一种阵列孔空心阴极放电离子源制造技术

本发明专利技术公开了一种阵列孔空心阴极放电离子源，包括基座、阳极栅网、磁体、绝缘组件、进气座、阵列孔板，其中进气座及阵列孔板为同电位的放电组件，绝缘组件将放电组件与基座之间以及阳极栅网与基座之间形成电位绝缘；阵列孔板为设置有多个阵列贯通孔的金属板，放电组件在一定真空度时产生辉光放电，放电过程中贯通孔会产生空心阴极效应电子汇聚，多个阳极栅网装配在基座上，磁体套装在基座上，放电产生的电子在电磁场作用下与工艺气体碰撞形成阳离子，多个阳极栅网既可以吸收电子又可以加速阳离子，实现高能离子的射出。本发明专利技术利用贯通孔辉光放电过程中的空心阴极效应在电磁场作用下汇聚射出高能离子，为真空涂层工艺过程提供高能离子。

An Array Hollow Cathode Discharge Ion Source

The invention discloses an array hole hollow cathode discharge ion source, which comprises a base, an anode grid, a magnet, an insulating component, an intake seat and an array orifice plate. The intake seat and the array orifice plate are discharge components of the same potential, and the insulating component forms potential insulation between the discharge component and the base, as well as between the anode grid and the base. Metal plate, discharge module produces glow discharge at a certain vacuum. Hollow cathode effect electrons converge in the through hole during discharge. Multiple anode grids are assembled on the base. Magnets are mounted on the base. Electrons generated by discharge collide with process gases under the action of electromagnetic field to form cations. Multiple anode grids can absorb electrons and accelerate cations. The emission of energetic ions. The hollow cathode effect in through hole glow discharge process is utilized to collect and emit high energy ions under the action of electromagnetic field to provide high energy ions for vacuum coating process.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列孔空心阴极放电离子源
本专利技术涉及真空镀膜
，具体是指一种阵列孔空心阴极放电离子源。
技术介绍
离子源是现阶段应用最为广泛的离子辅助沉积、清洗待镀产品的一种气相沉积过程中的通过等离子体放电离华气体的装置。离子源可有效的提高膜层致密度、附着力及膜层的光学性能及机械性能都有很好的提升效果。现阶段常用的离子源主要有潘宁离子源、霍尔离子源、阳极层离子源。潘宁离子源是以潘宁放电为基础设计的离子源，是通过在环形阳极轴向方向上施加磁场，两个阴极之间电子往返运动，增加气体粒子的离化率，潘宁离子源的原理造成了离子源的结构较为小巧，离华输出能力相对较低，两组阴极及阳极之间距离较小，造成离华过程中，电极绝缘组件等很容易受到污染，严重影响潘宁源的使用寿命。霍尔离子源是由阳极、阴极、磁场、气体分布组件组成，其中阴极发射电子，轰击进入的气体原子离华形成等离子体，同时提供中和电子，形成电中性的等离子束，等离子体受霍尔电流的加速作用，向出口处加速。霍尔离子源的结构造成部分零部件污染严重，其离子能量较低，并极易受环境影响稳定性较差，同时离华气体气耗大。阳极层离子源是霍尔离子源的一种，阳极层离子源放电室壁是金属组成额，放电室由阳极及内外阴极组成。阳极层离子源中电子在电磁场作用下，形成环形霍尔电流，增加电子与气体的碰撞几率，提高了离化率，阳极白哦面附近区域形成的等离子体在电磁场及霍尔电流的共同加速下，从离子源下游引出。阳极层离子源结构简单，不需要电子发射器及栅极，可很好的利用于工业应用中。然而阳极层离子源阳极阴极之间间隙较小，在涂层装置极易污染，影响离子源的绝缘性，同时阴极上存在烧蚀腐蚀，很容易对涂层造成污染。
技术实现思路
针对现有的离子源存在的上述问题，本专利技术旨在提供一种可高效提高气体离子流并可以不对涂层工艺产生粒子污染，自身结构简单抗粒子污染绝缘性佳的阵列孔空心阴极放电离子源。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种阵列孔空心阴极放电离子源包括基座、阳极栅网、磁体、绝缘组件、进气座、阵列孔板，其中进气座及阵列孔板为同电位的放电组件，绝缘组件将放电组件与基座之间以及阳极栅网与基座之间形成电位绝缘；其中基座可通过螺栓及绝缘垫装配固定在真空腔室上实现真空密封及基座的电位悬浮，基座为焊机结构件，内含冷却水道，可对基座进行冷却；磁体套装在基座上，可在基座上滑动；进气座为焊接结构件，内含冷却水道，其通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位悬浮，阵列孔板为金属放电板，其上机械加工有阵列贯穿孔，阵列贯穿孔线径较小，可在一定真空度下产生空心阴极放电；多个阳极栅网装配在基座上，并通过绝缘密封垫实现真空密封及电位悬浮。进一步设置是还包括有套设置于外筒体上的外磁体，该外磁体在外筒体内所形成的磁场为平行于外筒体内腔轴线的轴向磁场、平行于外筒体内腔壁的环切闭合磁场、平行于外筒体内腔壁的轴向闭合磁场、平行于外筒体内腔截面的旋转平行磁场中一种或多种组合。进一步设置是所述的磁力机构的磁场为平行于外筒体内腔截面的旋转平行磁场，外磁体由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组线圈组成，漆包线绕组线圈采用聚氨酯漆包铜线或者铝线绕制，按二极磁场规律连接成对称的三相绕制；绕组的连接方式有单层、双层或单双层混合，绕组端部的接线方式采用叠式或者波式，绕组的端部形状采用链式、交叉式、同心式或叠式；绕组采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压单独调节，通过电压调节二极横向旋转磁场的强度，通过电流频率调节二极横向旋转磁场的旋转速度。进一步设置是所述的基座为焊接结构件，其为圆筒形及方形筒中的一种，筒内有水冷水道，可实现对基座的冷却；所述的进气座为焊接结构件，其为圆筒形及方形筒中的一种，筒内有水冷水道，可对进气座进行冷却；所述的阵列孔板为圆形及方形板中的一种，所述进气座与阵列孔板通过螺栓装配可形成进气腔，进气腔内壁放置绝缘盖，可对进气座内表面进行电位屏蔽，进气腔内可放置对工艺气体起到均匀进气的绝缘阻隔条，从而实现工艺气体均匀性及稳定性。进一步设置是所述的绝缘组件材料为聚四氟乙烯、陶瓷、云母、尼龙、聚苯酯中的一种及多种；绝缘组件包括对基座与放电组件电位绝缘的绝缘套及绝缘环、屏蔽进气座内壁的绝缘盖、对阳极进行绝缘的绝缘密封垫、悬浮基座的绝缘垫以及对螺栓进行电位悬浮的绝缘垫。进一步设置是所述的基座为不锈钢焊接结构件，为实现良好的导电性，对其进行电镀处理，基座上可外接电极接线柱。进一步设置是所述的阳极栅网为带有大量间隙的金属网、带有大量孔的金属板及环形金属丝网中的一种，多个阳极栅网为错位排布，可实现对电子充分的吸收。进一步设置是所述空心阴极效应孔的孔径为0.5-10mm，孔间距为3-30mm。本专利技术的创新机理是：空心阴极放电是受电极之间的距离及真空度影响的，在一定真空度下，电极之间辉光放电在一定极板距离下，电子会发生汇聚，产生空心阴极效应，在本专利技术中，充分利用这一物理现象，在一定尺寸的圆形及方形耐高温金属板上机械加工分布一定尺寸的阵列孔，在一定真空度下，金属板施加负压，阵列孔内会发生辉光放电并出现电子汇聚，从而产生空心阴极放电，放电过程中受磁场及电场的影响下，可稳定均匀输出高能离子。本专利技术的优点是：(1)本专利技术基座上套装的磁体一方面可在基座筒上滑动，有利于实现不同工艺的离子源内电子的运动形态，另一方面各种磁体的可更换性，可为涂层提供多种磁场下的高能离子。(2)本专利技术利用进气座及阵列孔板形成的进气腔，内可放置匀气的绝缘隔条，为放电过程提供稳定速率的均匀出气的工艺放电气体，提升装置的稳定性及均匀性。(3)本专利技术利用阵列孔在一定真空度下的空心阴极放电效应，可在一定尺寸的金属板上，形成均匀分布的阵列孔空心阴极放电孔，可为物理气相沉积过程提供均匀的离子源。(4)本专利技术采用绝缘组件将放电组件与基座之间完全绝缘，并将进气座内壁包覆，放电过程稳定，杜绝了局部打火的现象。(5)本专利技术利用栅网吸收放电过程中的电子，并加速等离子体中的阳离子，为工艺过程提供高能阳离子。(6)本专利技术设计结构简单，维护方便，成本低廉。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1本专利技术阵列孔空心阴极放电离子源的结构示意图；图2本专利技术具体实施方式的半剖立体图；图3a本专利技术形成平行于外筒体内腔壁的环切闭合磁场的外磁体布置图；图3b本专利技术形成平行于外筒体内腔轴线的轴向磁场的外磁体布置图；图3c本专利技术形成平行于外筒体内腔壁的轴向闭合磁场的外磁体布置图；图3d本专利技术形成平行于外筒体内腔截面的旋转平行磁场的外磁体布置图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本专利技术，而非对本专利技术保护范围的限制。本专利技术中放电金属板的尺寸外形既可以为圆形，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列孔空心阴极放电离子源，其特征为：其包括基座、阳极栅网、磁体、绝缘组件、进气座、阵列孔板，其中进气座及阵列孔板为同电位的放电组件，绝缘组件将放电组件与基座之间以及阳极栅网与基座之间形成电位绝缘；其中基座可通过螺栓及绝缘垫装配固定在真空腔室上实现真空密封及基座的电位悬浮，基座为焊机结构件，内含冷却水道，可对基座进行冷却；磁体套装在基座上，可在基座上滑动；进气座为焊接结构件，内含冷却水道，其通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位悬浮，阵列孔板为金属放电板，其上机械加工有阵列贯穿孔，阵列贯穿孔线径较小，可在一定真空度下产生空心阴极放电；多个阳极栅网装配在基座上，并通过绝缘密封垫实现真空密封及电位悬浮；放电组件在一定真空度时会产生辉光放电，放电过程中贯通孔会产生空心阴极效应电子汇聚，电子在阵列孔板电场及阳极电场及磁体的作用下向基座出口处螺旋运动，运动过程中与工艺气体发生碰撞，电子运动过程中被阳极栅网吸收，同时等离子体中的阳离子被阳极栅网加速，从而向基座出口处射出大量高能离子。

【技术特征摘要】
1.一种阵列孔空心阴极放电离子源，其特征为：其包括基座、阳极栅网、磁体、绝缘组件、进气座、阵列孔板，其中进气座及阵列孔板为同电位的放电组件，绝缘组件将放电组件与基座之间以及阳极栅网与基座之间形成电位绝缘；其中基座可通过螺栓及绝缘垫装配固定在真空腔室上实现真空密封及基座的电位悬浮，基座为焊机结构件，内含冷却水道，可对基座进行冷却；磁体套装在基座上，可在基座上滑动；进气座为焊接结构件，内含冷却水道，其通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位悬浮，阵列孔板为金属放电板，其上机械加工有阵列贯穿孔，阵列贯穿孔线径较小，可在一定真空度下产生空心阴极放电；多个阳极栅网装配在基座上，并通过绝缘密封垫实现真空密封及电位悬浮；放电组件在一定真空度时会产生辉光放电，放电过程中贯通孔会产生空心阴极效应电子汇聚，电子在阵列孔板电场及阳极电场及磁体的作用下向基座出口处螺旋运动，运动过程中与工艺气体发生碰撞，电子运动过程中被阳极栅网吸收，同时等离子体中的阳离子被阳极栅网加速，从而向基座出口处射出大量高能离子。2.根据权利要求1所述的阵列孔空心阴极放电离子源，其特征在于：该磁体在外筒体内所形成的磁场为平行于外筒体内腔轴线的轴向磁场、平行于外筒体内腔壁的环切闭合磁场、平行于外筒体内腔截面的旋转平行磁场中一种或多种组合。3.根据权利要求2所述的阵列孔空心阴极放电离子源，其特征在于：所述的磁体形成的磁场还包括平行于外筒体内腔截面的旋转平行磁场，外磁体由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组线圈组成，漆包线绕组线圈采用聚氨酯漆包铜线或者铝线绕制，按二极磁场规律连接成对称的三相绕制；绕组的连接方式有单层、双层或单双层混合，绕组端部的接线方式采用叠式或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33