一种筒形溅射阴极及离子引出系统技术方案

本发明专利技术公开了一种筒形溅射阴极及离子引出系统，其中，筒形溅射阴极包括具有中空部的筒形壳体，所述筒形壳体内沿径向由外至内依次设置有：用于屏蔽所述筒形壳体以外的带电体的屏蔽罩、抵接在所述屏蔽罩上起绝缘隔离作用的定位套、抵接在所述定位套上的磁短路组件、两个咬合在所述磁短路组件上下两侧的环形磁铁，以及用于轴向固定靶材的靶材固定组件；两个所述环形磁铁相对的一侧磁极相反。本发明专利技术通过在筒形壳体中设置环形磁铁，并在环形磁铁的外侧依次设置有磁短路组件和屏蔽罩，解决了现有的等离子源系统中磁场不闭合、起辉及维持放电困难的问题。

A Cylindrical Sputtering Cathode and Ion Extraction System

The invention discloses a cylindrical sputtering cathode and an ion extraction system, in which the cylindrical sputtering cathode comprises a cylindrical shell with a hollow part. The cylindrical shell is arranged in turn from outside to inside along the radial direction: a shield for shielding charged bodies outside the cylindrical shell, a positioning sleeve for insulating isolation on the shield cover, and a positioning sleeve for bonding on the positioning sleeve. A magnetic short circuit assembly, two ring magnets occluding the upper and lower sides of the magnetic short circuit assembly, and a target fixing assembly for axially fixing a target; the opposite magnetic poles of the two ring magnets are opposite. The invention solves the problems of unclosed magnetic field, glowing and maintaining discharge in the existing plasma source system by installing a ring magnet in the cylindrical shell and a magnetic short circuit assembly and a shielding cover on the outer side of the ring magnet in turn.

【技术实现步骤摘要】
一种筒形溅射阴极及离子引出系统
本专利技术涉及磁控溅射领域，尤其涉及一种筒形溅射阴极及离子引出系统。
技术介绍
金属离子注入与沉积技术被广泛应用于传统的工程领域如：刀具、模具、机械防护等。同时，在新兴的半导体、新能源
也体现出巨大的市场应用前景。目前，主要采用“MeVVA”源作为金属离子注入与沉积的主要手段，但其存在结构复杂、冷却条件苛刻、放电脉冲短、输出效率有限等缺陷，其大规模、高效率应用被严重制约。研究人员对平面磁控溅射技术及阴极弧技术存在的问题进行改进，设计开发了一种筒形溅射阴极结构，如图1所示，包括壳体1a，壳体1a中平行布置有若干条形磁铁2a，相邻的两个条形磁铁2a相对的一侧磁极相反。筒形溅射阴极可将溅射约束在筒形靶材内部，溅射出来的材料在腔内与电子、Ar+、Ar、靶材料反复碰撞、离化，可有效提高离化率。但是该筒形溅射阴极，磁力线方向为圆周方向，在金属等离子体源端部会出现明显的漏磁现象，其磁力线向外倾斜，而不是形成垂直于磁控靶的拱形磁力线；这导致金属等离子体源不封闭，磁控跑道上出现电子“决堤”效应，磁控靶发射的电子快速逃逸，最终导致金属等离子体源需要很高的起辉气压及工作气压，维持稳定放电困难且束流密度低。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种筒形溅射阴极及离子引出系统，旨在解决现有的筒形溅射阴极会出现漏磁现象。本专利技术的技术方案如下：一种筒形溅射阴极，包括具有中空部的筒形壳体，所述筒形壳体内沿径向由外至内依次设置有：用于屏蔽所述筒形壳体以外的带电体的屏蔽罩、抵接在所述屏蔽罩上起绝缘隔离作用的定位套、抵接在所述定位套上的磁短路组件、两个咬合在所述磁短路组件上下两侧的环形磁铁，以及设置在所述磁短路组件的末端、用于轴向固定靶材的靶材固定组件；两个所述环形磁铁相对的一侧磁极相反。所述的筒形溅射阴极，其中，两个所述环形磁铁之间的间距为20-50mm，所述环形磁铁的磁极场强为200-800mT。所述的筒形溅射阴极，其中，所述磁短路组件、所述环形磁铁以及所述靶材固定组件围成了一个容纳腔，所述容纳腔内紧贴所述磁短路组件和所述环形磁铁的表面设置有靶座，所述容纳腔中容置有冷却液。所述的筒形溅射阴极，其中，所述磁短路组件采用Fe基、Co基或Ni基合金制作而成。所述的筒形溅射阴极，其中，所述磁短路组件包括磁短路套和两个磁短路环；所述磁短路套的横截面为“凸”字形，凸台设置在所述磁短路套的内圈上；两个所述磁短路环分别位于所述磁短路套上下两侧、并抵接在厚度较厚的部分的表面；两个所述环形磁铁分别咬合在所述凸台的两侧。所述的筒形溅射阴极，其中，所述靶材固定组件包括靶套和两个靶材固定环；两个所述靶材固定环分别咬合在所述磁短路环上远离所述磁短路套的一端，所述靶套扣接在两个所述靶材固定环上。所述的筒形溅射阴极，其中，所述靶套和所述靶材固定环采用导电、导热性好、且无磁性的金属或合金制作而成。所述的筒形溅射阴极，其中，所述溅射阴极的供电方式为高功率脉冲磁控溅射、直流磁控溅射、脉冲磁控溅射、射频磁控溅射、中频磁控溅射或复合脉冲磁控溅射。一种离子引出系统，包括如上所述的筒形溅射阴极、线圈和两个喇叭形框架；所述喇叭形框架包括一体化成型的喇叭缩口和张开部，两个所述喇叭形框架分别通过所述喇叭缩口连接在所述筒形溅射阴极的中空部的两端；所述线圈设置在所述喇叭缩口的外圈。所述的离子引出系统，其中，所述喇叭形框架的入口直径R1为5-30mm，出口直径R2为20-50mm，并且R1＜R2。有益效果：本专利技术提供了一种如上所述的筒形溅射阴极，通过在筒形壳体中设置环形磁铁，并在环形磁铁的外侧依次设置有磁短路组件和屏蔽罩，解决了现有的等离子源系统中磁场不闭合、起辉及维持放电困难的问题。附图说明图1为现有技术的筒形溅射阴极的结构图。图2是本专利技术的一种筒形溅射阴极的实施例的俯视图。图3是沿图2的A-A线的剖面图。图4是图3的筒形溅射阴极的磁感线分布模拟图。图5是本专利技术的一种离子引出系统的实施例的剖视图。图6是图5的离子引出系统的磁感线分布模拟图。图7是图5的离子引出系统中靶材表面横向磁场强度展开模拟图。图8是线圈电流的大小对引出离子的密度分布的影响图。图9是线圈电流的方向对引出离子的密度分布的影响图。具体实施方式本专利技术提供了一种筒形溅射阴极及离子引出系统，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供的一种筒形溅射阴极的较佳实施例，如图2和图3所示，包括筒形壳体1、屏蔽罩2、定位套3、磁短路组件4、环形磁铁5以及靶材固定组件6。筒形壳体1的中间设置有中空部11。各零部件均设置于筒形壳体1内，屏蔽罩2靠筒形壳体1的最外侧设置，用于屏蔽筒形壳体1以外的带电体，防止其它部件起辉；定位套3抵接在屏蔽罩2上，起绝缘隔离作用；磁短路组件4抵接在所述定位套3上，两个环形磁铁5分别咬合在磁短路组件4上下两侧，两个环形磁铁相对的一侧磁极相反。靶材固定组件6设置在磁短路组件4的末端，用于轴向固定靶材72。本专利技术中阳极71可以设置在筒形壳体1的上下端面，同时能够起到屏蔽筒形壳体以外的带电体。本专利技术的筒形溅射阴极的磁感线分布模拟图如图4所示，磁场沿轴线方向，在靶材内表面形成一个闭合的环形磁场，有效提高了放电的稳定性。解决了现有的等离子源系统中磁场不闭合、起辉及维持放电困难的问题。本专利技术中靶材72可以是Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Tr、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、As、Sb、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I、所有镧系金属、锕系金属及其组成的金属或化合物中的一种或多种。具体的，可以通过调节两个磁铁的间距及磁极到靶材72表面的距离，来控制靶面横向磁场的强度，优选的控制靶面横向磁场强度为20-100mT。例如，将两个环形磁铁之间的间距设置为20-50mm，磁铁选择磁极场强为200-800mT。为了降低环形磁铁5的加工难度，可以采用多段磁铁拼接成环形。本专利技术中，可以磁短路组件4、环形磁铁5以及靶材固定组件6围成一个容纳腔，容纳腔内紧贴所述磁短路组件4和所述环形磁铁5的表面设置有靶座，靶座采用导电、导热性良好但不导磁材料制作，例如Al、V、Ti、Cr、Mn、Zn、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au及其导电且无磁性的合金，优选采用铜。容纳腔中容置有冷却液（水或油），本专利技术通过靶座将环形磁铁与冷却液分隔开，可防止磁铁被腐蚀，提高溅射阴极的使用寿命。屏蔽罩2、阳极71都可以采用上述材料。本专利技术还具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种筒形溅射阴极，包括具有中空部的筒形壳体，其特征在于，所述筒形壳体内沿径向由外至内依次设置有：用于屏蔽所述筒形壳体以外的带电体的屏蔽罩、抵接在所述屏蔽罩上起绝缘隔离作用的定位套、抵接在所述定位套上的磁短路组件、两个咬合在所述磁短路组件上下两侧的环形磁铁，以及设置在所述磁短路组件的末端、用于轴向固定靶材的靶材固定组件；两个所述环形磁铁相对的一侧磁极相反。

【技术特征摘要】
1.一种筒形溅射阴极，包括具有中空部的筒形壳体，其特征在于，所述筒形壳体内沿径向由外至内依次设置有：用于屏蔽所述筒形壳体以外的带电体的屏蔽罩、抵接在所述屏蔽罩上起绝缘隔离作用的定位套、抵接在所述定位套上的磁短路组件、两个咬合在所述磁短路组件上下两侧的环形磁铁，以及设置在所述磁短路组件的末端、用于轴向固定靶材的靶材固定组件；两个所述环形磁铁相对的一侧磁极相反。2.根据权利要求1所述的筒形溅射阴极，其特征在于，两个所述环形磁铁之间的间距为20-50mm，所述环形磁铁的磁极场强为200-800mT。3.根据权利要求1所述的筒形溅射阴极，其特征在于，所述磁短路组件、所述环形磁铁以及所述靶材固定组件围成了一个容纳腔，所述容纳腔内紧贴所述磁短路组件和所述环形磁铁的表面设置有靶座，所述容纳腔中容置有冷却液。4.根据权利要求1所述的筒形溅射阴极，其特征在于，所述磁短路组件采用Fe基、Co基或Ni基合金制作而成。5.根据权利要求1所述的筒形溅射阴极，其特征在于，所述磁短路组件包括磁短路套和两个磁短路环；所述磁短路套的横截面为“凸”字形，凸台设置在所述磁短路套的内圈上；两个所述磁短路环分别位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠振，崔岁寒，肖舒，林海，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44