新型辅助蒸发度离子源介绍.doc

新型辅助蒸发镀（等）离子源-微波ECR单栅离子源介绍合肥研飞电器科技有限公司一、离子辅助蒸发镀膜技术真空蒸发是制备介质薄膜的主要方法，它历史悠久，工艺成熟，使用广泛。但是同时也存在严重的缺陷:产品质地疏松、牢固性差、容易损坏。离子辅助蒸发镀膜是以荷能离子为特征的近代镀膜新工艺，参见图1-1。在镀膜之前进行清洗，在镀膜中进行辅助沉积薄膜，使得薄膜产品的性能及力学性能得到大幅提高。这种新工艺适合镀增透膜、眼镜镀膜、光纤光学镀、高反镜、热/冷反光镜、低漂移滤波器、带通滤波器和类金刚石沉积等。图1-1 离子辅助镀膜示意图。宽束离子源是离子辅助蒸发镀膜技术的关键。实际上，通常意义上的离子源包含了等离子束源和离子束源。等离子束源：离子能量是分布式的（数十到数百eV可调），束较宽，散角达几十度（参见图1）。离子束源：离子能量是单能，从100eV-2000eV可调；束较窄，散角仅几度。从源结构，操控，维护和性价比几方面来比较，人们总是希望选择等离子束源。二、 辅助蒸发镀（等）离子源的研发进程在很长一段时间里，直流激励热阴极Kuafmna离子源1（参见图2-1）是镀膜设备的标准装备。但Kuafmna离子源用热阴极，存在杂质污染，需频繁更换；不能使用与氧、氮等反应气体；用多栅极加速，操控较难，使用成本较高。近年来，许多企业为了降低成本，逐步将其淘汰。在低端产生中通常使用阴极引出的霍尔（Hall）源2,参见图2-2；在高端产生中使用APS(Advanced Plasma Source)3，参见图2-3。图2-1 考夫曼源示意图。图2-2 霍尔离子源结构原理图。图2-3 APS结构原理简图。霍尔源的缺点很明显：(1)由于离子的溅射，阴极灯丝(钨)对膜层产生金属污染很严重，实验己经发现，随着离子能量和束流强度的增加，薄膜中钨的含量也增加。介质膜中的金属会显著增加膜的消光系数(或吸收系数)，对于要求较高的场合，这种污染必需消除。(2)灯丝使用寿命短，维护量大，并且只能用惰性气体，反应气体会使灯丝的寿命大大缩短。为了消除污染和延长寿命，德国莱宝公司推出了APS。它的特点是：(1)用很粗大的BLa6棒作阴极，(2)很长很深的阳极管包围着阴极，(3)另外有一个加热BLa6阴极达1500度的加热器，(4)另有一层法拉第屏蔽，(5)进气管在离子源出口而不在底部，(6)功率非常大，仅加热器就1.8千瓦，发射功率达15千瓦。以上特点明显看出，APS用了杂质量低，寿命较长的阴极，但改善很有限。而源设备价格昂贵，且运行成本相当高，一般的企业很难用得起。为了彻底消除热阴极的缺点，无极放电的射频激励的离子束源已逐渐投入使用。它不需要借助灯丝放电，既消除了阴极金属蒸汽对薄膜的主要污染源，也可使用于02等反应气体环境。作为辅助蒸发镀膜的离子源还要求可在较低的气压下稳定运行。射频激励等离子体有4种方式：容性耦合（CCP）、感谢耦合（ICP）、螺旋波（Helicon）和rf ECWR。其中rf ECWR的运行气压能在100eV，参考文献11说明，用100eV的离子能量辅助镀膜在绝大多数情况下是个误区；二是加大气阻，使镀膜区气压能达到110-2Pa，对微波ECR PS来说，只要妥当设计，没有必要使用多栅来加大气阻，采用单栅就能在这么低的气压正常运行。四、 微波ECR离子源的基本指标放电原理：微波ECR微波源：频率：2.45 GHz，功率：600 W；自动匹配器：安装在源下；口径： 无栅，50 mm； 单栅，60 mm；离子能量： 无栅，259 eV； 单栅，50-200 eV12；源出口离子流密度：无栅，10 mA/cm2；单栅，0.2-2 mA/cm2；真空室运行气压：1102Pa（主抽泵为1200L/s分子泵）；五、 在现有装置上使用方案因微波ECR离子源很紧凑，可以安装在现有斜窗口的管道内。单栅引出电极伸出管道口，并可偏转一定的角度，使引出离子束可直接照射到样品表面，参见图5.1。图5.1参考文献（略）6