基于分布式電磁鐵的矩形平面陰極電弧靶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分布式電磁線圈的矩形平面陰極電弧靶，包括矩形平面靶材本體及其背面布置的不少于2組的電磁鐵組，各電磁鐵組為與電源連接的、不少于2個(gè)的串聯(lián)電磁鐵。在電弧產(chǎn)生過程中，使各電磁鐵組交替與電源導(dǎo)通，從而使得弧斑在靶材表面的路徑加長，增加了靶材表面的有效冷卻面積，并將材利用率從現(xiàn)有的30%提高至65%；同時(shí)，還可通過改變電流大小來改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，改變弧斑運(yùn)行速度，也可提高靶材利用率，同時(shí)減少沉積于膜層中的液滴。
【專利說明】基于分布式電磁鐵的矩形平面陰極電弧靶
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于真空電弧離子鍍【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于分布式電磁鐵的矩形平面陰極電弧靶。
[0002] 背景知識(shí)
冷陰極電弧離子鍍是離子披覆家族的一員，屬于高能量沉積之物理氣相沉積制程。在1970年代早期該技術(shù)的原型儀器和方法首次被提出，數(shù)年后發(fā)展成一種可能被廣泛運(yùn)用的鍍膜系統(tǒng)。冷陰極電弧離子鍍的離子化程度高、沉積速度快，尤其適合刀工具的表面硬化處理。
[0003]冷陰極電弧離子鍍所采用的真空電弧從陰極靶表面釋放發(fā)射，其中大部分生成離子和液滴，離子是鍍膜制程中最重要的物種。靶材的離子化蒸汽受到相對(duì)于真空腔體和陽極的負(fù)偏壓加速，撞擊并沉積在基板上形成膜層，同時(shí)，液滴夾雜在膜層中形成有害雜質(zhì)。
[0004]實(shí)踐證明:用磁場(chǎng)引導(dǎo)，增加電弧移動(dòng)速度，盡可能拉長電弧路徑，同時(shí)對(duì)陰極作有效地冷卻，防止陰極表面廣泛地熔融，可以達(dá)到減少液滴危害鍍膜之目的。
[0005]冷陰極電弧離子鍍所采用的矩形平面電弧靶，是利用磁鐵在靶表面形成一個(gè)跑道形磁場(chǎng)，弧斑沿跑道形磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)并在靶面刻蝕出跑道形的溝道，靶的有效刻蝕面積和冷卻面積較小，導(dǎo)致靶材利用率低，且所沉積的鍍膜層液滴粗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有矩形平面電弧靶存在的靶材利用率低、沉積鍍膜中液滴粗大的問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、能提高靶材利用率、且能減少液滴危害的基于分布式電磁鐵的矩形平面陰極電弧靶。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
基于分布式電磁鐵的矩形平面陰極電弧靶，包括矩形平面靶材本體及其背面布置的不少于2組的電磁鐵組，各電磁鐵組為與電源連接的、不少于2個(gè)的串聯(lián)電磁鐵。
[0008]上述電磁鐵組的數(shù)量優(yōu)選為2組。
[0009]上述各電磁鐵組包含型號(hào)和數(shù)量相同的電磁鐵。
[0010]上述各電磁鐵組按行布置在矩形平面靶材本體背面。
[0011]一種采用上述矩形平面陰極電弧靶產(chǎn)生矩形電弧的方法，其特點(diǎn)是，在電弧產(chǎn)生過程中，使各電磁鐵組交替與電源導(dǎo)通。
[0012]
本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明提出了一種靶材本體背面布置有若干電磁鐵組的陰極電弧靶，通過使各電磁鐵組交替與電源導(dǎo)通，從而使得弧斑在靶材表面的路徑加長，增加了靶材表面的有效冷卻面積，并提高靶材利用率；同時(shí),還可通過改變電流大小來改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，改變弧斑運(yùn)行速度，也可提高靶材利用率，同時(shí)減少沉積于膜層中的液滴?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)矩形平面陰極電弧靶及弧斑軌跡示意圖；
圖2為本發(fā)明矩形平面陰極電弧靶的具體實(shí)施示意圖；
圖3為本發(fā)明電磁鐵組的電路連接示意圖；
圖4為電磁鐵組Y通電時(shí)弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
圖5為電磁鐵組X通電時(shí)弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
圖6為電磁鐵組X和電磁鐵組Y中交替通電時(shí)弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。
[0014]圖中，1-矩形平面靶材本體，2-跑道形電磁鐵，3、5、6、7_弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡，4_電磁鐵組。[0015]【具體實(shí)施方式】
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0016]圖1為傳統(tǒng)的矩形平面陰極電弧靶，包括矩形平面靶材本體(1)，其背面布有跑道形電磁鐵(2 )。當(dāng)跑道形電磁鐵(2 )通電時(shí)，矩形平面靶材本體(I)表面會(huì)形成跑道形磁場(chǎng)，根據(jù)“銳角規(guī)則”，弧斑運(yùn)動(dòng)的平衡位置的空間磁場(chǎng)應(yīng)平行于靶面，因此，弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡(3)為與跑道形電磁鐵(2)形狀相同的跑道形軌跡。
[0017]圖2為本發(fā)明矩形平面陰極電弧靶的一種【具體實(shí)施方式】示意圖，包括矩形平面靶材本體(I)及其背面布置的電磁鐵組(4)。本具體實(shí)施中，電磁鐵組(4)包括8個(gè)電磁線圈，分為兩行布置在矩形平面靶材本體(I)背面，其中，電磁線圈A、D、E和H為第一行，電磁線圈B、C、F和G為第二行。
[0018]將上述8組電磁線圈分為兩組，電磁線圈A、C、E和G為電磁鐵組X，電磁線圈B、D、F和H為電磁鐵組Y。將電磁鐵組X中各電磁線圈串聯(lián)后接入電源，同樣地，將電磁鐵組Y中各電磁線圈也串聯(lián)后接入電源，電磁鐵組X和Y的電路連接見圖3，通過單刀雙擲開關(guān)來控制電磁鐵組組X和電磁鐵組Y的通斷，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)導(dǎo)通a時(shí)，電磁鐵組Y導(dǎo)通；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)導(dǎo)通b時(shí)，電磁鐵組X導(dǎo)通。
[0019]見圖4，當(dāng)電磁鐵組Y導(dǎo)通時(shí)，即，串聯(lián)的電磁線圈B、D、F和H中通入電流時(shí)，矩形平面靶材本體(I)表面形成空心S形磁場(chǎng)，弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡(5)為與空心S形磁場(chǎng)形狀對(duì)應(yīng)的空心S形軌跡。
[0020]見圖5，當(dāng)電磁鐵組X導(dǎo)通時(shí)，即，串聯(lián)的電磁線圈A、C、E和G中通入電流時(shí)，矩形平面靶材本體(I)表面形成與圖4中空心S形磁場(chǎng)反向的空心S形磁場(chǎng)，弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡(6)即為與該反向的空心S形磁場(chǎng)形狀對(duì)應(yīng)的反向空心S形軌跡。
[0021 ] 通過電路控制，使電磁鐵組X和電磁鐵組Y交替導(dǎo)通，即，單刀雙擲開關(guān)交替導(dǎo)通a和b時(shí)，弧斑在矩形平面靶材本體(I)表面的運(yùn)動(dòng)軌跡(7)見圖6，從圖中可以看出，弧斑運(yùn)動(dòng)路徑大大延長，因此，極大提高了靶材利用率名，將靶材利用率由現(xiàn)有的30%提升65% ；另外，還可通過改變電流大小來改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，改變弧斑運(yùn)行速度，從而也可提高靶材利用率；同時(shí)，本發(fā)明由于可增加刻蝕面積，冷卻效率增加，可減少沉積于膜層中的液滴，從而獲得更光潔的沉積膜層。
[0022]冷陰極電弧離子鍍包括陽極、陰極和真空腔體，陽極和陰極置于真空腔體內(nèi)。本發(fā)明矩形平面陰極電弧靶可用作冷陰極電弧離子鍍的陰極，矩形平面陰極電弧靶通過矩形法蘭安裝于真空腔體內(nèi)。[0023]本【具體實(shí)施方式】顯示和描述了本發(fā)明基本原理及主要特征。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明基本原理和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其效物界定。
【權(quán)利要求】
1.基于分布式電磁線圈的矩形平面陰極電弧靶，其特征在于: 包括矩形平面靶材本體及其背面布置的不少于2組的電磁鐵組，各電磁鐵組為與電源連接的、不少于2個(gè)的串聯(lián)電磁鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的基于分布式電磁線圈的矩形平面陰極電弧靶，其特征在于: 所述的電磁鐵組的數(shù)量為2組。
3.如權(quán)利要求1所述的基于分布式電磁線圈的矩形平面陰極電弧靶，其特征在于: 所述的各電磁鐵組包含型號(hào)和數(shù)量相同的電磁鐵。
4.如權(quán)利要求1所述的基于分布式電磁線圈的矩形平面陰極電弧靶，其特征在于: 所述的各電磁鐵組按行布置在矩形平面靶材本體背面。
5.采用矩形平面陰極電弧靶產(chǎn)生矩形電弧的方法，其特征在于: 在電弧產(chǎn)生過程中，使各電磁.鐵組交替與電源導(dǎo)通。
【文檔編號(hào)】C23C14/32GK103469165SQ201310468970
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】黃志宏, 張?jiān)珂? 付德君 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)