描述了一种用于多维结构的等离子体表面改性和高质量镀膜沉积的径向磁控管系统。该系统包括轴向电极、设置在轴向电极的一部分上的靶材材料、来自外部电源的被施加电势、以及附接到轴向电极以用于被施加电势的大电流触点。该系统还包括主永磁体组件和磁体基板，该主永磁体组件包括各个磁性材料元件，其被配置为在向轴向电极施加该被施加电势的情况下产生用于生成霍尔效应致密等离子体区域的靶区磁场，并且该磁体基板在轴向电极内支撑主永磁体组件。磁体基板被配置为提供用于冷却主永磁体组件和轴向电极的通道。件和轴向电极的通道。件和轴向电极的通道。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用踢脉冲的磁控溅射的波纹管镀膜
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2021年1月20日提交的题为“Bellows Coating by Magnetron Sputtering with Kick Pulse”的美国临时申请号63/139,609的非临时申请，其内容通过引用的方式全部明确并入本文，包括其中的任何引用。
[0003]本申请涉及申请号16/848,353，该申请是2017年11月3日提交的题为“ACOMPACT SYSTEM FOR COUPLING RF POWER DIRECTLY INTO RF LINACS”的美国申请序列号15/803,320(USP 10,624,199)的部分接续申请案，并要求其优先权，该申请是2016年11月3日提交的题为“A COMPACT SYSTEM FOR COUPLING RF POWER DIRECTLY INTO RF LINACS”的美国临时申请序列号62/416,900的非临时申请，其中(上述申请的)每一项的内容均通过引用的方式全部明确并入本文，包括其中的任何引用。
[0004]本申请涉及申请号16/848,353，该申请是2018年6月12日提交的题为“PULSED POWER MODULE WITH PULSE AND ION FLUX CONTROL FOR MAGNETRON SPUTTERING”的美国申请序列号16/006,357的部分接续申请案，并要求其优先权，该申请为2017年6月12中提交的题为“PULSED POWER MODULE WITH PULSE AND ION FLUX CONTROL FOR MAGNETRON SPUTTERING”的美国临时申请序列号62/518,362的非临时申请，其中(上述申请的)每一项的内容通过引用的方式全部明确并入本文，包括其中的任何引用。
[0005]本申请涉及申请号16/848,353，该申请是2020年2月25日提交的题为“METHOD AND APPARTUS FOR METAL AND CERAMIC NANOLAYERING FOR ACCIDENT TOLERANT NUCLEAR FUEL,PARTICLE ACCELERATORS&AEROSPACE LEADING EDGES”的美国申请序列号16/801,002的部分接续申请案，并要求其优先权，该申请是2019年2月25日提交的题为“METHOD AND APPARATUS FOR METAL AND CERAMIC NANOLAYERING FOR ACCIDENT TOLERANT NUCLEAR FUEL”的美国临时专利申请序列号62/810,230的非临时申请，其中(上述申请的)每一项的内容通过引用的方式全部明确并入本文，包括其中的任何引用。
[0006]本公开总体上涉及向加速器设备注入功率，并且更具体地涉及相对紧凑的高功率射频线性加速器(RF LINAC)系统。更具体地，以一组十七(17)张幻灯片的形式提供的本附加公开，涉及将本文所描述的技术应用于用于在波纹管内表面上提供极高质量镀膜的系统和方法。
技术介绍
[0007]高功率RF腔，诸如在低温超导射频(SRF)LINAC中发现的那些，不仅需要巨大的RF功率(约为10至100kW及以上)，而且还需要真空环境，以防止由于与这种高功率相关联的强电场而在RF腔内产生电弧和火花。在谐振腔内达到特定电场所需的RF功率由质量因子(Q)决定，质量因子是存储的积分能量除以每循环损失的能量。对于谐振RF腔，该公式简化为
这因为RF能量沿表面传播，并且是与RF频率的平方根成比例的表面电阻的函数更高的质量因子导致更高的效率、更高的可实现电压和加速梯度。SRF腔利用非常高的质量因子(在1E8到1E9的数量级上)来实现具有适度功率输入和适度功率消耗的极端加速场。这允许非常大规模的粒子加速器(诸如CERN(欧洲核子研究委员会)的大型强子对撞机和托马斯
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杰斐逊国家加速器实验室的连续电子束加速器设施)经济高效地运行。然而，由于对于GHz频率的电趋肤深度在微米的数量级上，因此在空腔设计和操作方面存在工程折衷。低温RF腔、波束线、波纹管和波导部分通常由真空级不锈钢制成，并电镀铜以为了较低的表面电阻，或者它们由诸如超纯高残余电阻率(RRR)铌的实心大块基体材料制成，以实现低损耗超导属性。将超纯材料电镀和/或加工成用于加速器应用的复杂真空部件具有挑战性且成本高昂。随着加速器扩展到大尺寸以实现更高的能量(例如，>10TeV)和设备过渡到商业和工业应用(例如，电子束源)，需要改进现有技术。
[0008]湿式化学电镀由于其破坏性的环境影响、危险化学品的处理、高昂的成本以及该领域缺乏经验丰富的商人，正在逐步淘汰。在EU(欧盟)，提出在未来几年完全淘汰所有电镀的建议和时间表，这使得对替代技术的投资变得重要。经过多年的衰减，US(美国)只有少数几家公司能够进行此类镀膜。通常，多个客户零件将使用相同的储罐、电极和循环化学浴来运行，产生嵌入杂质、非共形沉积和分层，导致组件报废、返工、额外成本和时间线增长。用物理气相沉积工艺代替容易出错的湿式化学镀是一种方法。然而，处理部件内部和三维表面是困难且具有挑战性的。
[0009]此外，由于趋肤深度效应，超导场仅在材料表面传导。当期望只在真空表面沉积或涂覆超导材料薄层并设计SRF属性时，从超纯材料的实心坯料上加工整个结构是主要的浪费和成本驱动因素。加速器群体之所以对大面积、共形的SRF镀膜特别感兴趣的理由在于，它们能够被用于构建SRF腔结构，该结构具有的属性等同于甚至优于目前使用的大块Nb椭圆腔，并且成本可能更低。在一些情况下，为了降低成本并改善热处理属性，关注的是用Nb镀膜的Cu代替Nb腔，而在其他情况下，重点是通过使用其他材料(例如，Nb3Sn镀膜)和/或多层结构来超过大块Nb的RF和/或热性能。这里的一个重大挑战在于将SRF膜沉积到这些空腔上：在弯曲、复杂的表面上进行膜沉积比在晶片或测试试片上进行膜沉积要困难得多，尤其是在膜参数(例如厚度)需要落在整个空腔结构的设定窗口内的情况下。这对于多层(例如，SIS)结构尤其如此，在这种情况下，层厚度的微小变化都能够对最终结果产生深远影响。使整个过程进一步复杂化的是膜内包含颗粒和缺陷，无论是在镀膜过程之前、期间还是之后引入的。这些夹杂物的结果是膜的整体性能退化，该退化通常是极端的。
[0010]本公开使用共形电离物理气相沉积(iPVD)来代替湿式化学电镀(例如，Cu)，以针对用于加速器结构上的不锈钢波纹管和其他专用真空部件。
技术实现思路
[0011]本公开涉及一种径向磁控管系统，用于多维结构的等离子体表面改性和高质量镀
膜沉积。该系统包括轴向电极、设置在轴向电极的一部分上的靶材材料、来自外部电源的被施加电势、以及附接到轴向电极以用于被施加电势的大电流触点。该系统还包括主永磁体组件和磁体基板，该主永磁体组件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种径向磁控管系统，用于多维结构的等离子体表面改性和高质量镀膜沉积，所述径向磁控管包括：轴向电极；靶材材料，所述靶材材料被设置在所述轴向电极的一部分上；来自外部电源的被施加电势；大电流触点，所述大电流触点被附接到所述轴向电极以用于所述被施加电势；主永磁体组件，所述主永磁体组件包括各个磁性材料元件，其被配置为在向所述轴向电极施加所述被施加电势的情况下产生用于生成霍尔效应致密等离子体区域的靶区磁场；磁体基板，所述磁体基板在所述轴向电极内支撑所述主永磁体组件；其中，所述磁体基板被配置为提供用于冷却所述主永磁体组件和所述轴向电极的通道。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：至少一个开槽套管，所述开槽套管保持所述主永磁体组件相对于所述轴向电极的同心定向。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁体基板被配置为允许所述主永磁体组件的旋转。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁体基板被配置为允许所述主永磁体组件的轴向
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纵向位移。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：次级内部永磁体组件，所述次级内部永磁体组件被耦合到所述磁体基板，并被配置为允许来自次级外部磁体组件的被施加运动。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统还包括：隔离支撑件，所述隔离支撑件被配置为将所述主永磁组件与所述次级内部永磁组件电流隔离。7.根据权利要求1所述的系统，还包括端盖，其中所述端盖被配置为可旋转地支撑所述磁体基板。8.根据权利要求1所述的系统，还包括端盖，其中所述端盖被配置为容纳冷却剂回流通道。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轴向电极实质上是中空的圆柱形容器。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主永磁体组件由沿所述轴向电极的外周的离散的各个永磁磁场源之间的间隙分割。11.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统支持所述主永磁体组件的进程内的旋转。12.根据权利要求4所述的系统，其中，所述系统支持所述主永磁体组件的进程内的轴向
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纵向位移。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外部电源还包括场发生电子电路，其被配置为执行：利用施加到所述轴向电极的大电流负直流(DC)脉冲来生成高功率脉冲等离子体磁控管放电，以及在终止负DC脉冲之后，生成提供给所述轴向电极的可配置的持续正电压踢脉冲；并且其中，在所述生成期间，...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：星火工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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