双向过滤电弧等离子体源的制作方法

专利名称：双向过滤电弧等离子体源的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于在基板上沉积涂层的汽相沉积设备以及用于在基板上沉积涂层的方法。更具体而言，本发明涉及一种阴极电弧沉积设备及其使用方法。
背景技术：
阴极电弧蒸发在过去20年中在沉积金属涂层、金属合金和混合物涂层以及碳涂层方面得到广泛的商业应用。阴极电弧放电同样可以用作等离子体源，用于诸如注入、溅射刻蚀、反应刻蚀以及扩散的离子处理操作。理想材料(或其前体)的阴极被大电流蒸发，低压电弧等离子体在被抽空成压力通常低于0.001毫巴的真空室中放电。典型的电弧电流范围在25到1000安培之间，且电压在15到50伏特之间。可以通过在沉积期间引入一种或多种反应气体来形成混合物，例如金属氮化物、碳化物以及氧化物。
阴极电弧蒸发的不良副作用是产生阴极材料的熔滴，通过电弧喷射的反作用将所述熔滴从阴极喷射出来。这些熔滴通常被称为大粒子，并且直径范围从亚微米到几十微米或更多。当大粒子落在基板上时可以嵌入涂层，或者可以粘着并在稍后掉落，在任何一种情况下都会引起表面缺陷。
用于减少到达基板的大粒子数量的策略大体分成两类。第一类策略是在目标表面应用磁场以便加速电弧并且由此减少大粒子的产生。第二类策略是在阴极和基板间插入一个过滤器或类似结构。所述过滤器允许传输至少一部分的离子化蒸汽同时阻挡至少一些熔滴。第一类策略(即，磁场的使用)通常更易于实现但却不能彻底消除大粒子的产生。第二类策略(即，过滤)通常在减少涂层的大粒子污染方面更为有效，但是需要更为复杂的设备且在以往由于传输损失而使离子输出明显减少。
过滤的电弧源在科技和专利文献中已有描述。例如，Aksenov等人的出版物(“Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-opticssystem”，Soviet Journal of Plasma Physics，4(4)，1978)是对四分之一环形等离子体管道的应用最早进行描述的出版物之一，所述管道结合电磁线圈在管道中产生螺线管磁场。
虽然环状过滤电弧等离子体源最为常见，但是矩形过滤电弧等离子体源尤其适合于大基板的涂层或离子处理，滚轧成形的板材以及位于直线传送带或圆形转盘(carousel)上的大量的较小基板。
希望提供一种离子输出电流远远大于现有等离子体源的改进过滤电弧等离子体源。同样，希望提供一种使用过滤电弧等离子体源的方法，其与现有方法相比可以获得改进的沉积。因此，有利的是提供一种能够提供这些或其他有利特征中任何一个或多个的系统和/或方法，通过阅读本公开内容上述有利特征将变得显而易见。

发明内容
本发明的示例性实施例涉及一种产生等离子体的设备。该设备包括具有配置成发射包括等离子体和大粒子的材料的可蒸发表面的阴极以及配置成引导等离子体的反向引导的输出孔。该设备还包括配置成将至少一些等离子体传输到输出孔同时阻止至少一些大粒子的传输的过滤器。该过滤器包括至少一个通常设置成面向至少一部分的可蒸发表面且与其平行的偏转电极。该设备还包括第一元件和第二元件，其中所述第一元件用于在阴极与所述至少一个偏转电极之间产生具有第一极性的第一磁场分量，所述第二元件用于在阴极的可蒸发表面产生具有与第一极性相反的第二极性的第二磁场分量，使得在可蒸发表面和所述至少一个偏转电极间产生低场区域。
本发明的另一示例性实施例涉及一种用于产生等离子体的设备，该设备包括配置成发射等离子体和大粒子的阴极以及配置成传输至少一部分等离子体同时阻止至少一部分大粒子传输的过滤器。该过滤器包括至少一个偏转电极。该设备还包括用于在阴极与所述至少一个偏转电极之间产生具有第一极性的第一磁场分量的装置以及用于产生紧邻阴极的具有与第一极性相反的第二极性的第二磁场分量的装置。
本发明的另一示例性实施例涉及一种用于产生等离子体的方法，所述等离子体包括阴极材料的离子化蒸汽。该方法包括提供包括平行的偏转电极和阴极侧面屏蔽板(shield)的过滤器，并且提供配置成在过滤器内喷射等离子体和大粒子的阴极。该方法还包括在偏转电极之间产生主要磁场分量，该主要磁场分量与偏转电极和阴极的可蒸发表面平行。主要磁场试图增加从可蒸发表面发射到偏转电极外部区域的等离子体的传输。该方法还包括产生紧邻阴极的可蒸发表面的次要磁场分量，该次要磁场分量具有与主要磁场分量相反的极性，使得在可蒸发表面和每一侧的相邻偏转电极之间产生低场区域。


图1是现有技术的过滤电弧等离子体源的示意图，其示出电弧、偏转器偏置以及磁体电源连接；图2是图1所示的过滤电弧等离子体源的示意截面图，其示出磁通线和大粒子轨迹；图3是根据示例性实施例的过滤电弧等离子体源的截面图，其示出磁通线；图4是根据示例性实施例的线状阴极和次要磁装置的示意图；
图5a和5b分别是对于铬和石墨阴极，离子电流输出相对于主要和次要电磁线圈电流的等高线图；图6是根据示例性实施例的安装在旋转基板转盘中央中的双向过滤电弧源的示意图。
具体实施例方式
根据示例性实施例，提供一种双向过滤电弧等离子体系统(即，包括在两个相反方向上提供等离子体输出的源)，用于形成涂层或执行基板或物品的离子处理。这种系统的应用试图允许增加射出等离子体的分布区域并且还可以导致的基板容量的增加。
应该指出的是这里所使用的术语“基板”和“物品”是指希望为其提供涂层或对其进行离子处理的任何零件、结构或产品。这种产品的例子包括但不必限于管道部件(例如龙头、把手、喷嘴、水槽、排污管法兰、截止阀、导管、浴盆排水管等)、家用五金器件(例如门把手、铰链、抽屉/橱柜拉手等)、浴室用五金器件(毛巾杆、安全扶手棍等)、门窗(例如浴室门等)、汽车产品(例如汽车装饰部件、徽章、轮罩等)、刀、医疗器械、餐具、娱乐产品、体育用品(例如高尔夫球杆、冰鞋等)、室内或室外照明产品(例如灯、灯架等)、全天候信息标志以及任何其他各种产品或物品。
图1是矩形过滤电弧等离子体源的示意图，在Welty申请的名为“Rectangular Filtered Arc Plasma Source”的美国专利5,997,705(以下称为“专利‘705”)中对此有更详细的描述，以引用方式将该专利的全部公开内容并入在本文中。
设置阴极1，其包括包裹外表面的可蒸发表面，其由长侧面2、端面3以及它们的相对面组成。在操作过程中，电弧斑点以连续的“跑道”形路线和一定的速度围绕外表面旋转，所述速度由阴极材料和平行于阴极表面的磁场分量的强度确定。等离子体在近似垂直于外表面(可蒸发表面)的所有四面的方向上从阴极发射出来。对于长阴极而言，大部分等离子体在垂直于阴极长侧面的两个相反的方向上被发射出来。
通过包括阴极侧面屏蔽板和偏转电极的过滤设备来防止从可蒸发表面喷射出来的大粒子到达基板。沿两边设置阴极侧面屏蔽板4使其垂直于可蒸发表面，并且使其从可蒸发表面周围向外凸出距离“d”。电弧电源5的负极端连接到阴极1且其正极端连接到侧面屏蔽板4(其也作为阳极)。
放电的阳极可以包括真空室内的电绝缘结构或包括一个或多个与(金属)真空室或系统地电接地的结构。阳极必须与等离子体电接触(也就是被足够数量的等离子体粒子撞击以便支持放电)并且优选是至少一些平行于偏转电极磁通线从其通过的表面。如图2所示，其是图1所示的过滤电弧源的截面图，所述阳极包括侧面屏蔽板4，其连接到电弧电源的正输出，并且还可以优选连接到系统地。
如图1所示，将侧面偏转电极6设置成平行于阴极1的侧面且面向可蒸发表面。同样可以将端面偏转电极7设置成平行于阴极的端面以减少末端损失。将电磁线圈8设置在偏转电极6和7的外侧周围且连接到线圈电源9。使线圈对准从而使所产生的螺线管磁场基本上平行于可蒸发表面的所有四个面以及偏转电极。可以操作所述设备使得以任一极性提供线圈电流，并由此提供磁场。
偏转电极6和7可以连接到偏转偏置电源15的正输出，其负输出连接到阳极(侧面屏蔽板阳极4)。箭头10表示当等离子体流近似垂直于可蒸发表面发射出来时其的大致方向(即角度分布随角度远离表面法线增加而减小)。箭头11和12表示等离子体在被偏转电极6改变方向时所分成的方向相反的等离子流。等离子体流11和12通过相对面向的输出孔13和14脱离所述源。
偏转电极6和7具有选定的宽度并且安装在与可蒸发表面相距选定的距离处。偏转电极用于偏转垂直于可蒸发表面发射出来的等离子体流并使其重新定向，为与电极和可蒸发表面平行的两个相反的方向。偏转电极还用于阻挡以相对于可蒸发表面的大角度喷射出来的大粒子。选择偏转电极的宽度和它们与可蒸发表面的距离以及侧面屏蔽板从可蒸发表面向外凸出的距离使得视线无法从可蒸发表面到达基板。在这种情况下，从可蒸发表面上的任意一点喷射出来并沿任一方向朝基板运动的大粒子将会被阴极侧面屏蔽板或偏转电极所阻挡。
可以将折流板17设置成垂直于电极6以减少大粒子朝向输出孔13和14的反弹。箭头15表示以角度α从可蒸发表面2发射出来的大粒子30的轨迹。以小于α的角度发射的大粒子将被侧面屏蔽板4阻挡，同时那些以大于α角发射的大粒子发射被偏转电极6阻档。
如图2所示，将电磁线圈19和20设置在偏转电极6的外侧周围。由线圈19和20中的电流产生的磁通线21基本上平行于可蒸发表面的表面2以及偏转电极6和7。根据示例性实施例，使用计算机模拟选择线圈19和20的形状和位置以便为所示的特殊电极几何形状提供期望的磁场形状。通过商用有限元磁分析程序(例如，位于宾西法尼亚州匹兹堡市的Ansoft Corporation的以“Maxwell”命名的商用有限元磁分析程序)产生如图2和3所示的磁通线。由于线圈19和20具有1000安培/cm2的电流密度且具有如相对于电极(与实际比例无关)所示的相对尺寸，可蒸发表面2的相邻区域中的场强大约为25高斯。
关于针对图1所示和所述的设备需要注意的是，为了实现等离子体的高效偏转且由此实现更高的源输出，希望在偏转电极附近具有强磁场。由于主要磁装置产生的主要磁场分量在偏转电极和阴极之间的区域中基本上一致，于是在阴极表面也存在强磁场。尽管需要阴极表面处的弱磁场以促使电弧斑点围绕阴极的外表面旋转，但是平行于阴极表面的强磁场会阻碍等离子体离开阴极表面的流动并因此趋向于减少源输出。因此，无法平衡磁场强度对偏转效率和离开阴极的等离子体传输的竞争影响。
根据例如在图3中示出的示例性实施例，与图1和图2所示的实施例相反，不是使用单个电磁线圈8来提供磁场源，而是使用两个元件或部件(例如主要磁装置和次要磁装置)在偏转电极之间和邻近目标表面的区域中产生磁场。
所述磁场既用于促使电弧放电斑点围绕阴极的可蒸发表面(外表面)连续地旋转，又如下所述用于增加偏转电极的效率。主要磁装置用于在偏转电极之间的区域中和遍及阴极空间产生基本为螺线管形的主要磁场分量，如在专利‘705中所给出的启示以及图1和图2所示。
次要磁装置用于产生集中在阴极表面附近的极性与主要磁场分量相反的次要磁场分量，从而减少在阴极表面附近区域中的总场强(主要和次要分量之和)。根据示例性实施例，次要磁装置优选位于阴极附近，从而使阴极表面附近的次要场分量强度大于偏转电极附近的次要场分量强度。
通过控制主要和次要场分量的相对强度，根据示例性实施例可以在偏转电极附近获得强场的同时在阴极表面附近获得弱场，从而使等离子体离开阴极表面传输的效率以及其在偏转电极处变向的效率最大化。在阴极表面的前方产生低场磁区域，通过其将从阴极发射的等离子体磁力导向偏转电极。
利用垂直于电极表面的电场实现通过偏转电极来使等离子体改变方向。电场的极性排斥来自电极的正离子(即对于靠近电极的离子电势变得越来越正)。在电绝缘偏转电极处，由于来自碰撞的等离子体的离子和电子的到达速度不同而自发地逐渐形成电场。平行于电极表面的磁场所致的电子到达速度的下降明显大于其所致的离子到达速度的下降(由于电子质量小得多)，导致电极电势越来越正且因此在排斥离子方面更有效。通过利用附加电源向每一个偏转电极的至少一部分施加正偏置电压(相对于阳极)可以进一步增加偏转电极的效率。
图3是本发明的示例性实施例的截面图，其中阴极101具有可蒸发表面102，将其设置在偏转电极106和107之间以及次要电磁线圈141和142之间。将主要电磁线圈119设置在偏转电极106和107的外侧周围。通过计算机模拟选择线圈119的线匝的形状和位置以便提供基本一致的平行于可蒸发表面的表面102和偏转电极106和107的主要场分量。在主要线圈119中的电流为400安培时，偏转电极106和107之间的主要磁场分量的磁通密度(“强度”)大约为150高斯。次要线圈141和142各自具有500匝的铜线，其缠绕在磁能透过的极片上，并且与环氧树脂灌装在水冷的铜外壳145中，该铜外壳还用作阳极表面(145a)和限定α角(例如参见图2)的阴极侧面屏蔽板表面(145b)，在所述α角之下阻挡大粒子。
图3所示的磁通线161表示由400安培的主要线圈电流和9安培的次要线圈电流产生的主要和次要磁场分量之和。在阴极表面的前方产生低场区域160，通过其从阴极101发射出来的等离子体导向偏转电极106和107。通过控制主要和次要场分量的相对强度，可以在偏转电极106和107附近获得相对强的场并且在阴极表面附近获得相对弱的场，从而使等离子体离开阴极表面传输的效率以及其在偏转电极处变向的效率最大化。
图4是根据示例性实施例的线状阴极和次要磁装置的示意图，其中阴极101具有由表面102和103及其相应的相对面组成的可蒸发表面，将该阴极设置在阴极侧面屏蔽板104之间，所有阴极侧面屏蔽板设置在次要电磁线圈141和142之间。线圈缠绕在磁能透过的极片143上。
图5a和5b示出当流过主要和次要电磁线圈的电流变化时来自所述源的平均离子输出电流，并且还示出所述电弧斑点围绕阴极环行或“旋转”的速度。用于零次要线圈电流的值对应于专利‘705所述的源的值，其仅包括一个主要电磁线圈。当次要线圈电流增大时，阴极表面处的磁场变弱，导致离子输出电流增大以及电弧旋转速度减小。当电弧旋转速度接近零(即，阴极表面处的主要磁场分量几乎被次要场分量全部抵消，因此减小了驱动电弧斑点旋转的力)时，离子输出电流达到最大值。在阴极表面的前方产生低场区域160，通过其从阴极发射出来的等离子体被磁力导向所述偏转电极，在所述偏转电极处遇到平行于偏转电极106和107的强磁通线161。在次要线圈电流的值甚至更高时，电弧旋转完全减慢直至停止和反向，由旋转速度的负值来表示反向。
在碳的情况下，如图5b所示，电弧旋转速度非常低-特别是对于使输出电流最大化的大次要线圈电流。在这种情况下，难以将厚度均匀的涂层沉积到大基板面积上。根据示例性实施例，通过将基板安装在以相对高速围绕电弧源旋转的圆柱形转盘内，可以在大于一平方米(m2)的面积上以相对较高的沉积速度获得非晶金刚石(四面结合的非晶碳)的均匀涂层，根据示例性实施例如图6所示。
在图6中，阴极201设置在偏转电极206和207之间以及次要电磁线圈241和242之间。没有示出主要磁装置和阴极冷却装置。阴极侧面屏蔽板204在所有侧上向外凸出超出可蒸发表面一定的距离，该距离是结合偏转电极206和207的宽度选定的，以防止从可蒸发表面喷射出来的大粒子到达安装在旋转的圆柱形转盘250的内表面上的基板251。
图6中的转盘250的旋转速度应该足够快以至于在电弧运动的每一个小的增量期间完成旋转一周。因此，环绕圆柱体的圆周沉积速度平均起来是恒定的，而当电弧围绕阴极外表面旋转时，等离子体喷射器(plasma jet)沿转盘长度上下扫描。例如，当电弧以1rpm围绕50厘米长的阴极旋转时，对于电弧沿阴极的每1厘米运动基板转盘旋转一周需要大约100rpm的转盘旋转速度。
参考所有附图，阴极、阳极和过滤设备的安装和冷却可以通过任何适当的方法来完成。由于冷却和电源连接以及机械支持而对等离子流动造成的一些阻碍在所难免；然而，可以优选地在阴极的端面形成所述连接，使侧面沿其整个长度方向没有障碍。阴极具有矩形棒的常规形状，但是为了方便操作和维护可以包括多个段或可替换元件。可以通过公知的装置，例如绝缘体、屏蔽板、导电环或导磁环(permeablering)，来防止电弧横向移离可蒸发表面的边缘。
那些查阅过本公开的人将意识到这里关于图3-6所公开的各个示例性实施例与在常规过滤电弧系统中使用的设备相比包括各种有利的特征。例如，根据示例性实施例，如这里所公开的过滤电弧源包括双向输出分配，利用线状磁电管阴极，并且包括偏转电极、基板安装面积以及永久磁铁设置的独特安排。
这里公开的一个特别有利的特征是利用次要磁装置在阴极表面区域中控制磁场。以这种方式，可以产生任意所需长度的紧凑和高效的矩形等离子体源。例如，双向输出非常适合于旋转的基板阵列内部的或者载有基板的两个直线传送带之间的中心源。
主要和次要磁装置可以包括电磁体、永磁体或两者的结合。如图1所示的简单的缠绕在偏转电极和阴极的外部的螺线管线圈可以提供适当的主要场分量。可以使用两个或多个更小的螺线管以便使磁场成形或便于制造和安装(如图2所示)。根据另一个示例性实施例，可以通过永磁体(例如，如在专利‘705中所公开的永磁体)产生主要场。电磁体的优点是磁场强度相对容易改变，但是其缺点是尺寸和重量较大，成本相对较高以及需要冷却以防止操作过程中的热积累。永磁体的优点是尺寸较小和成本较低，以及不需要冷却或电源，但是其缺点是只能通过更换磁体改变磁场强度。
可以选择磁场强度和偏转电极的偏置电压以对蒸发的特殊材料(原子重量和平均电荷状态)进行等离子体传输优化。100-1000高斯范围内的磁场强度和5-50伏特范围内的电极偏置电压适合于各种材料，尽管根据其他示例性实施例可以使用更高和更低的场强和电压。偏转电极的宽度和间距以及侧面屏蔽板凸出的距离可以在视线要求所施加的限制内变化。较短的侧面屏蔽板凸出距离需要较宽的偏转电极，反之亦然。需要较短的侧面屏蔽板以使逃脱阴极区域的等离子体的量最大化并且使涂层在侧面屏蔽板上的积累最小化。然而，较宽的偏转屏蔽板在处理室中占据较多的空间，需要较大的磁体组件，并且可能引起传输损失的增加。侧面屏蔽板和偏转电极的水冷却可能是持续进行高功率操作所必需的。可以通过如图2所示的安装成垂直于电极的多个平行折流板来减少大粒子从偏转电极的反弹。折流板的高度、间距、数量和位置可以有利地选择成确保大粒子除非发生至少两次反弹否则不会逃脱。或者，可以在偏转电极中形成多角面148，如图3所示，用于控制入射大粒子反弹的方向。
根据示例性实施例，公开了一种用于产生金属等离子体定向流的改进设备和方法，目的在于沉积涂层或执行离子处理。等离子体包括利用线状磁电管阴极通过真空电弧蒸发产生的阴极材料的离子化蒸汽。通过偏转电极装置使等离子体转向至基板区域，而通过偏转电极拦截也由电弧产生的肉眼可见的阴极材料滴并且防止其到达基板。提供改进的磁装置用于在同时偏转和引导等离子体流时控制电弧在阴极表面上的运动。所述源提供可以在长度上无限延伸的矩形等离子体束，允许对大基板进行涂覆或离子处理。
应该注意的是这里用于形容各个实施例的术语“示例性”旨在表示这样的实施例是本发明的可能实施例的可行例子、代表例和/或示例性说明(并且该术语并不意味着这样的实施例必须是突出或最佳的例子)。
重要的是要注意如各个示例性实施例所示的过滤电弧源的结构和设置仅仅是示例性的。虽然在本公开中仅对几个实施例进行了详细描述，但是查阅过本公开的本领域技术人员很容易意识到在不从本质上背离记载在权利要求中的主题的新颖性教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，改变尺寸、面积、结构、形状和各个元件的比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等)。例如，所示的整体形成的元件可以由多个部分或元件来构造，可以颠倒或以其他方式来改变元件的位置，并且可以改变或变化位置或者分立元件的种类或数量。因此，旨在将所有修改包括在由所附权利要求书所限定的本发明的范围内。可以根据可选实施例改变或重新排列任何处理或方法步骤的次序或顺序。在不背离由所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下，可以在各个示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和删除。
权利要求
1.一种用于产生等离子体的设备，包括具有配置成发射包括等离子体和大粒子的材料的可蒸发表面的阴极；配置成引导所述等离子体的反向引导的输出孔；配置成将至少一些所述等离子体传输到所述输出孔同时阻止至少一些所述大粒子的传输的过滤器，该过滤器包括至少一个通常设置成面向至少一部分所述可蒸发表面且与其平行的偏转电极；第一元件，用于在所述阴极与所述至少一个偏转电极之间产生具有第一极性的第一磁场分量；第二元件，用于在所述阴极的所述可蒸发表面处产生具有与所述第一极性相反的第二极性的第二磁场分量，使得在所述可蒸发表面和所述至少一个偏转电极间产生低场区域。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一磁场分量包括基本上平行于所述可蒸发表面的磁通线。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述磁通线也基本上平行于所述偏转电极的表面。
4.如权利要求1所述的设备，其中用于产生第一磁场的所述第一元件包括螺线管线圈。
5.如权利要求4所述的设备，其中用于产生第二磁场的所述第二元件包括至少一个电磁线圈。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一个包括永磁体。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一个包括电磁体。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述阴极具有矩形棒的形状，所述矩形棒具有四个长侧面和两个端面，并且其中所述可蒸发表面包括所述棒的两个相对的长侧面和两个端面。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述至少一个偏转电极包括至少两个偏转器表面。
10.如权利要求9所述的设备，其中将所述至少两个偏转器表面中的每一个安装成面向所述可蒸发表面的所述长侧面之一且与其平行。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述至少一个偏转电极配置成使所述等离子体偏转为平行于所述至少两个偏转器表面的两个方向，同时防止至少一些所述大粒子到达所述输出孔。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述过滤器还包括阴极侧面屏蔽板，该阴极侧面屏蔽板包括至少两个安装在所述可蒸发表面的相对侧面上的表面，并且从所述可蒸发表面向外凸出选定的距离。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述侧面屏蔽板配置成防止从所述可蒸发表面发射出来的至少一些所述大粒子到达所述输出孔。
14.一种用于产生等离子体的设备，包括配置成发射等离子体和大粒子的阴极；配置成传输至少一部分所述等离子体同时阻止至少一部分所述大粒子传输的过滤器，该过滤器包括至少一个偏转电极；用于在所述阴极与所述至少一个偏转电极之间产生具有第一极性的第一磁场分量的装置；用于产生紧邻所述阴极的具有与所述第一极性相反的第二极性的第二磁场分量的装置。
15.如权利要求14所述的设备，其中用于产生第一磁场分量的所述装置包括螺线管。
16.如权利要求14所述的设备，其中用于产生第二磁场分量的所述装置包括至少一个电磁线圈。
17.如权利要求14所述的设备，其中用于产生第一磁场分量的所述装置和用于产生第二磁场分量的所述装置中的至少一个包括永磁体。
18.如权利要求14所述的设备，其中用于产生第一磁场分量的所述装置和用于产生第二磁场分量的所述装置中的至少一个包括电磁体。
19.如权利要求14所述的设备，其中所述阴极具有矩形棒的形状，所述矩形棒具有四个长侧面和两个端面。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述至少一个偏转电极包括至少两个偏转器表面。
21.如权利要求20所述的设备，其中将所述至少两个偏转器表面中的每一个安装成面向所述阴极的所述长侧面之一且与其平行。
22.如权利要求20所述的设备，其中所述至少一个偏转电极配置成使所述等离子体偏转为平行于所述至少两个偏转器表面的两个方向。
23.如权利要求22所述的设备，其中该设备还包括多个输出孔，并且所述至少一个偏转电极配置成防止至少一些所述大粒子到达所述输出孔。
24.如权利要求23所述的设备，其中所述过滤器还包括阴极侧面屏蔽板，该阴极侧面屏蔽板包括至少两个安装在所述阴极的相对侧面上的表面，并且从所述阴极向外凸出选定的距离，所述侧面屏蔽板配置成防止从所述阴极发射出来的至少一些大粒子到达所述输出孔。
25.一种用于产生包括阴极物质的离子化蒸汽的等离子体的方法，包括提供包括平行的偏转电极和阴极侧面屏蔽板的过滤器；提供配置成在所述过滤器内喷射等离子体和大粒子的阴极；在所述偏转电极之间产生主要磁场分量，该主要磁场分量与所述偏转电极和所述阴极的可蒸发表面平行，该主要磁场试图增加从所述可蒸发表面发射到所述偏转电极外部区域的等离子体的传输；以及产生紧邻所述阴极的所述可蒸发表面的次要磁场分量，该次要磁场分量具有与所述主要磁场分量相反的极性，使得在所述可蒸发表面和每一侧的相邻偏转电极之间产生低场区域。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述阴极包括矩形棒并且所述可蒸发表面在所述棒的纵向外表面周围延伸。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述侧面屏蔽板在所有侧上向外凸出超出可蒸发表面一定的距离，该距离是结合所述偏转电极的宽度选定的，以防止从所述可蒸发表面喷射出来的大粒子逃脱所述过滤器内的所述区域。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述产生主要磁场分量的步骤利用了螺线管。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述产生次要磁场分量的步骤利用了至少一个电磁线圈。
30.如权利要求25所述的方法，其中所述产生主要磁场分量的步骤和所述产生次要磁场分量的步骤中的至少一个利用永磁体。
31.如权利要求25所述的方法，还包括提供两个用于引导所述等离子体的反向引导的输出孔。
32.如权利要求25所述的方法，其中所述产生主要磁场分量的步骤和所述产生次要磁场分量的步骤中的至少一个利用电磁体。
全文摘要
一种用于产生等离子体的设备，包括具有配置成发射包括等离子体和大粒子的材料的可蒸发表面的阴极；配置成引导等离子体的反向引导的输出孔；配置成将至少一些等离子体传输到输出孔同时阻止至少一些大粒子的传输的过滤器，该过滤器包括至少一个通常设置成面向至少一部分可蒸发表面且与其平行的偏转电极；第一元件，用于在阴极与所述至少一个偏转电极之间产生具有第一极性的第一磁场分量；第二元件，用于在阴极的可蒸发表面处产生具有与第一极性相反的第二极性的第二磁场分量，使得在可蒸发表面和至少一个偏转电极间产生低场区域。
文档编号H05H1/02GK101068449SQ20071010111
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年5月1日
发明者理查德·P·韦尔蒂 申请人:蒸汽技术公司