一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备的制作方法

本发明涉及真空电子设备，特别涉及一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备。

背景技术：

1、磁控溅射技术因为具有低温沉积、膜厚容易控制、重复性好等优点，一直广泛的应用于功能涂层制备。然而，当前传统的磁控溅射技术面临着等离子体离化率低的问题，一方面导致沉积粒子能量低，严重影响涂层的致密度和结合力；另一方面导致沉积粒子束流小，严重影响涂层的沉积效率。

2、所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备，包括炉体，所述炉体中设有垂直电场以及与所述垂直电场高度正交的周向闭合磁场和/或水平磁场，所述垂直电场由上下垂直布置的辅助电子源和阳极构成，所述周向闭合磁场由水平面内周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，所述水平磁场由相对布置的两组电磁线圈和/或一组聚焦线圈构成。

3、优选的技术方案为：所述辅助电子源采用灯丝放电组件，所述灯丝放电组件由水冷铜电极夹持直径0.5-3mm的钨丝构成。

4、优选的技术方案为：所述辅助电子源采用弧靶放电组件，所述弧靶放电组件的金属靶材采用ti靶和cr靶中的一种。

5、优选的技术方案为：所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述弧靶放电组件的金属靶靶面前端固设有一悬浮电位的挡板。

6、优选的技术方案为：所述挡板为圆形、多边形、多层错位圆形、多层错位多边形，双层错位多孔圆形或双层错位多孔多边形结构。

7、优选的技术方案为：所述挡板的覆盖面积为所述弧靶放电组件的金属靶截面面积的2-4倍。

8、优选的技术方案为：所述辅助电子源和所述阳极构成垂直于水平面的垂直电场时，所述阳极设于所述辅助电子源的正上方或正下方。

9、优选的技术方案为：所述阳极设于所述辅助电子源的正上方，且所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述挡板构成为开口朝下设置的罩体结构；所述阳极设于所述辅助电子源的正下方，且所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述挡板构成为开口朝上设置的罩体结构。

10、优选的技术方案为：构成所述周向闭合磁场的多组电磁线圈中，相邻两组电磁线圈的极性相反；构成所述水平磁场的两组电磁线圈的极性相反。

11、优选的技术方案为：所述炉体上还设有抽真空口，所述抽真空口通过真空管路和外部真空发生装置连接；所述炉体中还设有用于承载待镀工件的工件转架。

12、由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：

13、本发明提供的一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备，通过设置辅助电子源和阳极构建垂直电场，通过在水平面内设置多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构建周向闭合磁场，或通过设置两组相对布置的电磁线圈和/或设置一组聚焦线圈构建水平磁场，并使得垂直电场与周向闭合磁场和/或水平磁场高度正交；如此，电子在朝阳极运动的过程中，被正交电磁场约束，形成螺旋运动，可增大电子运动轨迹，可提高碰撞几率，提高离化率与离子密度。

技术特征：

1.一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备，包括炉体，其特征在于：所述炉体中设有垂直电场以及与所述垂直电场高度正交的周向闭合磁场和/或水平磁场，所述垂直电场由上下垂直布置的辅助电子源和阳极构成，所述周向闭合磁场由水平面内周向布置的多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，所述水平磁场由相对布置的两组电磁线圈和/或一组聚焦线圈构成。

2.根据权利要求1所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述辅助电子源采用灯丝放电组件，所述灯丝放电组件由水冷铜电极夹持直径0.5-3mm的钨丝构成。

3.根据权利要求1所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述辅助电子源采用弧靶放电组件，所述弧靶放电组件的金属靶材采用ti靶和cr靶中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述弧靶放电组件的金属靶靶面前端固设有一悬浮电位的挡板。

5.根据权利要求4所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述挡板为圆形、多边形、多层错位圆形、多层错位多边形，双层错位多孔圆形或双层错位多孔多边形结构。

6.根据权利要求4所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述挡板的覆盖面积为所述弧靶放电组件的金属靶截面面积的2-4倍。

7.根据权利要求1所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述辅助电子源和所述阳极构成垂直于水平面的垂直电场时，所述阳极设于所述辅助电子源的正上方或正下方。

8.根据权利要求4所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述阳极设于所述辅助电子源的正上方，且所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述挡板构成为开口朝下设置的罩体结构；所述阳极设于所述辅助电子源的正下方，且所述辅助电子源采用弧靶放电组件时，所述挡板构成为开口朝上设置的罩体结构。

9.根据权利要求1所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：构成所述周向闭合磁场的多组电磁线圈中，相邻两组电磁线圈的极性相反；构成所述水平磁场的两组电磁线圈的极性相反。

10.根据权利要求1所述的一种基于热电子放电的高效离子源，其特征在于：所述炉体上还设有抽真空口，所述抽真空口通过真空管路和外部真空发生装置连接；所述炉体中还设有用于承载待镀工件的工件转架。

技术总结
一种基于热电子放电的高离化磁控溅射设备，包括炉体，炉体中设有垂直电场以及与垂直电场高度正交的周向闭合磁场和/或水平磁场，垂直电场由辅助电子源和阳极构成，周向闭合磁场由多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构成，水平磁场由电磁线圈和/或聚焦线圈构成。本申请通过辅助电子源和阳极构建垂直电场，通过多组磁控溅射靶和/或多组电磁线圈构建周向闭合磁场，或通过设置两组相对布置的电磁线圈和/或设置一组聚焦线圈构建水平磁场，并使得垂直电场与周向闭合磁场和/或水平磁场高度正交；如此，电子在朝阳极运动的过程中，被正交电磁场约束，形成螺旋运动，可增大电子运动轨迹，可提高碰撞几率，提高离化率与离子密度。

技术研发人员：郎文昌,刘俊红,徐锋,李多生,刘伟,朱豪威
受保护的技术使用者：苏州艾钛科纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16