ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ИСПАРИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК C23C14/30 

Изобретение относится к области техники вакуумных электродуговых испарителей и может быть использовано для напыления покрытий и получения тонких пленок.

Известен электродуговой испаритель металлов, содержащий катод, анод, поджигающий электрод и экран, в котором на напыляемую поверхность осаждаются ионы и нейтральные атомы, образующиеся при испарении расходуемого катода [1] Недостатком известного устройства является большое количество макрочастиц - капель, осколков материала, образующихся при работе электродугового испарителя и снижающих качество получаемых покрытий и тонких пленок.

Известно также вакуумно-дуговое плазменное устройство [2] состоящее из расходуемого катода, имеющего рабочую поверхность, соленоида, расположенного соосно с расходуемым катодом и цилиндрического анода. При горении дугового разряда на рабочей поверхности катода поток образующийся плазмы распространяется вдоль силовых линий магнитного поля к напыляемой поверхности образцов. Недостатком такого устройства является наличие большого числа макрочастиц, вместе с потоком плазмы попадающих на обрабатываемое изделие и снижающих качество покрытия. Кроме того, поток нейтральных атомов, имеющих нерегулируемую энергию, также в ряде применений снижает качество покрытия. Установление дополнительных экранов может снижать поток макрочастиц и нейтральных атомов на обрабатываемую поверхность, однако одновременно снижается и поток ионов, напыляемых на поверхность, в результате чего снижается эффективность процесса напыления.

Целью изобретения является снижение потока макрочастиц и нейтральных атомов вещества расходуемого катода, содержащихся в плазме, генерируемой электродуговым испарителем и попадающих на обрабатываемые поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, состоящем из вакуумной камеры, расходуемого катода, анода, набора промежуточных электродов, магнитной системы, магнитной системой создается неоднородное осесимметричное магнитное поле между катодом и анодом, имеющее по крайней мере два максимума, один из которых находится на рабочей поверхности катода, другой находится в плоскости выходного отверстия анода, а в области по крайней мере одного минимума поля между анодом и катодом расположены промежуточные электроды, перекрывающие все линии прямого луча от рабочей поверхности катода к выходному отверстию анода, но не пересекающие силовые линии магнитного поля, проходящие через рабочую поверхность катода и выходное отверстие анода.

На чертеже изображен общий вид устройства для случая, когда магнитное поле имеет три максимума, а число промежуточных электродов, расположенных в минимумах магнитного поля равно двум. Устройство включает вакуумную камеру 1, расположенный в ней расходуемый катод 2, имеющий рабочую поверхность 3, анод 4, промежуточные электроды 5, магнитную систему 6. Устройство включает также источник энергии 7, подключенный к катоду 2 и аноду 4, изолятор 8, экраны 9, изоляторы 10 и 11 и держатель образцов 12. Источник питания катушек магнитной системы и система вакуумной откачки на чертеже не показаны.

Устройство работает следующим образом. После достижения в вакуумной камере 1 рабочего вакуума, возбуждением катушек магнитной системы 6 создается магнитное поле, топология которого такова, что силовые линии, пересекающие рабочую поверхность 3 катода 2, достигают выходного отверстия в аноде 4, нигде не пересекая поверхности промежуточных электродов 5 и экранов 9. Включением источника энергии 7 подается отрицательный потенциал на катод 2. С помощью электрода поджига (на чертеже не показан) поджигается другой разряд, горящий в парах материала расходуемого катода 2. Катодные пятна дугового разряда перемещаются по рабочей поверхности 3 катода 2, ограниченной изолятором 8. Поток плазмы испаряемого материала катода 2 распространяется вдоль силовых линий магнитного поля, огибающих промежуточные электроды 5 и экраны 9, которые находятся под плавающим потенциалом. Макрочастицы материала катода и нейтральные атомы, двигаясь по прямолинейным траекториям, осаждаются на поверхностях вакуумной камеры 1, промежуточных электродов 5 и экранов 9. Расположение экранов 9 выбирается таким образом, чтобы они пересекали ломаные линии траектории макрочастиц, отраженных от стенок вакуумной камеры в направлении выходного отверстия в аноде 4. Оптимальная величина магнитного поля в максимуме его значений равна 0,02 Тл. Поток плазмы, очищенный от макрочастиц, проходя через отверстие в аноде 4, направляется на держатель образцов 12. Степень очистки плазмы от макрочастиц и нейтральных атомов определяется числом магнитного поля и установленных в них промежуточных электродов. Для большинства применений достаточна степень очистки, достигаемая при количестве промежуточных электродов, равном двум.

Электродуговой испаритель металлов и сплавов относится к области техники вакуумных электродуговых испарителей. В электродуговом испарителе создается неоднородное осесимметричное магнитное поле, имеющее по крайней мере два максимума, один из которых находится на рабочей поверхности катода, а другой - в плоскости выходного отверстия анода, а в области минимумов поля между анодом и катодом расположены промежуточные электроды, перекрывающие все линии прямого луча от рабочей поверхности катода к выходному отверстию анода, но не пересекающие силовые линии магнитного поля, проходящие через рабочую поверхность катода и выходное отверстие анода. 1 ил.

Электродуговой испаритель, включающий вакуумную камеру, расходуемый катод, выполненный с выходным отверстием анод, набор промежуточных электродов и магнитную систему, отличающийся тем, что магнитная система установлена с возможностью создания между катодом и анодом неоднородного осесимметричного магнитного поля, имеющего по крайней мере два максимума, один из которых находится на рабочей поверхности катода, другой в плоскости выходного отверстия анода, а промежуточные электроды размещены между анодом и катодом в области по крайней мере одного минимума поля с возможностью перекрытия всех линий прямого луча от рабочей поверхности катода к выходному отверстию анода.