之间电位差的能量等离子体的电位接近于阳极电位只高几伏这类高速电子与从进。气口均匀进入放电室的气体原子相碰撞形成等离子体形成的离子少
4、部份被离子光学系统拔,。。出形成离子束大部分离子则要和壁面复合碰撞后形成的慢电子则作为等离子体电子存在,·1993年第1期万万,。为了构成放电通路该类慢电子必须通过扩散到达阳极被阳极接收部分中性气体原子也。要从离子光学系统中逸出真空室中部分气体原子则也要通过离子光学系统返流进入离子。,,源为了延长高速电子的自由程阻止电子迅速飞回阳极复合需要使用磁场来限制电子运。。动考夫曼离子源一般采用低磁场的轴向发散场及多磁极场在发散场中电子沿发散的轴向。磁力线作螺旋运动并来回振荡在多极磁场中沿着放电室四壁布置了软铁片制成的磁极,
5、,。于是,靴将磁钢夹在磁极之间并使相邻的磁钢极性相反在放电室四壁构成了电子磁,,从而延长了高速电子的自由程,障高速电子受到磁障的反射将不能到达阳极提高了放电。,效率接近离子光学栅组的离子通过栅孔处的发射鞘层以波姆速度被加速在离子光学形成,。,的电场作用下经历了加速及减速的过程如图2所示首先经过鞘层时有几伏的压降然后/屏极加速极/极‘只.r,.’‘.口衬二称甘鲜热参束流中和器澳浪渝中和极+a〔·举智卜于呜力:]!磁阴阳)详速场极极极极e个十跳离X一图l考夫曼离子源工作原理及电源接线图2离子束通过离子光学系统电位变化在
6、,,加速电场作用下在很短的距离内被加速到负电位由于中和器发射电子或由于二次电子,。,发射离子束将被中和形成中性等离子体离子束行进途中存在一个中和面在中和面后多,。,个子束均匀混合形成离子束在中和面之前各个离子束子束又经历了减速过程于是加速。离子的总能量应是屏极电压与加速极电压之和但离子所得到的净加速能量应是阳极电压与。、屏极电压之和(因等离子体电位和阳极电压相近)带有能量并具有一定方向又呈中性的,,,离子束是在无场空间中对靶进行加工的离子束参数可以方便的控制与气压无关这就大。大增加了工艺的稳定性及再现性。,整个离子
7、源是一个独立系统从屏极处发出的离子电荷部分被加速极拦截大部分将到,。,达接地靶(工件)又从离子源接地处返回因此图1中A7表示为离子束流A3为屏极,,=。电流A4为加速极电流根据原理(A7)(A3)一(A4),,为了加强中和极的电子发射需要使用中和偏置电源中和偏置电流A6即中和电流应。,大于束流20一30%才能充分中和通常使用置于离子束中央的接地的法拉第探头来检测。离子流以确定离子束的中和《电工电能新技术》,。为了得到低能大流强及准直的束流采用三栅离子光学系统对于超低能大流强束流则。,要用单栅离子光学系统为了得到小束
8、斑高束流密度的离子束采用盘状聚焦离子光学系统。对于大束斑均匀的离子束则需要盘状发散的离子光学系统、、、独立的离子源的工作参数包括屏极电压气流量(真空压力)束流阳极电压及加速。,,电压其中异极电压决定了离子束所具备的能量离子束流决定了离子的剂量它们是最重。,、、要的工艺参数异极电压可以通过电源来调节至于如何来调节离子束流气流量阳极电,。压及加速电压以下将分别叙
