Электродуговой испаритель металлов Советский патент 1993 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к вак уумной технике и может быть использовано в электронной промышленности при нанесении металлических покрытий и тонких пленок, а . также для получения глубокого безмасляного вакуума при помощи сорбционных насосов с электродуговыми испарителями геттера и может быть использовано в электронной промышленности.

Цель изобретения - повышение срока службы и надежности работы испарителя.

На фиг.1 показан общий вид электродугового испарителя; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.З - топография магнитных силовых линий вблизи поджигающего электрода при работе испарителя.

Электродуговой испаритель содержит цилиндрический катод 1, выполненный из испаряемого металла, поджигающий электрод 2, выполненный из ферромагнитного материала (сталь 3, армко и др.), изолятор 3, разделяющий участком поверхности 4 рабочую поверхность катода от поверхности

поджигающего электрода. Анодом служит корпус вакуумной камеры 5. На фиг.З изображено катодное пятно 6 и силовые линии 7 магнитного поля вокруг катодного пятна.

Испаритель работает следующим образом.

После откачки вакуумной камеры между корпусом и катодом прикладывается напряжение 50 В, а между поджигающим электродом и катодом - импульс тока напряжением 150 В. Под действием этого импульса вознит кают катодные пятна 6, обеспечивающие поджиг дугового разряда между катодом и корпусом. Магнитное поле 7, создаваемое катодным пятном, вблизи поджигающего электрода меньше с той стороны катодного пятна, которая ближе к границе с ферромагнитным материалом и больше с противоположной стороны. Поэтому, в соответствии с принципом максимум магнитного поля, катодные пятна движутся в сторону от границы с ферромагнитным электродом и быстро покидают область вблизи изолятора. Благо00

Ю Ю

О

даря этому устраняется эрозия изолятора и сводится к минимуму эрозия материала катода вблизи изолятора.

Высокая надежность срабатывания, связанная с исчезновением опасности как очистки или растрескивания изолятора, так и закорачивания промежутка поджигающий электрод- катод, не снижается при уменьшении этого промежутка, поскольку чем ближе возникшее катодное пятно к ферромагнитному электроду, тем больше градиент магнитного поля, способствующий уводу катодного пятна от места возникновения.

Это позволяет значительно уменьшить .зазор между поджигающим электродом и катодом и вследствие зтого снизить напряжение поджигающего импульса с 1000 до 100-200 В. При этом упрощается блок питания поджига и уменьшаются его габариты.

Пределы изменения зазора 4 по поверхности изолятора 3 от 0,1 до 0,2 мм обусловлены следующим.

Эффективный уход катодных пятен от места их возникновения при поджиге возможен тогда, когда скорость ретроградного движения близка к скорости хаотического движения, что соответствует насыщению этой скорости в зависимости от магнитного поля.

При величине максимального зазора Л, равном 0,25 мм, из выражения

- (где 1 - средний ток катодного пятна,1 80А, а г 2 Д) получим В 3,2- , что соответствует примерно точке насыщения кривой зависимости скорости ретроградного движения от магнитного поля.

Поэтому в области, отстоящей от границы ферромагнитного экрана на расстоянии, большем 0,25 мм, данный эффект проявляется значительно слабее.

Таким образом, верхняя граница зазора обусловлена как стремлением уменьшить напряжение поджига, так и необходимостью исключить область размеров, в которой описываемый эффект проявляется недостаточно.

Выбор нижнего предела размера зазора определяется возможностью закорачивания промежутка за счет запыления поверхности материалом расходуемого катода. Опыт работы с испарителем показывает,, что процессу запыления поверхности сопутствует процесс ее очистки разрядом в

момент поджига.

Однако следует исключить случай, когда закорачивание может возникнуть в течение одного импульса, т.к. после этого последующих поджигающих импульсов уже не возникнет.

Толщина б нанесенной на поверхность пленки определяется из выражения

d-X- -t

р-2;гД2 где х - коэффициент массопереноса в вакуумной дуге (для титана, например, х (3-5) А кг/кул;

I - ток дуги (I 50-1000 А); t - продолжительность поджигающего импульса (t 0,5-1 мс);

р - плотность материала катода (для титана/3 4,5 103кг/м3),

Нижний предел величины зазора Доп- ределим из условия (, при котором может произойти замыкание поджигающего электрода с катодом.

Д Vx l t 10 м 0,1 мм р-2тг

Формула изобретения Электродуговой испаритель металлов, содержащий расходуемый катод, анод, поджигающий электрод с изолятором, контактирующим с катодом через зазор .по поверхности изолятора, отлича ющий- с я тем, что, с целью увеличения срока службы и надежности в работе испарителя, поджигающий электрод выполнен из ферромагнитного материала, а зазор между поджигающим электродом и катодом по поверхности изолятора выполнен в пределах 0,1-0,25 мм. . .

Использование: нанесение металлических покрытий и тонких пленок и может найти применение в электронной промышленности. Сущность изобретения: увеличение срока службы и надежности работы испарителя - достигается тем, что поджигающий электрод электродугового испарителя выполнен из ферромагнитного материала, а зазор между поджигающим электродом и катодом по поверхности изолятора выполнен в пределах 0,1-0,25 мм. Указанное выполнение электродов обеспечивает увод катодных пятен разряда от границы с ферромагнитным электродом и изолятором, что уменьшает эрозию изолятора и повышает срок его службы. 3 фиг.