專(zhuān)利名稱：一種高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及表面防護(hù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種改善電弧離子鍍沉積工藝的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置。
背景技術(shù)：
表面防護(hù)涂層技術(shù)是提高工模具及機(jī)械部件質(zhì)量和使用壽命的重要途徑，作為材料表面防護(hù)技術(shù)之一的PVD技術(shù)，已在現(xiàn)代刀具、模具以及機(jī)械零件的應(yīng)用方面取得了十分理想的效果。PVD技術(shù)主要分為真空蒸鍍、磁控濺射和離子鍍?nèi)齻€(gè)類(lèi)型，在實(shí)際應(yīng)用中，高質(zhì)量的防護(hù)涂層必須具有致密的組織結(jié)構(gòu)、無(wú)穿透性針孔、高硬度、與基體結(jié)合牢固等特點(diǎn)。真空蒸鍍和磁控濺射由于粒子能量和離化率低，導(dǎo)致膜層疏松多孔、力學(xué)性能差、難以獲得良好的涂層與基體之間的結(jié)合力，嚴(yán)重限制了該類(lèi)技術(shù)在防護(hù)涂層制備領(lǐng)域的應(yīng)用。電弧離子鍍涂層技術(shù)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、離化率高、入射粒子能量高、繞射性好、可實(shí)現(xiàn)低溫沉積等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此得到快速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用，尤其在工模具及機(jī)械部件表面防護(hù)上展現(xiàn)出其他涂層技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)，是目前工模具及機(jī)械零件防護(hù)涂層制備的最佳工藝。但電弧離子鍍?cè)趯?duì)于涂層沉積至關(guān)重要的有些方面，也表現(xiàn)出了其它鍍膜形式所沒(méi)有的問(wèn)題，在一定程度阻礙了該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。首先是“大顆粒”污染的問(wèn)題，所謂大顆粒，是來(lái)自于電弧陰極弧斑在靶材表面滾動(dòng)燃燒時(shí)不斷產(chǎn)生的比較大的中性粒子團(tuán)簇，這些中性粒子團(tuán)簇與等離子體一道噴發(fā)出來(lái)，飛落到正在沉積生長(zhǎng)的涂層表面而造成涂層表面污染。大顆粒的存在導(dǎo)致涂層表面的粗糙度增大而降低涂層的光澤，對(duì)裝飾及抗磨應(yīng)用帶來(lái)不利影響，嚴(yán)重影響涂層的質(zhì)量，導(dǎo)致鍍層附著力降低并出現(xiàn)剝落、鍍層嚴(yán)重不均勻等現(xiàn)象。國(guó)外特別是歐洲的工模具涂層技術(shù)之所以比國(guó)內(nèi)做的好，除了工藝上的優(yōu)勢(shì)以外，很大一部分是因?yàn)楹芎玫慕鉀Q了電弧放電及弧斑運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，將大顆粒的尺寸和數(shù)目控制在工模具涂層能夠接受的范圍之內(nèi)。因此大顆粒問(wèn)題對(duì)離子鍍技術(shù)的發(fā)展影響很大，成為后期發(fā)展的主要論題，也成為阻礙離子鍍技術(shù)更深入廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題，而國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有很好的技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，由于電弧離子鍍主要靠靶材表面上的陰極斑點(diǎn)的放電來(lái)沉積所需涂層的，因此是一種點(diǎn)狀源，其等離子體的密度會(huì)隨著遠(yuǎn)離弧斑的距離增加而大幅下降，同時(shí)由于等離子體的發(fā)散特點(diǎn)使得等離子體在傳輸空間分布不均勻，從而導(dǎo)致了涂層的沉積速率和沉積均勻性的下降。而且弧斑在靶面長(zhǎng)時(shí)間的局部放電容易在靶面形成刻蝕軌道，造成靶材刻蝕的不均勻，進(jìn)而降低了靶材利用率和影響弧斑放電。這些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題都限制了電弧離子鍍技術(shù)在工模具及機(jī)械制造領(lǐng)域高性能防護(hù)涂層的制備和應(yīng)用。目前，比較徹底清除大顆粒的方法，是在等離子體傳輸過(guò)程中將大顆粒排除掉，即設(shè)計(jì)遮擋屏蔽(如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利:提高電弧離子鍍沉積薄膜質(zhì)量的裝置，專(zhuān)利號(hào)ZL200810010062.5)、磁場(chǎng)過(guò)濾或者對(duì)基片施加一定的脈沖偏壓，通過(guò)控制宏觀顆粒的運(yùn)動(dòng)，將其從等離子體流中過(guò)濾掉。遮擋和磁場(chǎng)過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用雖然有效地消除了大顆粒的污染，但由于等離子體在傳輸過(guò)程中的損失，導(dǎo)致沉積效率的大幅度降低和沉積窗口的大幅度減小，目前等離子體的傳輸效率最高也僅有25%。而且值得關(guān)注的是，在這些去除大顆粒的方法中，都必須附加額外的磁過(guò)濾設(shè)備，使成本增加了很多，這也是該技術(shù)未能在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的原因之一。由于大顆粒在傳輸過(guò)程中與等離子體相互作用帶負(fù)電荷，因此采用脈沖偏壓技術(shù)也可以一定程度上減少大顆粒，但是較高的偏壓也會(huì)帶來(lái)較高的涂層內(nèi)應(yīng)力，在實(shí)際運(yùn)用中是應(yīng)當(dāng)避免的。磁過(guò)濾和脈沖偏壓技術(shù)是在等離子體傳輸過(guò)程中將大顆粒排除掉的方法，是等癥狀出現(xiàn)以后用來(lái)治標(biāo)而不治本的方法，因此是一種消極的方法。真空電弧放電是低壓大電流放電，真空電弧的行為被陰極表面許多快速游動(dòng)，高度明亮的陰極斑點(diǎn)所控制，陰極斑點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)決定了整個(gè)電弧的運(yùn)動(dòng)，真空弧光放電實(shí)際上是一系列電弧事件，相鄰弧斑的次第燃起和熄滅構(gòu)成了弧斑的運(yùn)動(dòng)，由于其快速地連續(xù)發(fā)生，以至于給人運(yùn)動(dòng)電弧的印象。由于電弧離子鍍陰極斑點(diǎn)的尺寸很小，功率密度非常高(1016W/m2)，如果陰極斑點(diǎn)在一個(gè)位置停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，必然造成液態(tài)溶池面積擴(kuò)大，引發(fā)強(qiáng)烈的大顆粒噴射。因此解決大顆粒問(wèn)題更為積極的辦法是考慮從源頭解決問(wèn)題的措施，改善弧斑的放電形式、提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速率、降低放電功率在陰極斑點(diǎn)處的集中、使放電功率分布在整個(gè)靶面上，從而減少大顆粒的發(fā)射。同時(shí)，為了更好的提高鍍層的質(zhì)量和有效的利用靶材，提高放電穩(wěn)定性，必須對(duì)弧斑的運(yùn)動(dòng)以及等離子體的傳輸進(jìn)行合理的控制。由于真空電弧等離子體的物理特性，外加電磁場(chǎng)是改善弧斑放電、控制弧斑運(yùn)動(dòng)以及改善等離子體的傳輸特性的有效方法。離子鍍弧源是電弧等離子體放電的源頭，是離子鍍技術(shù)的核心部件，國(guó)內(nèi)外在離子鍍弧源的設(shè)計(jì)上都離不開(kāi)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)。目前國(guó)際上應(yīng)用最多最常見(jiàn)的方式有軸向磁場(chǎng)控制的圓形小弧源(如CN89200444.4、US3, 793，179、US3, 625，878等)、淹沒(méi)整個(gè)靶材的縱向約束磁場(chǎng)控制的俄羅斯弧源以及拱形磁場(chǎng)控制的圓形或矩形平面受控弧源(如CNl 157335A)，這也是目前國(guó)內(nèi)外比較流行幾種電弧離子鍍膜技術(shù)。這些在靶面附近施加的具有一定位形的磁場(chǎng)雖然可以有效地控制弧斑在靶面的運(yùn)動(dòng)，但是根據(jù)上述不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑的運(yùn)動(dòng)影響規(guī)律，弧斑在軸向磁場(chǎng)和拱形磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)會(huì)被限制在靶面上一定范圍內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間的刻蝕會(huì)在靶面形成明顯的刻蝕軌道，不利于靶材刻蝕均勻，造成了靶材浪費(fèi)。而俄羅斯弧源中的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)雖然可以使弧斑在整個(gè)靶面刻蝕，有效的利用靶材，但是整個(gè)弧源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作麻煩，靶材特殊的形狀使得靶材加工困難，成本高，而且靶材尺寸小，綜合利用率低。國(guó)際上應(yīng)用比較廣泛的拱形磁場(chǎng)控制的矩形平面受控弧源，利用永磁體或者電磁線圈鑲嵌在磁軛的空心位置，在矩形的靶材表面上產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)的拱形磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)可分解為水平磁場(chǎng)B//和垂直磁場(chǎng)B丄，根據(jù)弧斑在橫向磁場(chǎng)下“倒著走”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，B//可以驅(qū)使弧斑在靶面上作圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拱形磁場(chǎng)與靶面形成指向拱形頂點(diǎn)的兩個(gè)夾角，在“銳角法則”的作用下，弧斑被限制在一定的位置處，長(zhǎng)時(shí)間的刻蝕，容易在靶面形成刻蝕軌道，大大限制了靶材利用率和影響弧斑放電穩(wěn)定性。所有的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)都是考慮在靶面上形成一定的磁場(chǎng)位形，利用銳角法則限制弧斑的運(yùn)動(dòng)，利用橫向分量提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度。一方面盡可能擴(kuò)大橫向分量的面積與強(qiáng)度，一方面限制弧斑的運(yùn)動(dòng)，要達(dá)到比較滿意的效果是很困難的。而且所有的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)都是靜態(tài)的或者準(zhǔn)靜態(tài)的，模式固定，在提高弧斑運(yùn)動(dòng)速度和放電穩(wěn)定性的同時(shí)容易帶來(lái)靶材利用率低的問(wèn)題，很難突破相互之間影響的限制。如果能夠動(dòng)態(tài)地變換磁場(chǎng)在祀面的局域性分布，從而可以改變祀面磁場(chǎng)橫向分量最大值的分布，動(dòng)態(tài)的擴(kuò)大磁場(chǎng)橫向分量的面積以達(dá)到擴(kuò)大弧斑的刻蝕區(qū)域，提高靶材的利用率。1^111&1丨1^&111在專(zhuān)利冊(cè)8503954和”4，673，477中提出了一種動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)思路，可以實(shí)現(xiàn)弧斑在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大面積靶材上的均勻刻蝕，這種方法是靠永磁體在靶背后的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變磁場(chǎng)在靶面的分布，從而影響弧斑在靶面的刻蝕位置的。但是這種方法需要增加一套復(fù)雜的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，而且涉及到密封、冷卻等諸多問(wèn)題，難以推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，它是一種創(chuàng)新的、突破限制的、并且行之有效且易于推廣的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)控制的電弧離子鍍弧源，有效的解決電弧離子鍍大顆粒問(wèn)題，同時(shí)提高等離子體的傳輸效率和涂層沉積均勻性，解決電弧離子鍍點(diǎn)狀發(fā)散源的問(wèn)題，以及提高靶材利用率，使得電弧離子鍍能夠達(dá)到高性能防護(hù)涂層制備的各項(xiàng)要求，成為一種比較優(yōu)異的鍍層工藝，在各個(gè)需要的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。本實(shí)用新型的原理是:如圖1(a)所示，根據(jù)不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，如果在靶面上形成指向靶材邊緣的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)，有推動(dòng)弧斑向外擴(kuò)展的趨勢(shì)；在磁場(chǎng)強(qiáng)度比較弱的時(shí)候，弧斑主要集中在靶材中心運(yùn)動(dòng)。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，由于軸對(duì)稱磁場(chǎng)與靶面形成指向靶材邊緣的銳角，因此弧斑在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)漂移到靶的邊緣。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，由銳角法則帶來(lái)的弧斑向靶的邊沿漂移擴(kuò)展的趨勢(shì)也越來(lái)越大，及隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，磁場(chǎng)可以將弧斑推向靶材的邊緣。同時(shí)軸對(duì)稱磁場(chǎng)的橫向分量形成了弧斑在靶面環(huán)繞反向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，弧斑的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)，弧斑逐漸在隨機(jī)運(yùn)動(dòng)上疊加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，弧斑運(yùn)動(dòng)速度加快，弧斑變細(xì)。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大的時(shí)候，只有在靶材邊緣快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)弧斑線，靶面沒(méi)有新的弧斑出現(xiàn)。這種磁場(chǎng)位形一般在較小尺寸的靶材上面形成，因此對(duì)于工業(yè)上應(yīng)用較普遍的小弧源，這種磁場(chǎng)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，但是目前常用的小弧源的弧班約束磁場(chǎng)是靠靶材后面的永磁體實(shí)現(xiàn)的，磁場(chǎng)變化頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度不能連續(xù)可控調(diào)節(jié)。如果能在靶面形成動(dòng)態(tài)的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)(0-60G變化)，則弧斑能夠在整個(gè)靶面呈聚集和擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)分布狀態(tài)，可大幅度提高靶材的利用率。同時(shí)動(dòng)態(tài)分布的磁場(chǎng)避免了弧斑在局部停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低了功率密度，減少了大顆粒的發(fā)射。為了提高等離子體的傳輸效率，在等離子體傳輸空間設(shè)置一聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，降低等離子體的發(fā)散；同時(shí)該聚焦軸向磁場(chǎng)與靶面形成指向靶材中心的銳角，可以約束弧斑的運(yùn)動(dòng)，避免滅弧，如圖1(b)所示。軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)形成指向靶材邊緣的銳角，有推動(dòng)弧斑向外擴(kuò)展的趨勢(shì)，聚焦磁場(chǎng)與靶面形成指向革G材中心的銳角，有約束弧斑在祀材中心的趨勢(shì)，兩種趨勢(shì)動(dòng)態(tài)置加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)。聚焦磁場(chǎng)是一軸向強(qiáng)磁場(chǎng)，可以使得弧斑細(xì)化分裂，減少顆粒發(fā)射。等離子體在聚焦磁場(chǎng)引導(dǎo)下，穩(wěn)定的傳輸，同時(shí)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度。對(duì)于尺寸較大的祀材,一般利用永磁體或者電磁線圈與磁軛組合，可在祀材表面上產(chǎn)生一個(gè)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng) ，如圖1(c)所示。靜態(tài)的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)能夠?qū)⒒“呦拗圃诠靶未艌?chǎng)區(qū)域內(nèi)，形成環(huán)形的弧班運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的刻蝕，容易在靶面形成刻蝕軌道，大大限制了靶材利用率和影響弧斑放電穩(wěn)定性，同時(shí)等離子體的傳輸也不均勻。同樣，為了提高等離子體的傳輸效率，在軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)約束的弧班前面等離子體傳輸空間設(shè)置一聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，降低等離子體的發(fā)散，同時(shí)該聚焦軸向磁場(chǎng)與靶面形成指向靶材中心的銳角。如果軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，用永磁體或者線圈通直流電實(shí)現(xiàn)，而聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，將產(chǎn)生不同的耦合磁場(chǎng)情況，在靶面形成動(dòng)態(tài)的耦合磁場(chǎng)分布，使弧斑隨著耦合磁場(chǎng)分布的變化而動(dòng)態(tài)分布，改善弧斑放電狀態(tài)，提高靶材刻蝕率和降低大顆粒的發(fā)射，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)一定程度上提高了等離子體的傳輸效率。如果在靶材前面設(shè)置一強(qiáng)度不變的軸向聚焦磁場(chǎng)，而軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)的強(qiáng)度周期性變化，則兩者耦合可以形成不同的動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)分布，使弧斑放電隨著耦合磁場(chǎng)的變化而變化，改善弧斑放電狀態(tài)。等離子體在靜態(tài)的軸向聚焦磁場(chǎng)引導(dǎo)下，穩(wěn)定的傳輸，同時(shí)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度，改善沉積效果。因此，本實(shí)用新型在系統(tǒng)研究以及深入了解磁場(chǎng)對(duì)弧斑放電以及運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了 一種高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置。基于上述技術(shù)原理，本實(shí)用新型技術(shù)方案是:一種高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，所述高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置設(shè)有動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、靶材、靶材底座，靶材安裝于靶材底座上；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置和聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置構(gòu)成，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由放置于靶材后面的高導(dǎo)磁率磁軛及與磁軛同軸放置的電磁線圈組成，或者由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體配合磁軛組成；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向弓I導(dǎo)磁場(chǎng)形成或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)稱合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成。所述軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置由放置于祀材后面的高導(dǎo)磁率磁軛及與磁軛同軸放置的電磁線圈組成，或由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體組配合磁軛組成，磁軛為單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；磁軛放置于靶材后面的靶座內(nèi)部，與靶材同軸放置；電磁線圈圍套在靶材底座周?chē)蛘叻胖糜诎凶鶅?nèi)部，與磁軛同軸放置；磁軛略高于線圈或與線圈平齊。所述軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為發(fā)散磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)稱合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成。所述軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為拱形磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)稱合磁場(chǎng)由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向弓I導(dǎo)磁場(chǎng)形成。 所述軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈由漆包線繞制在線圈骨架上，線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，磁軛由高磁導(dǎo)率的鍍鎳純鐵或者其他材料制作。所述聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在弧源與爐體之間的法蘭上，與靶材同軸放置，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置的位置可調(diào)，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面。所述聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由漆包線繞制的電磁線圈組成，線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)。所述動(dòng)態(tài)稱合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通交流電產(chǎn)生，在靶面形成磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷變化的軸對(duì)稱磁場(chǎng)，軸對(duì)稱磁場(chǎng)與靶面相交形成指向靶材邊緣的夾角或者在靶面形成彎曲的拱形磁場(chǎng)位形；靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通直流電產(chǎn)生，與靶面形成指向靶面中心的夾角，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制。所述動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通直流電產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制，或者單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體組配合磁軛產(chǎn)生；動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通交流電產(chǎn)生，與靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)稱合形成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)。所述交流電形式為頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波、正弦波或其他形式的交變電流，交變電流電壓幅度可調(diào)，偏置電流電壓幅度可調(diào)。交流電發(fā)生電源采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，或電晶體放大方式，或PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)。交流電發(fā)生電源可實(shí)現(xiàn)多種波形、實(shí)現(xiàn)高低頻不同頻段變頻控制。所述軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的線圈單獨(dú)調(diào)節(jié)或者共同調(diào)節(jié)，兩者之間通同向或者反向電流；通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中線圈電流大小調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中線圈交變電流的頻率調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的頻率；線圈的電流形式是頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波、正弦波或其他形式的交變電流，可實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的多種控制方式。所述靶材直接水冷或者間接水冷，直接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在靶材底柱圓筒之間冷卻水中或者冷卻水通道外靶材底柱圓筒之間，間接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在冷卻水通道外底柱圓筒之間。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:本實(shí)用新型高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置設(shè)有動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、靶材、靶材底座，靶材安裝于靶材底座上；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置和聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置構(gòu)成，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由放置于靶材后面的高導(dǎo)磁率磁軛及與磁軛同軸放置的電磁線圈組成，或者由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體配合磁軛組成；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成。本實(shí)用新型通過(guò)兩組磁場(chǎng)發(fā)生裝置配合使用，在靶面上形成動(dòng)態(tài)分布的耦合磁場(chǎng)，達(dá)到改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，控制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，減少靶材大顆粒的發(fā)射，提高等離子體傳輸效率，用以制備高質(zhì)量的薄膜的目的。

圖1 (a)_圖1 (C)是靶材表面不同磁場(chǎng)位形分布示意圖。其中，圖1 (a)為指向靶材邊緣的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)；圖1 (b)為指向靶材中心的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)；圖1 (C)為軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)。[0032]圖2為高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實(shí)施例1靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加反向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖4 Ca)-圖4 (f)是實(shí)施例1軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖5是實(shí)施例2動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加反向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖6 (a)_圖6 (i)是實(shí)施例2反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變,軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖7是實(shí)施例3動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加同向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖8(a)-圖8(f)是實(shí)施例3同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖9是實(shí)施例4靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加同向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖10(a)-圖10(f)是實(shí)施例4軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖11 Ca)-圖11 (b)是兩種不同產(chǎn)生拱形磁場(chǎng)的方式。其中，圖11 (a)是由高導(dǎo)磁率磁軛與放置于祀座內(nèi)部與磁軛同軸放置的電磁線圈產(chǎn)生的拱形磁場(chǎng)不意圖；圖11 (b)是由單個(gè)永久磁體直接在靶面產(chǎn)生的拱形磁場(chǎng)示意圖。圖12是實(shí)施例5靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合反向動(dòng)態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖13 (a)-圖13 (f)是實(shí)施例5軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖14是實(shí)施例6靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合同向動(dòng)態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖15(a)-圖15(e)是實(shí)施例6軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖16是實(shí)施例7強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖17(a)-圖17(e)是實(shí)施例7反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖18是實(shí)施例8動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合同向靜態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖19 (a)-圖19 (i)是實(shí)施例8同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖中，I聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)；2軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)；3小尺寸圓柱靶材；4聚焦導(dǎo)引電磁線圈；5軸對(duì)稱電磁線圈；6磁軛；7變頻電源；8軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)；9大尺寸圓盤(pán)祀材；10聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置；11軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生裝置；12軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
具體實(shí)施方式
如圖1-圖19所示，本實(shí)用新型的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置主要有動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置(聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10、軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生裝置11或軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置12)、靶材(小尺寸圓柱靶材3、大尺寸圓盤(pán)靶材9)、靶材底座，靶材安裝于靶材底座上，動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的主要結(jié)構(gòu)如下:1.本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置(軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生裝置11或軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置12)和聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10構(gòu)成，動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)2疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)I形成，或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)2疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)I形成，或者由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)8耦合動(dòng)態(tài)的聚焦(軸向)引導(dǎo)磁場(chǎng)I形成，或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)8耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦(軸向)引導(dǎo)磁場(chǎng)I形成。本實(shí)用新型中，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置的軸對(duì)稱電磁線圈5連接直流電源或者變頻電源7 (頻率可變化電壓可變化的交變電源)。2.本實(shí)用新型軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置由放置于靶材后面的高導(dǎo)磁率(2000-6000H/m)磁軛6及與磁軛同軸放置的軸對(duì)稱電磁線圈5組成，或由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體組配合磁軛組成，磁軛為單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；磁軛放置于靶材后面的靶座(靶材底座)內(nèi)部，與靶材同軸放置；軸對(duì)稱電磁線圈5圍套在靶材底座周?chē)蛘叻胖糜诎凶鶅?nèi)部，與磁軛同軸放置；磁軛略高于線圈或與軸對(duì)稱電磁線圈5平齊。3.本實(shí)用新型軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為發(fā)散磁場(chǎng),動(dòng)態(tài)稱合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成。4.本實(shí)用新型軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為拱形磁場(chǎng),動(dòng)態(tài)稱合磁場(chǎng)由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)8耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成，或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)8稱合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成。5.本實(shí)用新型軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的軸對(duì)稱電磁線圈5由漆包線繞制在線圈骨架上，軸對(duì)稱電磁線圈5內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，磁軛由高磁導(dǎo)率的鍍鎳純鐵或者其他材料制作。6.本實(shí)用新型聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10套在弧源與爐體之間的法蘭上，與靶材同軸放置，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置的位置可調(diào)，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面。聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10由漆包線繞制的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4組成，聚焦導(dǎo)引電磁線圈4內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)。7.本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的軸對(duì)稱電磁線圈5通交流電產(chǎn)生,在祀面形成磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷變化的軸對(duì)稱磁場(chǎng)，軸對(duì)稱磁場(chǎng)與靶面相交形成指向靶材邊緣的夾角或者在靶面形成彎曲的拱形磁場(chǎng)位形；靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10中的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4通直流電產(chǎn)生，與靶面形成指向靶面中心的夾角，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制。8.本實(shí)用新型動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的軸對(duì)稱電磁線圈5通直流電產(chǎn)生,磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制，或者單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體組配合磁軛產(chǎn)生；動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4通交流電產(chǎn)生，與靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)耦合形成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)。9.本實(shí)用新型交流電形式為頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波、正弦波或其他形式的交變電流，交變電流電壓幅度可調(diào)，偏置電流電壓幅度可調(diào)。交流電發(fā)生電源采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，或電晶體放大方式，或PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)。交流電發(fā)生電源可實(shí)現(xiàn)多種波形、實(shí)現(xiàn)高低頻不同頻段變頻控制。10.本實(shí)用新型軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4單獨(dú)調(diào)節(jié)或者共同調(diào)節(jié)，兩者之間通同向或者反向電流；通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中軸對(duì)稱電磁線圈5電流大小調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中線圈交變電流的頻率調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的頻率；線圈的電流形式是頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波、正弦波或其他形式的交變電流，可實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的多種控制方式。11.本實(shí)用新型靶材直接水冷或者間接水冷，直接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在靶材底柱圓筒之間冷卻水中或者冷卻水通道外靶材底柱圓筒之間，間接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在冷卻水通道外底柱圓筒之間。下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:圖3是實(shí)施例1針對(duì)小尺寸靶材發(fā)明的靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加反向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。圖2為高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生裝置11由放置于小尺寸圓柱靶材3 (其直徑為64mm)后面的高導(dǎo)磁率錐臺(tái)形磁軛6及與磁軛同軸放置的軸對(duì)稱電磁線圈5組成,磁軛6放置于小尺寸圓柱靶材3后面的靶座內(nèi)部，與小尺寸圓柱靶材3同軸放置；軸對(duì)稱電磁線圈5圍套在小尺寸圓柱祀材3底座周?chē)?，與磁軛6同軸放置，磁軛6略高于軸對(duì)稱電磁線圈5 (本實(shí)施例中,磁軛6上表面略高于軸對(duì)稱電磁線圈5上表面IOmm)或與軸對(duì)稱電磁線圈5平齊。靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)2由軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)發(fā)生裝置11中的軸對(duì)稱電磁線圈5通直流電產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制，調(diào)節(jié)小尺寸圓柱靶材3的磁場(chǎng)強(qiáng)度在30-60G左右穩(wěn)定不變。動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)I由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10中的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4通交流電產(chǎn)生，與靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)2耦合形成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)。交流電形式為低頻可調(diào)(0.01-1kHz)的直流偏置三角波或半正弦波，交變電流電壓幅度可調(diào)(0-30V)，偏置電流電壓幅度可調(diào)(0-10V)。本實(shí)用新型中，交流電發(fā)生電源可采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成。圖4 (a)-圖4 Cf)是實(shí)施例1軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。根據(jù)不同磁場(chǎng)分量對(duì)弧斑運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，小尺寸圓柱靶材3表面的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)2形成指向小尺寸圓柱靶材3邊緣的銳角，有推動(dòng)弧斑向外擴(kuò)展的趨勢(shì)，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)與靶面形成指向小尺寸圓柱靶材3中心的銳角，有約束弧斑在小尺寸圓柱靶材3中心的趨勢(shì)，兩種趨勢(shì)動(dòng)態(tài)疊加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)。本實(shí)施例軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(30-60G固定值)，反向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.01-lkHz)，同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。從圖4 (a)_圖4 (f)可以看出，在聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)與靶面形成指向小尺寸圓柱靶材3邊緣的銳角，推動(dòng)弧斑向小尺寸圓柱靶材3邊緣擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)；隨著聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)與靶面的夾角逐漸發(fā)生變化，由指向小尺寸圓柱靶材3邊緣逐漸變?yōu)橹赶蛐〕叽鐖A柱革巴材3中心，當(dāng)I禹合磁場(chǎng)與祀面形成指向小尺寸圓柱祀材3中心的銳角時(shí),弧斑向小尺寸圓柱靶材3中心運(yùn)動(dòng)，兩種趨勢(shì)動(dòng)態(tài)疊加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)。同時(shí)，隨著聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I的增強(qiáng)，也逐漸提高了等離子體的傳輸效率，增強(qiáng)了等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度。該實(shí)施例可以有效的解決電弧離子鍍大顆粒問(wèn)題，同時(shí)提高等離子體的傳輸效率和涂層沉積均勻性，解決電弧離子鍍點(diǎn)狀發(fā)散源的問(wèn)題，以及提高靶材利用率，使得電弧離子鍍能夠達(dá)到高性能防護(hù)涂層制備的各項(xiàng)要求，成為一種比較優(yōu)異的鍍層工藝，在各個(gè)需要的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。實(shí)施例2:圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例2針對(duì)小尺寸靶材發(fā)明的動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加反向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)類(lèi)似，所不同的是聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，形成一個(gè)穩(wěn)定的等離子體傳輸磁場(chǎng)。從實(shí)施例1可以看出，隨著聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度的周期性變化，在等離子體傳輸空間形成了個(gè)動(dòng)態(tài)聚焦磁場(chǎng)，雖然提高了等離子體的傳輸效率，但容易造成等離子體的時(shí)域不穩(wěn)定性，而高質(zhì)量的薄膜沉積需要穩(wěn)定的等離子分布和傳輸，因此實(shí)施例2在等離子體傳輸空間設(shè)置一個(gè)一軸向強(qiáng)度適中的磁場(chǎng)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，使得等離子體在能夠在靜態(tài)聚焦磁場(chǎng)引導(dǎo)下，穩(wěn)定的傳輸。本實(shí)施例2反向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(100-200G固定值),軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.01 — 1kHz)，同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。圖6 (a)_圖6 (i)是實(shí)施例2反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。可以看出，在軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)中聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)的分量比較大，與靶面形成指向靶材中心的銳角，約束弧斑在靶面中心運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)等離子體可以高效的傳輸，同時(shí)較強(qiáng)的軸向?qū)б艌?chǎng)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度，一定程度上過(guò)濾大顆粒。隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)與靶面的夾角逐漸發(fā)生變化，由指向靶材中心逐漸變?yōu)橹赶虬胁倪吘?，推?dòng)弧班向靶材邊緣擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)中的聚焦導(dǎo)引分量略有減弱，但此時(shí)弧斑向外擴(kuò)展，減小了顆粒發(fā)射，提高了靶材刻蝕面積。兩種弧斑運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)動(dòng)態(tài)疊加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)。實(shí)施例3:圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例3針對(duì)小尺寸靶材發(fā)明動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加同向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例2結(jié)構(gòu)類(lèi)似，磁場(chǎng)變化方式也類(lèi)似，所不同的是動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相同。從實(shí)施例2可以看出，如果動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相反。隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)中的聚焦導(dǎo)引分量有所減弱，一定程度上造成等離子體的時(shí)域不穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高等離子體的傳輸穩(wěn)定性和效率，實(shí)施例3等離子體傳輸空間設(shè)置一個(gè)一軸向強(qiáng)度適中的磁場(chǎng)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相同，隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，一定程度上增加聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)的強(qiáng)度和導(dǎo)引效果。本實(shí)施例3同向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(100-200G固定值),軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.0l-1kHz),同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。圖8(a)-圖8(f)是實(shí)施例3同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯?，在軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的時(shí)候，稱合磁場(chǎng)中聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)與祀面形成指向祀材中心的銳角，約束弧斑在靶面中心運(yùn)動(dòng)。隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)與靶面的夾角逐漸發(fā)生變化，由指向靶材中心逐漸變?yōu)橹赶虬胁倪吘?，推?dòng)弧班向靶材邊緣擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)。兩種弧斑運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)動(dòng)態(tài)疊加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)。同時(shí)，隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)中的聚焦導(dǎo)引分量增強(qiáng)，增強(qiáng)的軸向?qū)б艌?chǎng)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度，一定程度上過(guò)濾大顆粒。因此實(shí)施例3隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度的周期性變化，可以使弧斑由內(nèi)向外擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)，由外向內(nèi)收縮運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，減小顆粒發(fā)射，提高靶材刻蝕面積。隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性的變化，等離子體依然可以高效的傳輸，保持高效的傳輸效果，提高沉積效率和質(zhì)量。實(shí)施例4:圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例4針對(duì)小尺寸靶材發(fā)明靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加同向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)類(lèi)似，磁場(chǎng)變化方式也類(lèi)似，所不同的是動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相同。本實(shí)施例軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(30-60G固定值)，同向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.01 — 1kHz)，同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。圖10(a)-圖10(f)是實(shí)施例4軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯觯诰劢?軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)與靶面形成強(qiáng)烈的指向靶材邊緣的銳角，銳角角度很小，在較強(qiáng)的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)作用下，由銳角法則帶來(lái)的弧斑向靶的邊沿漂移擴(kuò)展的趨勢(shì)很大。隨著聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)與靶面的夾角略微發(fā)生變化，雖然依然保持著指向靶材邊緣的銳角，但銳角的角度逐漸增大，接近垂直，因此軸向磁場(chǎng)分量越來(lái)越大，而橫向分量減弱，弧斑向靶材邊緣擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)越來(lái)越弱，弧斑在靶面環(huán)繞反向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)也越來(lái)越弱，而強(qiáng)軸向磁場(chǎng)對(duì)弧斑的作用越來(lái)越強(qiáng)，在強(qiáng)軸向磁場(chǎng)的作用下，弧斑的可控旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)逐漸變?yōu)榭焖俚碾S機(jī)運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)軸向磁場(chǎng)有可能帶來(lái)弧斑的進(jìn)一步分裂，減少顆粒的發(fā)射。實(shí)施例4隨著聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)中的聚焦導(dǎo)引分量增強(qiáng)，增強(qiáng)的軸向?qū)б艌?chǎng)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度，一定程度上過(guò)濾大顆粒。實(shí)施例4相比實(shí)施例1，等離子體傳輸?shù)臅r(shí)域不穩(wěn)定性不大，同向增強(qiáng)的軸向?qū)б艌?chǎng)可以使得等離子體保持高效的傳輸效果，提高沉積效率和質(zhì)量。實(shí)施例5:實(shí)施例1-實(shí)施例4都是針對(duì)小尺寸靶材發(fā)明的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，對(duì)于尺寸較大的靶材，靶材后面的磁場(chǎng)容易在靶面形成拱形磁場(chǎng)。圖11 (a)_圖11 (b)是兩種不同產(chǎn)生拱形磁場(chǎng)的方式。其中，圖11 (a)是由高導(dǎo)磁率磁軛與放置于靶座內(nèi)部與磁軛同軸放置的電磁線圈產(chǎn)生的拱形磁場(chǎng)示意圖，磁軛略高于線圈或與線圈平齊；圖11 (b)是由單個(gè)永久磁體直接在靶面產(chǎn)生的拱形磁場(chǎng)示意圖。圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例5靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合反向動(dòng)態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置12由放置于大尺寸圓盤(pán)祀材9 (其直徑為150mm)后面的高導(dǎo)磁率柱形磁軛6及與磁軛同軸放置的軸對(duì)稱電磁線圈5組成,磁軛6放置于大尺寸圓盤(pán)祀材9后面的祀座內(nèi)部,與大尺寸圓盤(pán)祀材9同軸放置；軸對(duì)稱電磁線圈5于祀座內(nèi)部圍套在大尺寸圓盤(pán)祀材9周?chē)?，與磁軛6同軸放置。軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)8由軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置12中的軸對(duì)稱電磁線圈5通直流電產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制，調(diào)節(jié)大尺寸圓盤(pán)靶材9的磁場(chǎng)強(qiáng)度在60-100G左右穩(wěn)定不變。動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)I由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置10中的聚焦導(dǎo)引電磁線圈4通交流電產(chǎn)生，與靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)發(fā)生裝置12耦合形成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)。本實(shí)施例軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(60-100G固定值)，可用永磁體或者線圈通直流電實(shí)現(xiàn)，反向動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.01-lkHz)，同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。圖13(a)-圖13(f)是實(shí)施例5軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯觯诰劢箤?dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)在靶面形成軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)，拱形磁場(chǎng)的頂點(diǎn)靠近大尺寸圓盤(pán)靶材9邊緣，拱形磁場(chǎng)能夠?qū)⒒“呦拗圃诠靶未艌?chǎng)區(qū)域內(nèi)(靠近靶材邊緣)，形成環(huán)形的弧班運(yùn)動(dòng)。軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)的軸向分量可以使等離子體保持一定的傳輸效率。隨著反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，拱形磁場(chǎng)的頂點(diǎn)逐漸向大尺寸圓盤(pán)靶材9中心移動(dòng)，使得弧班的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)約束范圍逐漸向大尺寸圓盤(pán)靶材9中心移動(dòng)。當(dāng)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)失去拱形模式，與靶面形成指向大尺寸圓盤(pán)靶材9中心的銳角，進(jìn)一步提高了弧班的約束力，使得弧班向大尺寸圓盤(pán)靶材9中心聚集。反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)周期性的變化，使得弧斑在整個(gè)靶面螺旋掃描運(yùn)動(dòng)，提高了靶材的利用率，這和國(guó)際上流行的矩形動(dòng)態(tài)可控弧源效果類(lèi)似，但本實(shí)用新型有更多的功能和使用模式。同時(shí)，隨著反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度的增力口，提高了軸向磁場(chǎng)的分量，使得帶電粒子向基體方向運(yùn)動(dòng)，提高了等離子體的傳輸效率，使動(dòng)態(tài)耦合磁控離子鍍工藝成為一種非平衡的沉積模式。實(shí)施例6:圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例6靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合同向動(dòng)態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例5結(jié)構(gòu)類(lèi)似，磁場(chǎng)變化方式也類(lèi)似，所不同的是動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相同。圖15(a)-圖15(e)是實(shí)施例6軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。同實(shí)施例5，在聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)在靶面形成軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)，拱形磁場(chǎng)的頂點(diǎn)靠近靶材邊緣，拱形磁場(chǎng)能夠?qū)⒒“呦拗圃诠靶未艌?chǎng)區(qū)域內(nèi)(靠近靶材邊緣)，形成環(huán)形的弧班運(yùn)動(dòng)。但是隨著反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，耦合磁場(chǎng)在靶面失去拱形模式，與靶面形成指向靶材邊緣的銳角，進(jìn)一步提高了弧班向靶材邊緣擴(kuò)展的趨勢(shì)，使得弧斑的運(yùn)動(dòng)范圍局限于靶材邊緣附近，不利于靶材刻蝕。雖然隨著反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加提高了等離子體的傳輸效率，但是由于局限的弧斑放電范圍，較低的靶材利用率，在實(shí)際運(yùn)用中，實(shí)施例6是一種需要避免的沉積模式。[0084]實(shí)施例7:圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例7強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的反向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例5結(jié)構(gòu)類(lèi)似，所不同的是聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，形成一個(gè)穩(wěn)定的等離子體傳輸磁場(chǎng)，避免了等離子體的時(shí)域不穩(wěn)定性。本實(shí)施例7反向靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變(100-200G固定值)，軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度以三角波或半正弦波形式周期性從小到大變化，變化頻率可調(diào)(0.0l-1kHz),同時(shí)也可以一定的直流偏置三角波或半正弦波供電。圖17(a)-圖17(e)是實(shí)施例7反向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變,軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯?，在軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)的強(qiáng)度較弱的時(shí)候，磁場(chǎng)分布情況與實(shí)施例2軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱的時(shí)候類(lèi)似，稱合磁場(chǎng)中聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)的分量比較大，與靶面形成指向靶材中心的銳角，約束弧斑在靶面中心運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)等離子體可以高效的傳輸，同時(shí)較強(qiáng)的軸向?qū)б艌?chǎng)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度，一定程度上過(guò)濾大顆粒。隨著軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，耦合磁場(chǎng)在靶面逐漸形成軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)位形，同時(shí)，拱形磁場(chǎng)的頂點(diǎn)逐漸向靶材邊緣靠近，拱形磁場(chǎng)能夠?qū)⒒“呦拗圃诠靶未艌?chǎng)區(qū)域內(nèi)，因此，弧斑隨著耦合磁場(chǎng)的變化，逐漸向靶材邊緣擴(kuò)展。同實(shí)施例5，同向聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)周期性的變化，同樣使得弧斑在整個(gè)靶面螺旋掃描運(yùn)動(dòng)，提高靶材的利用率。同時(shí)，隨著軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)中的聚焦導(dǎo)引分量略有減弱，但此時(shí)弧斑向外擴(kuò)展，減小了顆粒發(fā)射，提高了靶材刻蝕面積。兩種弧斑運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)動(dòng)態(tài)疊加，可以動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)，該沉積模式也是值得推廣的一種稱合模式。實(shí)施例8:圖18是本實(shí)用新型實(shí)施例8動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合同向靜態(tài)聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置示意圖。與實(shí)施例7結(jié)構(gòu)類(lèi)似，磁場(chǎng)變化方式也類(lèi)似，所不同的是動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)與靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)極性相同。圖19 (a)-圖19 (i)是實(shí)施例8同向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯觯诰劢?軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I較弱的時(shí)候，耦合磁場(chǎng)中聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)的分量比較大，與靶面形成指向靶材中心的銳角，約束弧斑在靶面中心運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)等離子體可以高效的傳輸，此情況與實(shí)施例7類(lèi)似。所不同的是，隨著軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)的增強(qiáng)，耦合磁場(chǎng)在靶面沒(méi)有逐漸形成閉合的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)位形，反而形成了對(duì)稱發(fā)散的尖角磁場(chǎng)位形，該尖角磁場(chǎng)與靶面形成兩個(gè)銳角，此情況類(lèi)似只有聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)存在的磁場(chǎng)與靶面夾角狀態(tài)，尖角磁場(chǎng)在靶面曾環(huán)形對(duì)稱分布，兩個(gè)銳角在銳角法則作用下約束弧班在尖角磁場(chǎng)的中心區(qū)域運(yùn)動(dòng)，此情況類(lèi)似拱形磁場(chǎng)的作用。隨著聚焦(軸向)導(dǎo)引磁場(chǎng)I的增強(qiáng)，尖角磁場(chǎng)的中心逐漸向靶材邊緣靠近，因此，弧斑隨著耦合磁場(chǎng)的變化，逐漸向靶材邊緣擴(kuò)展。同實(shí)施例7，同向軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)周期性的變化，同樣使得弧斑在整個(gè)靶面螺旋掃描運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)的控制弧斑運(yùn)動(dòng)，改善弧斑放電狀態(tài)，提高靶材的利用率。同時(shí)可以看出，隨著軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)的變化，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)變化不大，可以保持等離子體穩(wěn)定的高效傳輸。實(shí)施例8相比實(shí)施例7，等離子體傳輸?shù)目臻g時(shí)間穩(wěn)定性更好，是一種綜合效果較佳的非平衡電弧離子鍍工藝模式。
權(quán)利要求1.高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，所述高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置設(shè)有動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、靶材、靶材底座，靶材安裝于靶材底座上；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置和聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置構(gòu)成，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由放置于靶材后面的高導(dǎo)磁率磁軛及與磁軛同軸放置的電磁線圈組成，或者由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體配合磁軛組成；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面；動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向弓I導(dǎo)磁場(chǎng)形成或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向引導(dǎo)磁場(chǎng)形成。
2.按照權(quán)利要求1所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，磁軛為單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；磁軛放置于靶材后面的靶座內(nèi)部，與靶材同軸放置；電磁線圈圍套在靶材底座周?chē)蛘叻胖糜诎凶鶅?nèi)部，與磁軛同軸放置；磁軛略高于線圈或與線圈平齊。
3.按照權(quán)利要求2所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為發(fā)散磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)I禹合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成或者由靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成；或者，軸對(duì)稱磁場(chǎng)位形為拱形磁場(chǎng)，動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的靜態(tài)軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)的聚焦軸向弓I導(dǎo)磁場(chǎng)形成或者由強(qiáng)度周期性變化的軸對(duì)稱拱形磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度一定的聚焦軸向弓I導(dǎo)磁場(chǎng)形成。
4.按照權(quán)利要求1所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在弧源與爐體之間的法蘭上，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置的位置可調(diào)。
5.按照權(quán)利要求1、2或4所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈由漆包線繞制在線圈骨架上，線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，磁軛由高磁導(dǎo)率的鍍鎳純鐵制作；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由漆包線繞制的電磁線圈組成，線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)。
6.按照權(quán)利要求1所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，動(dòng)態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通交流電產(chǎn)生，在靶面形成磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷變化的軸對(duì)稱磁場(chǎng)，軸對(duì)稱磁場(chǎng)與靶面相交形成指向靶材邊緣的夾角或者在靶面形成彎曲的拱形磁場(chǎng)位形；靜態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通直流電產(chǎn)生，與靶面形成指向靶面中心的夾角，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制。
7.按照權(quán)利要求1所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)由靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)疊加動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)形成，靜態(tài)軸對(duì)稱磁場(chǎng)由軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通直流電產(chǎn)生，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制，或者單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體組配合磁軛產(chǎn)生；動(dòng)態(tài)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈通交流電產(chǎn)生，與靜態(tài)軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)稱合形成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，交流電形式為頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波或正弦波，交變電流電壓幅度可調(diào)，偏置電流電壓幅度可調(diào)；交流電發(fā)生電源采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，或電晶體放大方式，或PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)， 交流電發(fā)生電源實(shí)現(xiàn)多種波形、實(shí)現(xiàn)高低頻不同頻段變頻控制。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的線圈單獨(dú)調(diào)節(jié)或者共同調(diào)節(jié)，兩者之間通同向或者反向電流；通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中線圈電流大小調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)節(jié)軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置與聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中線圈交變電流的頻率調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)耦合磁場(chǎng)的頻率；線圈的電流形式是頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、半正弦波或正弦波，實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的多種控制方式。
10.按照權(quán)利要求1所述的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置，其特征在于，靶材直接水冷或者間接水冷，直接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在靶材底柱圓筒之間冷卻水中或者冷卻水通道外靶材底柱圓筒之間，間接水冷的軸對(duì)稱發(fā)生裝置中的磁軛放在冷卻水通道外底柱圓 筒之間。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及表面防護(hù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種改善電弧離子鍍沉積工藝的高效動(dòng)態(tài)耦合磁控弧源裝置。該裝置的軸對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由放置于靶材后面的高導(dǎo)磁率磁軛及與磁軛同軸放置的電磁線圈組成，或者由單個(gè)或兩個(gè)以上永久磁體配合磁軛組成；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面；本實(shí)用新型通過(guò)兩組磁場(chǎng)發(fā)生裝置配合使用，在靶面上形成動(dòng)態(tài)分布的耦合磁場(chǎng)，達(dá)到改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，控制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高靶材刻蝕均勻性和靶材利用率，減少靶材大顆粒的發(fā)射，提高等離子體傳輸效率，用以制備高質(zhì)量的薄膜的目的。
文檔編號(hào)C23C14/32GK202945315SQ201220572749
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者郎文昌, 王向紅, 李明霞, 高斌, 吳百中 申請(qǐng)人:溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院