專利名稱：一種氣體離子源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空鍍膜技術(shù)，特別是一種加熱真空鍍膜基片用密度均勻的大束流氣體離子源裝置。
背景技術(shù)：
目前在真空鍍膜技術(shù)中，實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)所用待鍍基片一般需要進(jìn)行加熱處理，以獲得某種適合薄膜生長(zhǎng)的工藝要求?，F(xiàn)有基片的加熱方式大多采用電阻加熱，少部分采用激光、頻率偶合、電子束或離子束轟擊等加熱方法。目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的氣體離子源裝置，是靠熱陰極材料被加熱后發(fā)射熱電子流在電場(chǎng)中碰撞充入的氣體分子，以獲得氣體尚化尚子。由于普通的熱電子發(fā)射數(shù)量均在暈 安級(jí)以下，所以得到的氣體離化離子密度也相應(yīng)較小，而且使用的能量離子還要通過(guò)引出電極組引出，故用這種離子源裝置產(chǎn)生的小束流離子束多被用于基片材料的表面清洗或高能離子注入等用途；用于轟擊加熱真空鍍膜基片，僅適用于小樣品，且只能達(dá)到中等溫度的加熱情況。另外，由于該類源裝置的結(jié)構(gòu)性局限，所生成的離子束流密度不均勻，導(dǎo)致被加熱基片上存在明顯的溫度差異，使基片材料的過(guò)溫點(diǎn)區(qū)域性能失效。因此，這種離子源裝置不能滿足大尺寸基片、高溫度加熱要求。由于能量離子的質(zhì)能遠(yuǎn)大于能量電子，只要提高能量離子在基片上的單位時(shí)間轟擊積累量或能量離子的單位時(shí)間撞擊積累量，就會(huì)使基片或基片區(qū)域獲得很高的溫度。如能使能量離子轟擊基片的單位密度均勻性、且單位時(shí)間的累積能量大幅度提高，則采用離子束轟擊獲得基片所在區(qū)域的加熱方式，與目前普遍使用的電阻加熱和電子束轟擊加熱方式相比，具有加熱速度快、均勻性好、可不受熱阻材料限制而獲得很高溫度等明顯優(yōu)勢(shì)。針對(duì)加熱大尺寸基片所用的能量離子流，總體束流密度要在安培級(jí)以上，并且其密度分布必須均勻。眾所周知，采用磁控濺射技術(shù)可以獲得大束流、密度均勻的能量離子。該技術(shù)生成密度均勻的大束流能量離子是靠用于離化氣體的二次電子及陰極表面的正交電磁場(chǎng)來(lái)完成。氣體能量離子對(duì)陰極表面撞擊，產(chǎn)生離化氣體分子用的二次電子，正交電磁場(chǎng)限制二次電子的逃逸和其運(yùn)動(dòng)的不均勻性，使其在陰極表面正交電磁場(chǎng)空間中螺旋運(yùn)動(dòng)，多次碰撞并離化氣體分子，被離化的氣體能量離子繼續(xù)轟擊陰極表面，再產(chǎn)生二次電子，通過(guò)如此正向反饋過(guò)程，使其達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。雖然磁控濺射技術(shù)從原理上可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)獲得均勻分布的大束流能量離子，但仍然不能被用來(lái)加熱大面積基片并獲得高溫。其原因是使能量離子轟擊陰極表面獲得二次電子的另一個(gè)條件是陰極表面溫度必須較低，如果不采取技術(shù)措施將被能量離子轟擊加熱的陰極表面溫度降下來(lái)，陰極材料被加熱到一定程度后，就不能通過(guò)離子轟擊再產(chǎn)生二次電子，這樣維持等離子體繼續(xù)放電的二次電子密度下降，直至不能維持繼續(xù)放電，氣體能量離子的產(chǎn)額也隨之降為零，對(duì)基片區(qū)域的加熱也隨之停止。這就是現(xiàn)有磁空濺射技術(shù)不能直接用于基片高溫加熱的原因。
因此，要利用磁控濺射技術(shù)獲得的大束流、密度均勻的離子轟擊加熱基片，必須解決在大束流能量離子轟擊加熱基片過(guò)程中，使二次電子與能量離子之間的正反饋關(guān)系能夠維持。目前，關(guān)于這方面的技術(shù)和裝置尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種氣體離子源裝置，該裝置能夠持續(xù)生成密度均勻的大束流氣體能量離子，且氣體能量離子的密度可變化，同時(shí)裝置還可做成多種形狀，以滿足不同待加熱工件區(qū)域、不同表面的加熱要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的氣體離子源裝置，包括陽(yáng)極、陰極和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；其特征在于所述陽(yáng)極為由周邊封閉的正面陽(yáng)極和背面陽(yáng)極構(gòu)成的陽(yáng)極腔體，背面陽(yáng)極上有充氣機(jī)構(gòu)；所述陰極為由周邊封閉的正面陰極和背面陰極構(gòu)成的陰極腔體；陰極腔體置于陽(yáng)極腔體中，陰極腔體的背面陰極與陽(yáng)極腔體的背面陽(yáng)極構(gòu)成氣體放電離化室；陰極腔體中置有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生裝置與陰極腔體間的空隙為冷卻介質(zhì)通道，陰極腔 體兩端分別設(shè)有絕緣的冷卻介質(zhì)入口和出口 ；對(duì)應(yīng)被加熱工件，在陰極腔體上有多個(gè)穿越陰極腔體、相互均勻間隔分布的能量離子引出孔道，在陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極上開(kāi)設(shè)有對(duì)應(yīng)該能量離子引出孔道的孔洞，能量離子通過(guò)孔道和孔洞引出，轟擊加熱工件。為適應(yīng)不同工件區(qū)域的氣體離子轟擊加熱需要，所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體可做成以下不同形式結(jié)構(gòu)I、所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為相互平行的方形結(jié)構(gòu)。2、所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外；陰極腔體的正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；被加熱工件置于圓筒的內(nèi)部。3、所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在夕卜，背面陽(yáng)極在內(nèi)；陰極腔體的正面陰極在外，背面陰極在內(nèi)；被加熱工件置于圓筒的外部。4、所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，并由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀的可拆分連接件合并組成；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外；陰極腔體的正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；被加熱工件置于球的空心內(nèi)。5、所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，并由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀的可拆分連接件合并組成，陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在外，背面陽(yáng)極在內(nèi)；陰極腔體的正面陰極在外，背面陰極在內(nèi)；被加熱工件置于球的外部。本發(fā)明氣體離子源裝置的操作使用方法及工作原理是I、將待加熱工件通過(guò)傳送裝置送到氣體離子源裝置設(shè)定的工件加熱區(qū)域，并將工件與電源V2陰極連接。2、將充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，然后給氣體放電離化室充氣至放電氣壓；3、將陽(yáng)極腔體分別與電源Vl和電源V2的陽(yáng)極連接，陰極腔體與電源Vl的陰極連接，通過(guò)電源Vl和V2向陰極腔體和陽(yáng)極腔體通入電壓、電流，同時(shí)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口向冷卻介質(zhì)通道內(nèi)通入冷卻介質(zhì)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置在陰極腔體的外陰極表面形成正交電磁場(chǎng)，通過(guò)電壓Vl形成等離子體放電，氣體放電離化室的氣體被等離子放電過(guò)程所離化，離化產(chǎn)生的氣體能量離子一部分濺射到外陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電(外陰極在冷卻介質(zhì)作用下溫度不會(huì)上升)，另一部分氣體能量離子通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和陽(yáng)極腔體上對(duì)應(yīng)的孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到基片工件區(qū)域，通過(guò)轟擊離子對(duì)基片工件區(qū)域所釋放能量的積累，對(duì)該基片區(qū)域進(jìn)行加熱處理。由于本發(fā)明裝置被加熱基片不作為維持等離子放電的陰極部件，其溫度升高并不影響氣體離子源裝置工作。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明氣體離子源裝置將磁控濺射技術(shù)所能產(chǎn)生的大量氣體離子通過(guò)特有的陽(yáng)極和陰極結(jié)構(gòu)將其一部分用于轟擊陰極產(chǎn)生維持輝光放電的二次電子，另一部分則從離子源裝置中引出，用于轟擊加熱置于離子源外部的被加熱工件；引出的離子束總密度可達(dá)安培級(jí)以上，可滿足大尺寸基片工件區(qū)域的加熱需要，且可在 基片工件區(qū)域獲得很高的溫度。2、本發(fā)明裝置轟擊工件的能量離子的質(zhì)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)能，且分布均勻，故比電子束加熱既快速，又均勻。3、本發(fā)明裝置和被加熱工件均可單獨(dú)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，也可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而可滿足不同工件、不同部位的均勻加熱。4、本發(fā)明裝置可根據(jù)需要通過(guò)調(diào)節(jié)濺射電流密度改變氣體能量離子的密度。5、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修簡(jiǎn)便，操作容易，性能穩(wěn)定。


附圖為本發(fā)明不同實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖I為本發(fā)明下述實(shí)施例I (陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取相互平行的方形結(jié)構(gòu))氣體離子源裝置的橫向剖視圖；圖2為本發(fā)明下述實(shí)施例2 (陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)、被加熱工件置于圓筒內(nèi))氣體離子源裝置的軸向剖視圖；圖3為圖2裝置的徑向截面視圖；圖4為本發(fā)明下述實(shí)施例3(陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)、被加熱工件置于圓筒外)氣體離子源裝置的軸向剖視圖；圖5為圖4裝置的徑向截面視圖；圖6為本發(fā)明下述實(shí)施例4(陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)、被加熱工件置于球的空心內(nèi))氣體離子源裝置沿其中心的截面視圖；圖7為本發(fā)明下述實(shí)施例5 (陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)、被加熱工件置于球的外部)氣體離子源裝置沿其中心的截面視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例I本實(shí)施例氣體離子源裝置，如圖I所示，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體均為相互平行的方形結(jié)構(gòu)，其中陽(yáng)極腔體由兩端相互連接的背面陽(yáng)極1-1和正面陽(yáng)極1-17構(gòu)成，在背面陽(yáng)極1-1上安裝充氣機(jī)構(gòu)1-3和陽(yáng)極接線端子1-10 ;陰極腔體由兩端相互連接的背面陰極1-2和正面陰極1-12構(gòu)成，其平行安裝在陽(yáng)極腔體中，正面陰極與正面陽(yáng)極之間僅保持屏蔽距離，在背面陰極的兩端各置有一端部陽(yáng)極屏蔽層1-9，用以保證背面陰極端部不產(chǎn)生等離子體濺射，陰極腔體的背面陰極1-2與陽(yáng)極腔體的背面陽(yáng)極1-1形成氣體放電離化室1-5 ;磁場(chǎng)發(fā)生裝置1-8安裝在陰極腔體內(nèi)，與陰極腔體之間的空隙作為冷卻介質(zhì)通道1-16，陰極腔體的一端設(shè)有冷卻介質(zhì)入口 1-18，另一端設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 1-19，冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)出入口與裝置外部的冷卻機(jī)構(gòu)絕電連通；在陰極腔體上沿垂直方向開(kāi)設(shè)均布的圓形能量離子引出孔道1-7 ;對(duì)應(yīng)陰極腔體上的能量離子引出孔道的孔位，在陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極上開(kāi)設(shè)圓形孔洞1-15，被加熱工件1-13置于正面陽(yáng)極孔洞的對(duì)側(cè)，陰極腔體的一端有陰極接線端子1-11。
本實(shí)施例氣體離子源裝置適用于平面工件的加熱，使用時(shí)，將待加熱工件置于正面陽(yáng)極孔洞的對(duì)側(cè)，將背面陽(yáng)極上的充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，向氣體放電離化室內(nèi)充氣至放電氣壓，將電源V1、V2的陽(yáng)極與陽(yáng)極接線端子相接；電源V1、V2的陰極分別與陰極接線端子和工件相接，同時(shí)將冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口通入冷卻介質(zhì)通道內(nèi)，背面陽(yáng)極和背面陰極在直流電場(chǎng)Vl作用下產(chǎn)生輝光放電，使充入氣體放電離化室的氣體被等離子放電離化，磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電壓Vl在背面陰極表面形成正交電磁場(chǎng)1-6，離化產(chǎn)生的氣體能量離子1-4 一部分濺射到背面陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電，另一部分1-14通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和正面陽(yáng)極上對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到基片工件的表面，通過(guò)轟擊離子對(duì)基片工件所釋放能量的積累，進(jìn)行對(duì)該基片區(qū)域的加熱處理。實(shí)施例2本實(shí)施例氣體離子源裝置，如圖2和圖3所示，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體采取同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)，被加熱工件2-13置于圓筒的內(nèi)部。陽(yáng)極腔體由圓筒形背面陽(yáng)極2-1和圓筒形正面陽(yáng)極2-17兩端封閉構(gòu)成，正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外；陰極腔體由圓筒形背面陰極2-2和圓筒形正面陰極2-12兩端封閉構(gòu)成，正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；陰極腔體置于陽(yáng)極腔體中，正面陰極與正面陽(yáng)極之間僅保持屏蔽距離，背面陰極的兩端各有一陽(yáng)極屏蔽筒2-9插入其上，以保證背面陰極端部不產(chǎn)生等離子體濺射，背面陰極與背面陽(yáng)極之間形成氣體放電離化室2-5，在背面陽(yáng)極板上安裝充氣機(jī)構(gòu)2-3和陽(yáng)極接線端子2-10 ;磁場(chǎng)發(fā)生裝置2-8位于正面陰極和背面陰極之間，陰極腔體與磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間的空隙為冷卻介質(zhì)通道2-16，冷卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)入口 2-18和冷卻介質(zhì)出口 2-19通過(guò)絕緣管道與裝置外部連通；在圓筒形陰極腔體上沿徑向有均勻間隔分布的能量離子引出孔道2-7，在正面陽(yáng)極上有與其對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞2-15，陰極腔體的一端有陰極接線端子2-11。本實(shí)施例氣體離子源裝置適用于柱形工件的外表面加熱，使用時(shí)，將待加熱工件置于圓筒軸向中心部位，將背面陽(yáng)極上的充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，向氣體放電離化室內(nèi)充氣至放電氣壓，將電源VI、V2的陽(yáng)極與陽(yáng)極接線端子2-10相接，電源VI、V2的陰極分別與陰極接線端子和工件相接，同時(shí)將冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口通入冷卻介質(zhì)通道內(nèi)，背面陽(yáng)極和背面陰極在直流電場(chǎng)Vl作用下產(chǎn)生輝光放電，使充入氣體放電離化室的氣體被等離子放電離化，磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電壓Vl在背面陰極表面形成正交電磁場(chǎng)2-6，離化產(chǎn)生的能量氣體離子2-4 —部分濺射到背面陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電，另一部分能量氣體離子2-14通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和正面陽(yáng)極腔體上對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到工件四周的各個(gè)表面，通過(guò)轟擊離子對(duì)工件所釋放能量的積累，進(jìn)行對(duì)該基片區(qū)域的加熱處理。實(shí)施例3本實(shí)施例氣體離子源裝置，如圖4和圖5所示，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體與實(shí)施例2相同，也是采取同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例2不同之處是構(gòu)成陽(yáng)極腔體的圓筒形正面陽(yáng)極3-1在外，背面陽(yáng)極3-17在內(nèi)；構(gòu)成陰極腔體的圓筒形正面陰極3-2在外，背面陰極3-12在內(nèi)；被加熱工件3-13置于圓筒的外部。該裝置的陰極腔體置于陽(yáng)極腔體中，背面陰極與背面陽(yáng)極之間僅保持屏蔽距離，背面陰極的兩端各有一個(gè)陽(yáng)極屏蔽筒3-9插入其上，以保證背面陰極端部不產(chǎn)生等離子體濺射，背面陰極與背面陽(yáng)極之間形成氣體氣體放電離化室3-5，在陽(yáng)極腔體的一端，對(duì)應(yīng)氣體放電離化室安裝有充氣機(jī)構(gòu)3-3 ;磁場(chǎng)發(fā)生裝置3-8位于正面陰極和背面陰極之間，陰極和磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間的空隙為冷卻介質(zhì)通道3-16，冷 卻介質(zhì)通道的冷卻介質(zhì)入口 3-18和冷卻介質(zhì)出口 3-19通過(guò)絕緣管道與裝置外部連通；在圓筒形陰極腔體上沿徑向有均勻間隔分布的能量離子引出孔道3-7，在正面陽(yáng)極上有與其對(duì)應(yīng)的孔洞3-15，陰極腔體的一端有陰極接線端子3-11。本實(shí)施例氣體離子源裝置適用于柱形工件的內(nèi)表面加熱，使用時(shí)，將待加熱工件置于圓筒的外部，將充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，向氣體放電離化室內(nèi)充氣至放電氣壓，將電源VI、V2陽(yáng)極與陽(yáng)極接線端子3-10相接，電源VI、V2陰極分別與陰極接線端子和被加熱工件相接；同時(shí)將冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口通入冷卻介質(zhì)通道內(nèi)，背面陽(yáng)極和背面陰極在直流電場(chǎng)Vl作用下產(chǎn)生輝光放電，使充入氣體放電離化室的氣體被等離子放電離化，磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電壓Vl在正面陰極表面形成正交電磁場(chǎng)3-6，離化產(chǎn)生的能量氣體離子3-4 —部分濺射到正面陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電，另一部分能量氣體離子
3-14通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和正面陽(yáng)極與其對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到工件的內(nèi)表面，通過(guò)轟擊離子對(duì)工件所釋放能量的積累，進(jìn)行對(duì)該基片區(qū)域的加熱處理。實(shí)施例4本實(shí)施例氣體離子源裝置，如圖6所示，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體均采取同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀的可拆分連接件4-20將其合并為一個(gè)空心球結(jié)構(gòu)，陰極腔體同心安裝在陽(yáng)極腔體中，被加熱工件4-13置于球的空心內(nèi)。陽(yáng)極腔體總體由相互連接的球形背面陽(yáng)極4-1和球形正面陽(yáng)極4-17構(gòu)成，正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外，在背面陽(yáng)極上安裝充氣機(jī)構(gòu)4-3和陽(yáng)極接線端子4-10 ;陰極腔體由相互連接的背面陰極4-2和正面陰極4-12構(gòu)成，正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；陰極腔體的背面陰極與陽(yáng)極腔體的背面陽(yáng)極形成氣體放電離化室4-5 ;磁場(chǎng)發(fā)生裝置4-8安裝在陰極腔體內(nèi)，與陰極腔體之間的空隙作為冷卻介質(zhì)通道4-16，陰極腔體的一端設(shè)有冷卻介質(zhì)入口(圖中未顯示)，對(duì)應(yīng)端設(shè)有冷卻介質(zhì)出口(圖中未顯示)，冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)出入口與裝置外部的冷卻機(jī)構(gòu)絕電連通；在陰極腔體上開(kāi)設(shè)均布的空間放射狀能量離子引出孔道4-7 ;對(duì)應(yīng)陰極腔體上的能量離子引出孔道，在陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極上開(kāi)設(shè)孔位對(duì)應(yīng)的圓形孔洞4-15。本實(shí)施例氣體離子源裝置適用于加熱各種異形工件的外表面區(qū)域或在該區(qū)域獲得超高溫的加熱性質(zhì)；使用時(shí)將加熱工件置于裝置的內(nèi)部，將充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，向氣體放電離化室內(nèi)充氣至放電氣壓，將電源Vl、V2的陽(yáng)極與陽(yáng)極接線端子相接，電源Vl、V2的陰極分別與陰極接線端子4-11和工件相接，同時(shí)將冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口通入冷卻介質(zhì)通道內(nèi)，背面陽(yáng)極和背面陰極在直流電場(chǎng)Vl作用下產(chǎn)生輝光放電，使充入氣體放電離化室的氣體被等離子放電離化，磁場(chǎng)發(fā)生裝置和電壓Vl在背面陰極表面形成正交電磁場(chǎng)4-6，離化產(chǎn)生的能量氣體離子4-4的一部分濺射到背面陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電，另一部分4-14通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和正面陽(yáng)極上對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到基片工件的表面，通過(guò)轟擊離子對(duì)基片工件所釋放能量的積累，進(jìn)行對(duì)該基片區(qū)域的加熱處理。實(shí)施例5本實(shí)施例氣體離子源裝置，如圖7所示，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體與實(shí)施例4相同，其陽(yáng)極腔體和陰極腔體均采取同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀 的可拆分連接件5-20將其合并為一個(gè)空心球結(jié)構(gòu)，陰極腔體同心安裝在陽(yáng)極腔體中。與實(shí)施例4不同之處在于陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極5-1在外，背面陽(yáng)極5-17在內(nèi)；陰極腔體的正面陰極5-2在外，背面陰極5-12在內(nèi)，被加熱工件5-13置于球體的外部。充氣機(jī)構(gòu)5_3和陽(yáng)極接線端子5-10安裝在背面陽(yáng)極上；陰極腔體的背面陰極與陽(yáng)極腔體的背面陽(yáng)極形成氣體放電離化室5-5 ;磁場(chǎng)發(fā)生裝置5-8安裝在陰極腔體內(nèi)，與陰極腔體之間的空隙作為冷卻介質(zhì)通道5-16，陰極腔體的一端設(shè)有冷卻介質(zhì)入口(圖中未顯示)，對(duì)應(yīng)端設(shè)有冷卻介質(zhì)出口(圖中未顯示)，冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)出入口與裝置外部的冷卻機(jī)構(gòu)絕電連通；在陰極腔體上開(kāi)設(shè)均布的空間放射狀能量離子引出孔道5-7 ;對(duì)應(yīng)陰極腔體上的能量離子引出孔道，在陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極上開(kāi)設(shè)孔位對(duì)應(yīng)的圓形孔洞5-15。本實(shí)施例氣體離子源裝置適用于加熱各種異形工件的內(nèi)表面區(qū)域；使用時(shí)將加熱工件置于裝置的外部，將充氣機(jī)構(gòu)與外部氣源連通，向氣體放電離化室內(nèi)充氣至放電氣壓，將電源V1、V2的陽(yáng)極與陽(yáng)極接線端子相接，電源V1、V2的陰極分別與陰極接線端子5-11和工件相接，同時(shí)將冷卻介質(zhì)通過(guò)冷卻介質(zhì)入口和出口通入冷卻介質(zhì)通道內(nèi)，背面陽(yáng)極和背面陰極在直流電場(chǎng)Vl作用下產(chǎn)生輝光放電，使充入氣體放電離化室的氣體被等離子放電離化，磁場(chǎng)發(fā)生裝置和Vl電壓在背面陰極表面形成正交電磁場(chǎng)5-6，離化產(chǎn)生的能量氣體離子5-4的一部分濺射到背面陰極的表面，維持等離子體持續(xù)放電，另一部分能量氣體離子5-14通過(guò)陰極腔體上的能量離子引出孔道和正面陽(yáng)極上對(duì)應(yīng)的能量離子引出孔洞，在陽(yáng)極與陰極之間的電場(chǎng)Vl和陽(yáng)極與基片工件之間的電場(chǎng)V2的共同作用下，直接轟擊到基片工件的表面，通過(guò)轟擊離子對(duì)基片工件所釋放能量的積累，進(jìn)行對(duì)該基片區(qū)域的加熱處理。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明氣體離子源裝置，其形狀不限于以上實(shí)施例；其應(yīng)用范圍也不只限于真空鍍膜基片加熱使用，也可作為某些氣體、液體或其它物質(zhì)高溫加熱用離子源裝置。凡是根據(jù)本發(fā)明的原理和技術(shù)構(gòu)思制做除以上實(shí)施例以外的其它形狀的氣體離子源裝置和將本發(fā)明氣體離子源裝置作為除鍍膜基片加熱以外的其它用途均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣體離子源裝置，包括陽(yáng)極、陰極和磁場(chǎng)發(fā)生裝置；其特征在于所述陽(yáng)極為由周邊封閉的正面陽(yáng)極和背面陽(yáng)極構(gòu)成的陽(yáng)極腔體，背面陽(yáng)極上有充氣機(jī)構(gòu)；所述陰極為由周邊封閉的正面陰極和背面陰極構(gòu)成的陰極腔體；陰極腔體置于陽(yáng)極腔體中，陰極腔體的背面陰極與陽(yáng)極腔體的背面陽(yáng)極構(gòu)成氣體放電離化室；陰極腔體中置有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生裝置與陰極腔體間的空隙為冷卻介質(zhì)通道，陰極腔體兩端分別設(shè)有絕緣的冷卻介質(zhì)入口和出ロ ；對(duì)應(yīng)被加熱エ件，在陰極腔體上有多個(gè)穿越陰極腔體、相互均勻間隔分布的能量離子引出孔道，在陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極上開(kāi)設(shè)有對(duì)應(yīng)該能量離子引出孔道的孔洞，能量離子通過(guò)孔道和孔洞引出，轟擊加熱エ件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體離子源裝置，其特征在于所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為相互平行的方形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體離子源裝置，其特征在于所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外；陰極腔體的正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；被加熱エ件置于圓筒的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體離子源裝置，其特征在于所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同軸分布的圓筒形結(jié)構(gòu)；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在外，背面陽(yáng)極在內(nèi)；陰極腔體的正面陰極在外，背面陰極在內(nèi)；被加熱エ件置于圓筒的外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體離子源裝置，其特征在于所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，并由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀的可拆分連接件合并組成；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在內(nèi)，背面陽(yáng)極在外；陰極腔體的正面陰極在內(nèi)，背面陰極在外；被加熱エ件置于球的空心內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體離子源裝置，其特征在于所述陽(yáng)極腔體和陰極腔體為同心分布的空心球形結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)半空心球體通過(guò)點(diǎn)或線狀的可拆分連接件合并組成；陽(yáng)極腔體的正面陽(yáng)極在外，背面陽(yáng)極在內(nèi)；陰極腔體的正面陰極在外，背面陰極在內(nèi)；被加熱エ件置于球的外部。
全文摘要
一種氣體離子源裝置，其陽(yáng)極由封閉的正面陽(yáng)極和背面陽(yáng)極構(gòu)成陽(yáng)極腔體，陰極由封閉的正面陰極和背面陰極構(gòu)成陰極腔體；陰極腔體置于陽(yáng)極腔體中，背面陰極與背面陽(yáng)極構(gòu)成氣體放電離化室；陰極腔體中置有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生裝置與陰極腔體間空隙為冷卻介質(zhì)通道；在陰極腔體上有對(duì)應(yīng)被加熱工件的能量離子引出孔道，正面陽(yáng)極上有對(duì)應(yīng)孔道的孔洞。該裝置將磁控濺射產(chǎn)生的氣體離子一部分用于轟擊陰極產(chǎn)生維持輝光放電的二次電子，另一部分通過(guò)孔道和孔洞引出轟擊加熱置于離子源外部的工件；離子束總密度可達(dá)安培級(jí)，可滿足大尺寸基片工件高溫加熱需要；裝置和被加熱工件可移動(dòng)，使工件不同部位加熱均勻；能量離子密度可根據(jù)需要通過(guò)調(diào)節(jié)濺射電流密度改變。
文檔編號(hào)C23C14/34GK102796987SQ20121029932
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者王曉光 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)華迅真空科技有限公司