專利名稱：一種線性離子束源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種線性離子束源裝置。
背景技術(shù)：
類金剛石(Diamond-like carbon, DLC)薄膜因具有高硬度、低摩擦系數(shù)、良好耐蝕 耐磨性，寬透光范圍和極佳生物親和性等獨特的性能，被廣泛用于工具、模具、汽車、 磁存儲、微電子等工業(yè)生產(chǎn)和生活實際中。尤其因它在極端工況條件下表現(xiàn)出的超低摩 擦系數(shù)和良好耐磨壽命，在航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域顯示出了良好的應(yīng)用前景，是近年 來新型碳功能材料和摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和重要分支之一。
目前，類金剛石薄膜的沉積技術(shù)主要有物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition, PVD)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)(Chemical Vapor Deposition, CVD)和液相電化學(xué)沉積法三大 類。物理氣相沉積法主要包括利用碳源氣體的離子束沉積、和利用固體石墨靶材的磁控 濺射、陰極真空電弧沉積等方法；化學(xué)氣相沉積法主要有等離子增強(qiáng)CVD、熱絲CVD 和微波等離子體回旋共振CVD等。相較PVD方法而言，該方法沉積溫度較高，難以在 塑料等對溫度敏感的基材上實現(xiàn)沉積，且膜基結(jié)合力一般較差；液相電化學(xué)沉積法是近 年來興起的一種新型濕式合成方法，主要通過電解有機(jī)溶液來制備類金剛石膜，此法雖 具有設(shè)備簡單、條件溫和的優(yōu)點，但合成的薄膜物理、化學(xué)特性及工藝穩(wěn)定性較差，現(xiàn) 多處于實驗探索階段。綜合而言，PVD法是目前合成類金剛石碳膜常用的工業(yè)化技術(shù)，
但因這些方法均存在以下一些問題，嚴(yán)重制約了類金剛石碳膜的廣泛應(yīng)用
傳統(tǒng)熱絲離子束方法制備出的DLC碳膜具有殘余應(yīng)力小、表面光滑的優(yōu)點，但一 方面熱絲的長時間使用容易導(dǎo)致等離子體離化率降低、成膜質(zhì)量變差，另一方面受大多 數(shù)離子源的圓柱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，此法生長的薄膜均勻面積較小，難于實現(xiàn)大面積產(chǎn)業(yè)化推 廣，多個離子源的并行使用雖可擴(kuò)大面積，但成本和設(shè)備復(fù)雜度相應(yīng)提高；
磁控濺射DLC薄膜技術(shù)雖具有沉積溫度低、大面積生長容易、技術(shù)成熟的特點， 但薄膜生長速率較低、膜基結(jié)合力、在金屬等基材上難于沉積，易剝落失效；
陰極真空電弧DLC碳膜具有沉積速率高、離子能量大、膜基結(jié)合力好的優(yōu)點，但 因電弧熔融弧斑的存在常導(dǎo)致薄膜表面沉積有大量宏觀大顆粒、表面粗糙、性能下降， 添加磁過濾器雖可一定程度解決此問題，但薄膜的沉積速率會因此大幅下降，且相關(guān)設(shè)備復(fù)雜昂貴。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種能在較大尺寸范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)均勻的離子束流、利于大面積均勻沉積的線性離子束源裝置。
本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該線性離子束源裝置，包括有:陰極，陽極，所述陰極和所述陽極之間形成有電離區(qū)域，用于將可電離的氣體引導(dǎo)進(jìn)入所述電離區(qū)域的氣體供應(yīng)通道，以及用于在所述電離區(qū)域產(chǎn)生磁場分布的磁體，其特征在于所述陰極上開設(shè)有一環(huán)形縫隙，從而將陰極分割為處于環(huán)形縫隙中間的第一陰極和處于環(huán)形縫隙外圍的第二陰極，而所述陽極也呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且所述陽極置于與陰極的環(huán)形縫隙相對應(yīng)的位置。
所述陰極上開設(shè)有的環(huán)形縫隙的寬度為2 5mm。所述電離區(qū)域的高度為2 5mm。
所述環(huán)形縫隙由兩半圓和一組平行線組成的呈跑道形狀的環(huán)形縫隙。所述磁體為一永磁體，并且該永磁體的N極與第一陰極相抵。較好的，本實用新型的線性離子束源裝置還包括有冷卻水循環(huán)管道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于
本實用新型提供的線性離子束源裝置具有高的等離子體離化率和離化能；無熱絲，在長時間內(nèi)等離子體運行穩(wěn)定；低溫沉積(<150°C)、多種基材可選(金屬、合金、陶瓷、塑料、玻璃等)；反應(yīng)氣體靈活多變(氬氣、氧氣、甲烷、乙炔、硅垸等)，能產(chǎn)生不同離子束；最重要的是能在較大尺寸范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)均勻的離子束流，利于大面積均勻沉積。因此該裝置不僅可有效彌補(bǔ)小尺度熱絲圓形離子源因工件幾何尺寸大，無法在較大面積上均勻沉積類金剛石薄膜的缺陷，也可解決磁控濺射技術(shù)膜/基結(jié)合力差、沉積速率低和陰極電弧技術(shù)的表面大顆粒污染嚴(yán)重的問題，是一種理想的產(chǎn)業(yè)化用多功能薄
膜沉積裝置。

圖1為本實用新型實施例線性離子束源裝置的正面視圖；圖2為圖1中A-A向剖視具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示的線性離子束源裝置，包括陰極1和陽極2，陰極為呈平面板塊狀結(jié)構(gòu)，并且陰極1上開設(shè)有一呈跑道形狀的環(huán)形縫隙13，從而將陰極1分割為處于環(huán)形縫隙中間的第一陰極11和處于環(huán)形縫隙外圍的第二陰極12，環(huán)形縫隙13的寬度為5mm，陽 極2的結(jié)構(gòu)與環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)相似呈環(huán)形，陽極2的寬度比環(huán)形縫隙的寬度略大，為 5.5mm，并且陽極2置于與陰極1的環(huán)形縫隙13相對應(yīng)的位置，并且陽極2與陰極1 之間的距離為5mm，從而使得陰極1和陽極2之間形成有電離區(qū)域7，這時電離區(qū)域7 的高度即為5mm;用于在電離區(qū)域7產(chǎn)生磁場分布的磁體永磁體5的N極與第一陰極 ll相抵，從而產(chǎn)生環(huán)形磁力線6;另外還設(shè)有用于將可電離的氣體引導(dǎo)進(jìn)入電離區(qū)域7 的氣體供應(yīng)通道4以及用于對整個設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù)冷卻水循環(huán)管道5。
工作時，工作氣體通過氣體供應(yīng)通道4引入到電離區(qū)域7，并在電離區(qū)域7發(fā)生碰 撞、分解并被電離，產(chǎn)生所需要的等離子體。然后利用離子濺射裝置中加在工件上的負(fù) 偏壓和電場，從而將離子從等離子體中引出，形成均勻連續(xù)大面積的離子束流4，轟擊 工件從而實現(xiàn)刻蝕預(yù)清洗或沉積薄膜。
在此過程中，利用冷卻水循環(huán)管道5對整個設(shè)備進(jìn)行冷卻保護(hù)。線性離子束源裝置 可通入甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w或氬氣、氮氣、氧氣作為工作氣體，采用氬氣時可對加工 件表面進(jìn)行氬離子刻蝕預(yù)清洗；采用氮氣時可對加工件表面實現(xiàn)氮摻雜，采用氧氣可對 加工件表面進(jìn)行氧刻蝕；采用甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w時可在加工件表面制備類金剛石碳 薄膜，其中永磁體產(chǎn)生的磁場可增加放電過程電子與氣體分子碰撞概率，提高工作氣體
的電離度。
權(quán)利要求1、一種線性離子束源裝置，包括有陰極(1)，陽極(2)，所述陰極(1)和所述陽極(2)之間形成有電離區(qū)域(7)，用于將可電離的氣體引導(dǎo)進(jìn)入所述電離區(qū)域(7)的氣體供應(yīng)通道(4)，以及用于在所述電離區(qū)域(7)產(chǎn)生磁場分布的磁體(3)，其特征在于所述陰極(1)上開設(shè)有一環(huán)形縫隙(13)，從而將陰極(1)分割為處于環(huán)形縫隙(13)中間的第一陰極(11)和處于環(huán)形縫隙(13)外圍的第二陰極(12)，而所述陽極(2)也呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且所述陽極(2)置于與陰極(1)的環(huán)形縫隙(13)相對應(yīng)的位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性離子束源裝置，其特征在于所述陰極(l)上開設(shè)有 的環(huán)形縫隙(13)的寬度為2 5mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性離子束源裝置，其特征在于所述電離區(qū)域(7) 的高度為2 5mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性離子束源裝置，其特征在于所述環(huán)形縫隙(7) 呈環(huán)形跑道形狀。
5、 據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性離子束源裝置，其特征在于所述磁體(3)為一永 磁體，并且該永磁體的N極與第一陰極(11)相抵。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性離子束源裝置，其特征在于還包括有冷卻水 循環(huán)管道(5)。
專利摘要本實用新型涉及一種線性離子束源裝置，包括有陰極(1)，陽極(2)，陰極(1)和陽極(2)之間形成有電離區(qū)域(7)，用于將可電離的氣體引導(dǎo)進(jìn)入所述電離區(qū)域(7)的氣體供應(yīng)通道(4)，以及用于在所述電離區(qū)域(7)產(chǎn)生磁場分布的磁體(3)，其特征在于陰極(1)上開設(shè)有一環(huán)形縫隙(13)，從而將陰極(1)分割為處于環(huán)形縫隙(13)中間的第一陰極(11)和處于環(huán)形縫隙(13)外圍的第二陰極(12)，而陽極(2)也呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且陽極(2)置于與陰極(1)的環(huán)形縫隙(13)相對應(yīng)的位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的裝置能在較大尺寸范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)均勻的離子束流。
文檔編號H05H1/46GK201400715SQ200920120060
公開日2010年2月10日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者偉 代, 吳國松, 孫麗麗, 汪愛英 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所