專利名稱：一種二極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及薄膜與涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是ー種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置。
背景技術(shù)：
電弧離子鍍膜技術(shù)是當(dāng)今一種先進(jìn)的離子鍍膜技術(shù)，由于其結(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)，使電弧離子鍍技術(shù)得到快速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用，展示出很大的經(jīng)濟(jì)效益和エ業(yè)應(yīng)用前景，特別是在裝飾鍍和エ模具鍍市場(chǎng)領(lǐng)域到處可以看到電弧離子鍍的蹤影。但是大顆粒的噴射造成了薄膜表面污染，導(dǎo)致表面的粗糙度增大而降低薄膜的光澤，對(duì)裝飾及抗磨應(yīng)用帶來(lái)不利影響，嚴(yán)重影響薄膜的質(zhì)量，導(dǎo)致鍍層附著力降低并出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，鍍層嚴(yán)重不均勻等。電弧離子鍍高離化率，低溫沉積的突出優(yōu)點(diǎn)使其在エ模具鍍上展現(xiàn)出其他鍍膜方式所不具備的優(yōu)勢(shì)，但是電弧放電的特點(diǎn)使得大顆粒的存在成為エ模具鍍的阻礙，也成為阻礙電弧離子鍍技術(shù)更深入廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。目前，應(yīng)用比較多而且效果比較好的措施是磁過(guò)濾，磁過(guò)濾技術(shù)的采用，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)程的損失，沉積速率也大幅度降低，目前等離子體的傳輸效率最高也僅有25%，導(dǎo)致了原材料的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率降低，電弧離子鍍的優(yōu)點(diǎn)就是沉積速率快，這也是該技術(shù)在エ業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的原因之一，不能為了減少部分大顆粒而來(lái)?yè)p失這個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，這也是磁過(guò)濾技術(shù)不能エ業(yè)化的重要原因。因此，必須突破性的想辦法從源頭解決電弧離子鍍大顆粒的問(wèn)題。電弧自持放電的必要條件是有持續(xù)大量的有效電子發(fā)射，從電子發(fā)射機(jī)理分析，大量電子發(fā)射發(fā)生的必要條件是有大量的電子能夠越過(guò)金屬表面勢(shì)壘與費(fèi)米能級(jí)之間的勢(shì)壘高度(逸出功)，這種情況發(fā)生在兩種狀態(tài)下，ー是熱陰極電子發(fā)散，即金屬表面有大量的高能態(tài)電子(大于逸出功)存在，高能態(tài)電子的數(shù)量隨著金屬的溫度升高而增加，亦即熱電子發(fā)散的效應(yīng)越明顯；另外一種是降低表面勢(shì)壘即降低電子的逸出功，即提高陰極表面的外加電場(chǎng)強(qiáng)度，表面勢(shì)壘高度的降低值隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度的升高而増大。而陰極附近空間的正電荷密度決定了陰極處的電場(chǎng)強(qiáng)度，正離子電荷密度的増加促進(jìn)了電場(chǎng)強(qiáng)度的増加，在冷陰極情況下，為了形成有效的電子發(fā)散，維持弧光放電，電流的集中放電是最有效的途徑。集中放電一方面可以將陰極局部加熱到聞溫狀態(tài)，提聞聞能態(tài)電子的數(shù)量，另一方面可以在局部形成聞密度的正電荷銷層，提聞局部的電場(chǎng)強(qiáng)度，降低功函數(shù)，促進(jìn)電子的大量發(fā)射。而一般電弧離子鍍所用的弧源是冷陰極弧源，這種弧源中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。在陰極弧斑放電中，只有那些溫度最高(離子轟擊和電阻熱效應(yīng))，電場(chǎng)最強(qiáng)，或者逸出功最低的微小區(qū)才能發(fā)射大量的電子，只有最有效的大量的電子發(fā)射才能維持弧斑的存在。因此觀察到的弧斑的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是弧斑最有效位置的移動(dòng)，更確切的說(shuō)是正電荷密度最大值的位置的移動(dòng)引起新弧斑的形成、舊弧斑的熄滅造成了弧斑的運(yùn)動(dòng)。而正是由于電弧離子鍍陰極斑點(diǎn)的尺寸很小，功率密度非常高，所以陰極斑點(diǎn)在作為強(qiáng)烈的電子，金屬原子、離子和高速金屬蒸汽發(fā)射源的同時(shí)，也不斷的噴射金屬大顆粒。而這種現(xiàn)象在大面積的熱陰極弧光放電條件下一般是不存在的(功率密度低，沒(méi)達(dá)到熔化狀態(tài))，只有在局部的高功率密度的放電情況下，由于形成了較大的熔池，在局部壓カ和離子轟擊作用下，才造成了大顆粒的噴射。從電弧離子鍍液滴的產(chǎn)生機(jī)制可知，欲減少大顆粒的發(fā)射，就應(yīng)當(dāng)避免靶材局部過(guò)熱產(chǎn)生較大較深的弧斑熔池和局部的離子轟擊。因此，必須采用一定的方式控制弧斑的運(yùn)動(dòng)以及改善弧斑的放電形式，提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，縮短弧斑在一點(diǎn)的停留時(shí)間，降低局部的功率密度和高密度離子轟擊。國(guó)際上比較流行的受控電弧離子鍍膜，從原理上說(shuō)，就是在弧源上加入ー適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)，來(lái)控制和提高陰極弧斑在陰極表面的運(yùn)動(dòng)速度。同時(shí)，可以理解為將功率密度從局部點(diǎn)狀態(tài)改變?yōu)榫€狀態(tài)(同一時(shí)間段)，降低了局部的功率密度和高密度離子轟擊，從而一定程度地減少液滴量、減小液滴尺寸、提高膜層壽命，并使ー些普通真空電弧離子鍍膜(又叫自由電弧離子鍍膜，弧斑在陰極表面自由地運(yùn)動(dòng))不能實(shí)現(xiàn)或很難實(shí)現(xiàn)的蒸鍍成為現(xiàn)實(shí)。受控電弧離子鍍膜是真空電弧離子鍍膜的進(jìn)ー步發(fā)展，也是真空電弧離子鍍膜技術(shù)發(fā)展的必然方向。雖然受控電弧離子鍍可以實(shí)現(xiàn)對(duì)弧斑的有效控制，限制弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡，部分的減少電弧大顆粒，但是并沒(méi)有有效的改善弧斑的放電形式，弧源依然是具有陰極輝點(diǎn)的冷陰極電弧源，是ー種分立的電弧源，這種電弧源是產(chǎn)生大顆粒的根本原因。同時(shí)，這種技術(shù)使得弧斑被限制在一定的位置處，長(zhǎng)時(shí)間刻蝕會(huì)在靶面形成刻蝕軌道，浪費(fèi)靶材，而且遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到制備精細(xì)功能薄膜的要求。目前，國(guó)際還有一些動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的弧源設(shè)計(jì)，如Ramalingam在專利W08503954和US4，673，477中提出了一種在靶材后旋轉(zhuǎn)永磁體的弧源，以及動(dòng)態(tài)改變包括國(guó)內(nèi)最近剛出現(xiàn)的第四代弧源技術(shù)，主要原理都是動(dòng)態(tài)地變換磁場(chǎng)在靶面的局域性分布，從而改變祀面磁場(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。目前動(dòng)態(tài)方法主要分電磁式和機(jī)械式，主要原理都是動(dòng)態(tài)地變換磁場(chǎng)在祀面的局域性分布，從而改變祀面磁場(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。其中，機(jī)械式是通過(guò)移動(dòng)磁體和移動(dòng)靶材兩種方法，其中移動(dòng)模式又分為旋轉(zhuǎn)和往復(fù)移動(dòng)兩種方式。動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)可以基本實(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，但是這種方法往往需要增加一套復(fù)雜的電磁或者機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。通過(guò)磁場(chǎng)橫向分量位置的改變來(lái)擴(kuò)大弧斑在靶面上分布的面積，只是為了提高部分靶材利用率，實(shí)現(xiàn)大面積均勻鍍膜而設(shè)計(jì)，沒(méi)有從根本上改善電弧的放電方式，弧斑還是隨著磁場(chǎng)位置的變化而局域性的移動(dòng)，依然是電流集中的弧斑放電，大顆粒的問(wèn)題依然存在。而且磁場(chǎng)的大小在不斷的變化，弧斑的運(yùn)動(dòng)速度不穩(wěn)定，也在不斷的波動(dòng)，不能對(duì)大顆粒進(jìn)行有效的控制，不利于均勻性鍍膜。所有這些弧源都是具有陰極輝點(diǎn)的冷陰極電弧源，是ー種分立的電弧源，這種電弧源是產(chǎn)生大顆粒的根本原因，不能有效地改善弧斑的放電形式，而且遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到制備精細(xì)功能薄膜的要求。中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào):ZL200810010762.4)提出了ー種利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的電弧離子鍍裝置，置于真空室外的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置套在圍繞于靶材之外的法蘭套或者爐體管道上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)。該專利突破了傳統(tǒng)的靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)以及機(jī)械式的動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)思路，提供一種可調(diào)速調(diào)幅的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的電弧離子鍍裝置，用以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。但是該專利的電弧離子鍍裝置沒(méi)有針對(duì)具體尺寸的靶材進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)合適的磁場(chǎng)形式?jīng)]有進(jìn)行表明，研究發(fā)現(xiàn)并非任何旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形式都能對(duì)弧斑進(jìn)行有效的控制；該發(fā)明依然靠動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有給出實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧源的核心要點(diǎn)；該發(fā)明沒(méi)有對(duì)具體的弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置整個(gè)套在圍繞于靶材之外的法蘭套上，磁場(chǎng)漏磁嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)體積龐大，不緊湊，不利于鍍膜整機(jī)設(shè)計(jì)安排；最主要的是該發(fā)明只利用旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)約束弧斑放電，對(duì)等離子體的傳輸不利，大大降低了弧光等離子體的傳輸效率，大部分的等離子體約束在靶面附近，造成了沉積不均勻性和速率降低。因此，本實(shí)用新型進(jìn)ー步創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)直徑60_150mm的圓形靶材，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了一種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的設(shè)計(jì)方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種利于整機(jī)設(shè)計(jì)的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，用以改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，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，提高等離子體的傳輸效率。本實(shí)用新型的技術(shù)原理是:本實(shí)用新型通過(guò)覆蓋整個(gè)靶面的頻率和強(qiáng)度可調(diào)的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)，徑向磁場(chǎng)使弧斑逆安培法則沿垂直徑向磁場(chǎng)方向倒退直線運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的可控弧源設(shè)計(jì)都是降徑向磁場(chǎng)限制在一定的范圍內(nèi)，通過(guò)銳角法則限制弧斑在一定的徑向磁場(chǎng)范圍內(nèi)倒退直線運(yùn)動(dòng)，而在靶面一定范圍內(nèi)沿徑向磁場(chǎng)方向隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，弧斑在徑向磁場(chǎng)環(huán)內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)提高了弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，降低了弧斑在一點(diǎn)的停留時(shí)間，將點(diǎn)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榫€分布，降低了弧斑的功率密度，減少了大顆粒的發(fā)射，但長(zhǎng)時(shí)間的刻蝕容易形成刻蝕坑。而通過(guò)覆蓋整個(gè)靶面的ニ極徑向磁場(chǎng)，則弧斑沿垂直徑向磁場(chǎng)方向倒退直線運(yùn)動(dòng)，沿徑向磁場(chǎng)方向隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，由于該徑向磁場(chǎng)沒(méi)有限制在一定的范圍內(nèi)，而是覆蓋整個(gè)靶面，因此弧斑沿徑向磁場(chǎng)方向的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)也是沿整個(gè)靶面的。同時(shí)，ニ極徑向磁場(chǎng)的高頻旋轉(zhuǎn)，將使得弧斑也疊加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此弧斑在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合作用下，將使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度。而旋轉(zhuǎn)的徑向磁場(chǎng)可以約束靶面前等離子體，約束電子和離子的運(yùn)動(dòng)，提高靶面前電子密度大大增加，促進(jìn)粒子間碰撞，提高離子密度和離化率，進(jìn)ー步加強(qiáng)了離子對(duì)靶面的轟擊效果，但是該轟擊效果的增強(qiáng)是分布在整個(gè)靶面的，促進(jìn)了靶面的熱場(chǎng)電子發(fā)射，提高了有效電子量，而使得弧斑一點(diǎn)集中的高功率密度發(fā)射(產(chǎn)生大顆粒的原因)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)靶面均勻的低功率密度的熱場(chǎng)電子發(fā)射，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大降低顆粒的發(fā)射，同時(shí)提高蒸發(fā)效果和離化效果。但是，徑向磁場(chǎng)有約束等離子體的效應(yīng)，因此進(jìn)一歩通過(guò)靶材前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出，提高其傳輸效率?；谏鲜黾夹g(shù)原理，本實(shí)用新型技術(shù)方案是:一種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，所述ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置設(shè)有ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、法蘭套、法蘭套屏蔽罩、靶材底盤(pán)、永久磁體裝置、弓丨弧裝置；靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盤(pán)和永久磁體裝置形成弧源頭；法蘭套、法蘭套絕緣套、ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛和法蘭套屏蔽罩形成控制磁場(chǎng)組；弧源頭通過(guò)靶材底盤(pán)與法蘭套底部進(jìn)行連接，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭套前部的法蘭盤(pán)與爐體進(jìn)行連接；法蘭套的外側(cè)設(shè)有法蘭套絕緣套，法蘭套絕緣套的外側(cè)設(shè)有ニ極旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)發(fā)生裝置、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛；法蘭套中設(shè)有法蘭套冷卻水通道，法蘭套底部開(kāi)有與冷卻水通道相通的法蘭套出水ロ、法蘭套進(jìn)水ロ，法蘭套冷卻水通道的一端設(shè)置環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有法蘭連接孔；靶材通過(guò)連接螺紋安裝于靶材底座上，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置圍套在法蘭套外，與靶材同軸放置，與法蘭套之間通過(guò)絕緣套保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材周圍，其中心高于靶材表面，位置可移動(dòng)；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置前端，底部安裝同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)側(cè)開(kāi)有槽隙；法蘭套外圍設(shè)置法蘭套屏蔽罩，通過(guò)法蘭套屏蔽罩對(duì)內(nèi)部的磁場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)行保護(hù)；靶材底座底盤(pán)嵌套在靶材底座外，通過(guò)絕緣套進(jìn)行密封保護(hù)，永久磁體裝置安裝在靶材底座內(nèi)部空心位置，與靶材底座底部通過(guò)螺紋連接，靶材底座外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩，通過(guò)靶材底座屏蔽罩對(duì)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)；靶材底座中設(shè)有靶材底座冷卻水通道，靶材底座冷卻水通道分別與靶材底座進(jìn)水ロ、靶材底座出水ロ相通；靶材底座底盤(pán)靠近靶材底座位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔，引弧裝置設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置的一端與靶材相對(duì)應(yīng)；靶材底座底盤(pán)周邊開(kāi)有靶材底座底盤(pán)連接孔,靶材底座底盤(pán)通過(guò)靶材底座底盤(pán)連接孔與法蘭套連接。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，由多磁極鐵芯骨架及漆包線繞組組成，鐵芯由厚0.35-0.5mm的環(huán)形硅鋼片疊壓而成，鐵芯內(nèi)圓開(kāi)有嵌放繞組線圈的槽，槽形有開(kāi)ロ、半開(kāi)ロ或半閉ロ形式，槽數(shù)有24、36、48、54或72，鐵芯內(nèi)徑按法蘭套尺寸選擇，大于法蘭套外徑，鐵芯外徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇，通過(guò)絕緣套圍套在法蘭套上；硅鋼片的表面涂有耐高壓絕緣漆，鐵芯材料采用冷軋或熱軋硅鋼或者采用非晶導(dǎo)磁材料。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的漆包線繞組線圈采用聚氨酯漆包銅線或者鋁線繞制，按ニ極磁場(chǎng)規(guī)律連接成對(duì)稱的三相繞制；繞組的連接方式有單層、雙層或單雙層混合，繞組端部的接線方式采用疊式或者波式，繞組的端部形狀采用鏈?zhǔn)?、交叉式、同心式或疊式；對(duì)于36槽以上磁極鐵芯的繞組采用倍極比正規(guī)分布、A /2Y接法的雙速繞組；每相由2個(gè)六聯(lián)組構(gòu)成，2極為60相帶顯極布線，兩相之間極性相反；將其中一半線圈組反向獲得120相帶的4極繞組，即4極時(shí)所有線圈極性相同，并用一路A形連接；繞組引出線為6根、三相中間抽頭的端線2U、2V、2W空置不接，電源從4U、4V、4W進(jìn)入，產(chǎn)生ニ極徑向磁場(chǎng)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的漆包線繞組采用相位差為120°的三相變頻正弦交流電源激勵(lì)，電流頻率和電壓?jiǎn)为?dú)調(diào)節(jié)，電壓范圍為0-380V，頻率范圍為10-500HZ，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)電流頻率調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，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，電磁線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)線圈通過(guò)法蘭套絕緣套與法蘭套絕緣保護(hù)，放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置前段，其底部連接ー個(gè)環(huán)形鐵芯磁軛；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的線圈通直流電，通過(guò)電流大小調(diào)節(jié)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，法蘭套由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法蘭套與靶材三者之間同軸，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在法蘭套上的位置可調(diào)；法蘭套截面單邊形狀為L(zhǎng)形，中間冷卻水通道由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，中間冷卻水通道上部焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)內(nèi)徑與法蘭套內(nèi)徑平齊，外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有6-8個(gè)連接孔，通過(guò)連接孔將法蘭套整體與爐體連接；中間冷卻水通道下部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與法蘭套一致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋為通孔，作為進(jìn)、出水ロ，另外6個(gè)作為弧源頭連接孔。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，靶材底座為不導(dǎo)磁的雙層不銹鋼內(nèi)筒和外筒同軸圍套組成中空的筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒上部為封閉圓盤(pán)，內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)為永久磁體裝置的安裝位置；外筒上部為臺(tái)階形封閉圓盤(pán)，臺(tái)階高度與靶材連接螺紋高度一致，臺(tái)階外環(huán)有連接螺紋，靶材通過(guò)臺(tái)階螺紋連接在靶材底座上；臺(tái)階上部圓盤(pán)外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺(tái)階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒外徑與靶材外徑一致，外筒壁上有靶材底座密封圈槽，通過(guò)絕緣套與靶材底盤(pán)裝配；外筒與內(nèi)筒中間形成靶材底座冷卻水通道，內(nèi)筒上部與外筒上部留有空隙；靶材底座底部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對(duì)稱開(kāi)有兩個(gè)通孔，作為進(jìn)出水ロ ；法蘭環(huán)底部焊接一端子，作為陰極電源接頭。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，靶材底座屏蔽罩為ー涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，圓筒上端焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)，通過(guò)該法蘭盤(pán)將屏蔽罩安裝在靶材底盤(pán)上；屏蔽罩筒底部與靶材底座進(jìn)出水孔以及電源接頭對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有三個(gè)孔，屏蔽罩筒底部中間有圓盤(pán)，圓盤(pán)中間開(kāi)有一螺紋孔，永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與該螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，靶材底座底盤(pán)周邊開(kāi)有8個(gè)連接孔，與法蘭環(huán)底部8個(gè)螺紋孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)其中6個(gè)連接孔將弧源頭與控制磁場(chǎng)組中的法蘭套底部連接；另外兩個(gè)連接孔與法蘭套進(jìn)水ロ、法蘭套出水ロ對(duì)應(yīng)，靶材底座底盤(pán)靠近靶材底座位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高磁導(dǎo)率塊體材料組合而成，磁軛形狀為圓盤(pán)形、圓環(huán)形、錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與靶材底座底部的螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)。所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，引弧裝置采用氣動(dòng)機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過(guò)靶材底座底盤(pán)上的引弧裝置安裝孔安裝。本實(shí)用新型的有益效果是:1、本實(shí)用新型在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合作用下，使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，提高離子密度和離化率，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大降低顆粒的發(fā)射，同時(shí)提高蒸發(fā)效果和離化效果。同時(shí)進(jìn)一歩通過(guò)靶材前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出，提高其傳輸效率。2、本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)的冷陰極離子鍍裝置磁場(chǎng)設(shè)計(jì)思路，對(duì)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)直徑60-150mm的圓形靶材，提供一種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，用以改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，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，提高等離子體的傳輸效率，利于整機(jī)設(shè)計(jì)，促進(jìn)工具鍍膜和裝飾鍍膜的發(fā)展。

圖1是ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體結(jié)構(gòu)ニ維示意圖。圖2為不帶法蘭套屏蔽罩的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維示意圖。圖3是ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與弧源及法蘭之間的位置結(jié)構(gòu)俯視圖。圖4(a)-圖4(b)是ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)與截面磁場(chǎng)分布示意圖。其中，圖4(a)是磁場(chǎng)發(fā)生裝置三維結(jié)構(gòu)及排線分布示意圖；圖4(13)是ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)截面瞬態(tài)磁場(chǎng)分布示意圖。圖5是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的弧源頭三維立體剖面圖。圖6是實(shí)施例1不帶法蘭套屏蔽罩的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維立體剖面圖。圖7是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的弧源頭三維立體效果圖。圖8 (a)-圖8 (b)是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置頭靶材底座與靶材的三維結(jié)構(gòu)圖。其中，圖8(a)是剖面內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖8(13)是外形結(jié)構(gòu)。圖9 (a)-圖9 (C)是實(shí)施例2 ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)與靶材后端的永久磁鐵的軸向磁場(chǎng)耦合的磁場(chǎng)瞬態(tài)分布示意圖。其中，圖9(a)是沒(méi)有靶材后端軸向磁場(chǎng)耦合的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在祀材截面上的瞬態(tài)分布圖；圖9(13)是I禹合了祀材后端軸向磁場(chǎng)的指向祀材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面上的瞬態(tài)分布圖；圖9(0)是耦合了靶材后端軸向磁場(chǎng)的與圖9(b)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面上的瞬態(tài)分布圖。圖10(a)-圖10(d)是實(shí)施例3 ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)與軸向聚焦引導(dǎo)磁場(chǎng)耦合的磁場(chǎng)瞬態(tài)分布示意圖。其中，圖10(a)是無(wú)聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，指向祀材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在祀材截面及I禹合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖10(b)是無(wú)聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí),在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下,與圖10(a)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及耦合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖10(c)是有聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，指向祀材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及耦合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖10(d)是有聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，與圖10(c)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及率禹合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖11是實(shí)施例4配置了 12套ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的離子鍍膜機(jī)整機(jī)效果圖。圖12 (a)-圖12 (b)是實(shí)施例4 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的內(nèi)部效果圖。其中，圖12(a)是立體圖ー(帶有ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12和軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13);圖12(b)是立體圖ニ。圖13(a)-圖13(b)是實(shí)施例4 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的外部效果圖。其中，圖13(a)是立體圖ー；圖13(b)是立體圖ニ。圖中，I靶材；2連接螺紋；3靶材底座絕緣套；4靶材底座底盤(pán)；5靶材底座；6靶材底座屏蔽罩；7靶材底座冷卻水通道；8法蘭套絕緣套；9法蘭盤(pán)；10法蘭套冷卻水通道；11法蘭套屏蔽罩；12 ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置；13軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置；14聚焦磁場(chǎng)磁軛；15引弧裝置；16法蘭套進(jìn)水口 ；17法蘭套出水ロ ；18靶材底座出水ロ ；19靶材底座進(jìn)水口 ；20永久磁體裝置；21法蘭連接孔；22靶材底座底盤(pán)連接孔；23聚焦磁力線；24引弧裝置安裝孔；25電源接頭；26永久磁體裝置安裝孔；27旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置槽隙；28靶材底座密封圈槽；29法蘭套；30內(nèi)筒；31外筒。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)的冷陰極離子鍍裝置磁場(chǎng)設(shè)計(jì)思路，對(duì)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)直徑60-150mm的圓形靶材，提供一種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置。圖1是ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體結(jié)構(gòu)ニ維示意圖，圖2為不帶法蘭套屏蔽罩的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維示意圖。從圖可以看出，ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置由弧源頭與控制磁場(chǎng)組組成，弧源頭包括靶材1、靶材底座5、靶材底座屏蔽罩6、靶材底盤(pán)4、引弧裝置15和永久磁體裝置20，控制磁場(chǎng)組包括法蘭套29、法蘭套絕緣套8、ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛14和法蘭套屏蔽罩11，弧源頭通過(guò)靶材底盤(pán)4與法蘭套29底部進(jìn)行連接，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭套29前部的法蘭盤(pán)9與爐體進(jìn)行連接，控制磁場(chǎng)組中的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生聚焦磁力線23。法蘭套29的外側(cè)設(shè)有法蘭套絕緣套8，法蘭套絕緣套8的外側(cè)設(shè)有ニ極旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)發(fā)生裝置12、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛14，法蘭套29中設(shè)有法蘭套冷卻水通道10，法蘭套29底部開(kāi)有與法蘭套冷卻水通道10相通的法蘭套出水ロ17、法蘭套進(jìn)水口 16，法蘭套冷卻水通道10的一端設(shè)置環(huán)形法蘭盤(pán)9，法蘭盤(pán)9邊緣開(kāi)有法蘭連接孔21。靶材I通過(guò)連接螺紋2安裝于靶材底座5上，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13圍套在法蘭套29タト，與靶材I同軸放置，與法蘭套29之間通過(guò)法蘭套絕緣套8保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12放置于靶材I周圍，其中心略高于靶材I表面，位置可移動(dòng)；軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12前端，底部安裝同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛14，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12內(nèi)側(cè)開(kāi)有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置槽隙27 ;法蘭套29外圍設(shè)置法蘭套屏蔽罩11，通過(guò)法蘭套屏蔽罩11對(duì)內(nèi)部的磁場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)行保護(hù)。靶材底座底盤(pán)4嵌套在靶材底座5タト，通過(guò)靶材底座絕緣套3進(jìn)行密封保護(hù)，永久磁體裝置20安裝在靶材底座5內(nèi)部空心位置，與靶材底座5底部通過(guò)永久磁體裝置安裝孔26螺紋連接，靶材底座5外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩6，通過(guò)靶材底座屏蔽罩
6對(duì)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)。靶材底座5中設(shè)有靶材底座冷卻水通道7，靶材底座冷卻水通道7分別與靶材底座進(jìn)水口 19、靶材底座出水ロ 18相通。靶材底座底盤(pán)4靠近靶材底座5位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔24，引弧裝置15設(shè)置于引弧裝置安裝孔24中，引弧裝置15的一端與靶材I相對(duì)應(yīng)。靶材底座底盤(pán)4周邊開(kāi)有靶材底座底盤(pán)連接孔22，靶材底座底盤(pán)4通過(guò)靶材底座底盤(pán)連接孔22與法蘭套29連接。圖3是ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與弧源及法蘭套之間的位置結(jié)構(gòu)俯視圖。本實(shí)用新型實(shí)施例1的ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12由多磁極(12n，n為整數(shù)，n ^ 2)鐵芯骨架及漆包線繞組組成，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12內(nèi)側(cè)開(kāi)有槽隙27，引弧裝置15的一端與靶材I相對(duì)應(yīng)。鐵芯由導(dǎo)磁率(2000 6000H/m)很高的，厚00.5mm的環(huán)形硅鋼片疊壓而成，鐵芯內(nèi)圓開(kāi)有嵌放繞組線圈的槽，槽形為半閉ロ形式，槽數(shù)為36，鐵芯內(nèi)徑為182mm，略大于法蘭套29外徑，鐵芯外徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇，通過(guò)絕緣套圍套在法蘭套29上；硅鋼片的表面涂有耐高壓絕緣漆，鐵芯材料采用冷軋硅鋼。ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12的漆包線繞組線圈采用高強(qiáng)度聚氨酯漆包銅線(QZY-2)繞制，采用倍極比正規(guī)分布、A/2Y接法的雙速繞組。每相由2個(gè)六聯(lián)組構(gòu)成，2極為60相帶顯極布線，兩相之間極性相反；將其中一半線圈組反向獲得120相帶的4極繞組，即4極時(shí)所有線圈極性相同，并用一路A形連接。繞組引出線為6根、三相中間抽頭的端線2U、2V、2W空置不接，電源從4U、4V、4W進(jìn)入，產(chǎn)生ニ極徑向磁場(chǎng)。圖4(a)是磁場(chǎng)發(fā)生裝置三維結(jié)構(gòu)及排 線分布示意圖，圖4(b)是ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)截面瞬態(tài)磁場(chǎng)分布示意圖，可以看出在ニ極徑向磁場(chǎng)發(fā)生裝置12中間的截面上磁場(chǎng)是完全覆蓋整個(gè)靶面的ニ極徑向磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的強(qiáng)度均勻，頻率和強(qiáng)度可調(diào)。ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12的漆包線繞組采用相位差為120°的三相變頻正弦交流電源激勵(lì)，電流頻率和電壓可單獨(dú)調(diào)節(jié)，電壓范圍為0-380V，頻率范圍為10-500HZ，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)電流頻率調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度；變頻電源以微處理器為核心，以PWM (脈沖寬度調(diào)制)方式制作，用主動(dòng)元件IGBT模塊設(shè)計(jì)，采用了數(shù)字分頻、D/A轉(zhuǎn)換、瞬時(shí)值反饋、正弦脈寬調(diào)制等技術(shù)制作，具有短路、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱等保護(hù)功能。通過(guò)覆蓋整個(gè)靶面的頻率和強(qiáng)度可調(diào)的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)，覆蓋整個(gè)靶面的徑向磁場(chǎng)使弧斑逆安培法則沿垂直徑向磁場(chǎng)方向倒退直線運(yùn)動(dòng)，而沿徑向磁場(chǎng)方向則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，由于該徑向磁場(chǎng)沒(méi)有限制在靶面的一定范圍內(nèi)，而是覆蓋整個(gè)靶面，因此弧斑沿徑向磁場(chǎng)方向的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)也是沿整個(gè)靶面的。同時(shí)，ニ極徑向磁場(chǎng)的高頻旋轉(zhuǎn)，將使得弧斑也疊加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此弧斑在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合作用下，將使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度。而旋轉(zhuǎn)的徑向磁場(chǎng)可以約束靶面前等離子體，約束電子和離子的運(yùn)動(dòng)，提高靶面前電子密度大大增加，促進(jìn)粒子間碰撞，提高離子密度和離化率，進(jìn)ー步加強(qiáng)了離子對(duì)靶面的轟擊效果，但是該轟擊效果的增強(qiáng)是分布在整個(gè)靶面的，促進(jìn)了靶面的熱場(chǎng)電子發(fā)射，提高了有效電子量，而使得弧斑一點(diǎn)集中的高功率密度發(fā)射(產(chǎn)生大顆粒的原因)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麄€(gè)靶面均勻的低功率密度的熱場(chǎng)電子發(fā)射，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大降低顆粒的發(fā)射，同時(shí)提高蒸發(fā)效果和離化效果。但是，徑向磁場(chǎng)有約束等離子體的效應(yīng)，為了進(jìn)ー步提高等離子體的傳輸效率，通過(guò)靶材前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出。軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13由漆包線繞制的電磁線圈組成，電磁線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)線圈通過(guò)法蘭套絕緣套8與法蘭套29絕緣保護(hù)，放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12前段，其底部可連接ー個(gè)環(huán)形高磁導(dǎo)率(2000 6000H/m)的鐵芯同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛14，避免軸向聚焦磁場(chǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)的影響，軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置13中的線圈通直流電，通過(guò)電流大小調(diào)節(jié)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度。圖6是實(shí)施例1不帶法蘭套屏蔽罩的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維立體剖面圖。法蘭套29由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套29為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12、法蘭套29與靶材I三者之間同軸，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置12在法蘭套29上的位置可調(diào)。法蘭套29截面單邊形狀為L(zhǎng)形，中間法蘭套冷卻水通道10由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，法蘭套冷卻水通道10上部焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)9，法蘭盤(pán)9內(nèi)徑與法蘭套29內(nèi)徑平齊，法蘭盤(pán)9外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)9邊緣開(kāi)有6-8個(gè)法蘭連接孔21，通過(guò)法蘭連接孔21將法蘭套29整體與爐體連接；法蘭套冷卻水通道10下部連接ー較厚的不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與法蘭套29 —致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋為通孔，作為進(jìn)出水ロ，另外6個(gè)作為弧源頭連接孔。靶材底座底盤(pán)4周邊開(kāi)有8個(gè)靶材底座底盤(pán)連接孔22，與法蘭環(huán)底部8個(gè)螺紋孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)其中6個(gè)連接孔將弧源頭與控制磁場(chǎng)組中的法蘭套29底部連接；另外兩個(gè)連接孔與法蘭套進(jìn)水口 16、法蘭套出水ロ 17對(duì)應(yīng)。靶材底座底盤(pán)4靠近靶材底座5位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔24。圖5是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的弧源頭三維立體剖面圖，圖8 (a) - (b)是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置頭靶材底座與靶材的三維結(jié)構(gòu)圖，可以看出，靶材底座5為不導(dǎo)磁的雙層不銹鋼圓筒(內(nèi)筒30、外筒31)同軸圍套組成中空的筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒30上部為封閉圓盤(pán)，內(nèi)筒30的內(nèi)側(cè)空間為永久磁體裝置20的安裝位置，外筒31上部為臺(tái)階形封閉圓盤(pán)，臺(tái)階高度與靶材I連接螺紋高度一致，臺(tái)階外環(huán)有連接螺紋2，靶材通過(guò)臺(tái)階螺紋連接在靶材底座5上。臺(tái)階上部圓盤(pán)外徑與靶材I底部螺紋內(nèi)徑一致，臺(tái)階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒31外徑與靶材外徑一致，外筒31壁上有靶材底座密封圈槽28，通過(guò)絕緣套與靶材底盤(pán)裝配；外筒31與內(nèi)筒30中間形成靶材底座冷卻水通道7，內(nèi)筒30上部與外筒31上部留有一定的空隙，保證水流暢通。靶材底座5底部連接ー較厚的不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對(duì)稱開(kāi)有兩個(gè)通孔，作為靶材底座進(jìn)水ロ 19、靶材底座出水ロ 18 ;法蘭環(huán)底部焊接一端子，作為陰極電源接頭25。圖7是實(shí)施例1 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的弧源頭三維立體效果圖，可以看出，靶材底座屏蔽罩6為ー涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，圓筒上端焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)，通過(guò)該法蘭盤(pán)將靶材底座屏蔽罩6安裝在靶材底盤(pán)4上；靶材底座屏蔽罩6圓筒底部與靶材底座5的靶材底座進(jìn)水口 19、靶材底座出水ロ 18以及電源接頭對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有三個(gè)孔，靶材底座屏蔽罩6圓筒底部中間有ー較厚圓盤(pán),圓盤(pán)中間開(kāi)有一螺紋孔:永久磁體裝置安裝孔26,永久磁體裝置20通過(guò)連接桿螺紋與該螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。永久磁體裝置20由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接，永磁體由單個(gè)圓盤(pán)形釹鐵硼磁鐵組成。永久磁體裝置20放置于靶材I后端靶材底座5中間空隙內(nèi)，避免冷卻水退磁影響。引弧裝置15采用氣動(dòng)機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過(guò)靶材底座底盤(pán)4上的引弧裝置安裝孔24安裝。本實(shí)施例1結(jié)構(gòu)緊湊，等離子體傳輸效率高，可基本實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大改善弧斑的放電形式和工作穩(wěn)定性，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，提高等離子體的傳輸效率，同時(shí)利于整機(jī)設(shè)計(jì)，適合推廣，促進(jìn)工具鍍膜和裝飾鍍膜的發(fā)展。實(shí)施例2:本實(shí)用新型提供了多種磁場(chǎng)耦合的實(shí)施方案，實(shí)施例2是傳統(tǒng)靶材后端永久磁體裝置產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)與ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)耦合的實(shí)施方案，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)不參與耦合。圖9(a)-圖9(c)是實(shí)施例2 ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)與靶材后端的永久磁鐵的軸向磁場(chǎng)耦合的磁場(chǎng)瞬態(tài)分布示意圖，圖9(a)是沒(méi)有靶材后端軸向磁場(chǎng)耦合的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面上的瞬態(tài)分布圖，可以看出，在其他磁場(chǎng)不起作用的時(shí)候，靶材表面的ニ極徑向磁場(chǎng)完全平行于靶面，與靶材邊緣形成指向靶材內(nèi)部的鋭角。該ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的高速旋轉(zhuǎn)可以使得弧斑在整個(gè)靶面均勻放電，降低功率密度，減少大顆粒的發(fā)射。但是如果控制不當(dāng)，弧斑運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，而磁場(chǎng)強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)速度不匹配，則弧斑很容易跑到靶材外面滅弧，放電非常不穩(wěn)定。為了提高放電穩(wěn)定性，本實(shí)施例2采用了傳統(tǒng)的約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶材后端軸向磁場(chǎng)進(jìn)行磁場(chǎng)耦合。圖9(b)是耦合了靶材后端軸向磁場(chǎng)的指向靶材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面上的瞬態(tài)分布圖。圖9(c)是耦合了靶材后端軸向磁場(chǎng)的與圖9 (b)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面上的瞬態(tài)分布圖?？梢钥闯觯谝欢ǖ妮S向磁場(chǎng)強(qiáng)度下，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分布有一定的變化，磁場(chǎng)不再是完全平行于靶面的徑向磁場(chǎng)，而是形成與靶材有一定角度的尖角磁場(chǎng)，該尖角磁場(chǎng)與整個(gè)靶面形成ー個(gè)朝向的鋭角，而不是像拱形磁場(chǎng)那種兩個(gè)鋭角方向的情況，即靶面形成了旋轉(zhuǎn)的ニ極尖角磁場(chǎng)。尖角磁場(chǎng)的平行分量依然是徑向分量，使得弧斑沿垂直于徑向分量方向直線倒退運(yùn)動(dòng)，而同時(shí)，在鋭角法則作用下，弧斑在直線倒走的同時(shí)，疊加了沿徑向分量指引方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，及弧斑在沿徑向分量指引方向不再是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而是可控運(yùn)動(dòng)，可控運(yùn)動(dòng)提高了放電的可控性和穩(wěn)定性。同時(shí)，ニ極尖角磁場(chǎng)的高頻旋轉(zhuǎn)，將使得可控運(yùn)動(dòng)的弧斑疊加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此弧斑在一定軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度、一定的旋轉(zhuǎn)ニ極徑向磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合耦合作用下，將使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大降低顆粒的發(fā)射，同時(shí)耦合的磁場(chǎng)提高了放電穩(wěn)定性。本實(shí)施例2在傳統(tǒng)的軸向控制磁場(chǎng)基礎(chǔ)上，疊加了ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，形成的耦合磁場(chǎng)可以在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)的同時(shí)提高放電穩(wěn)定性。實(shí)施例3:雖然在一定的旋轉(zhuǎn)ニ極徑向磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合耦合作用下，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，但是徑向磁場(chǎng)有約束等離子體的效應(yīng)，為了進(jìn)ー步提高等離子體的傳輸效率，實(shí)施例3提供了通過(guò)靶材前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出的方案。實(shí)施例3是沒(méi)有傳統(tǒng)祀材后端永久磁體裝置產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)參與,ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與前端軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)耦合的實(shí)施方案。該方案有兩種情況，一種是無(wú)聚焦導(dǎo)引磁軛的情況，一種是有聚焦導(dǎo)引磁軛的情況。圖10(a)是無(wú)聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，指向靶材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及耦合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖10(b)是無(wú)聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，與圖10(a)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在祀材截面及I禹合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；其中圖10(c)是有聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，指向靶材一端的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及耦合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；圖10(d)是有聚焦導(dǎo)引磁軛時(shí)，在一定軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度下，與圖10(c)徑向磁場(chǎng)方向相反的ニ極旋轉(zhuǎn)徑向磁場(chǎng)在靶材截面及耦合磁場(chǎng)在傳輸空間的瞬態(tài)分布圖；可以看出，軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)改變了磁場(chǎng)在傳輸空間的分布，提高了傳輸空間的軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度，即可以實(shí)現(xiàn)非平衡的準(zhǔn)擴(kuò)散弧鍍膜エ藝，在降低放電功率密度減少大顆粒發(fā)射的同時(shí)，降低等離子體的靶面約束，提高了等離子體向傳輸空間輸運(yùn)的效率和密度，而且是非常有效的。同時(shí)可以看出，軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)的參與，改變了ニ極徑向磁場(chǎng)的狀態(tài)，即形成類似實(shí)施例2的與靶面形成一定鋭角的尖角磁場(chǎng)，在沒(méi)有聚焦導(dǎo)引磁軛的時(shí)候，軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)可以很大程度影響ニ極徑向磁場(chǎng)，對(duì)于比較大的靶材，甚至形成兩個(gè)尖角，使得弧斑鋭角漂移運(yùn)動(dòng)的軌跡縮短，容易滅弧。而在有聚焦導(dǎo)引磁軛的時(shí)候，軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)大部分被磁軛約束，對(duì)祀面ニ極徑向磁場(chǎng)的影響較小，基本上形成鋭角幅度不大的變形，而且只形成ー個(gè)方向的鋭角，類似實(shí)施例2的情況。這樣既可以提高放電穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，同時(shí)又可以提高等離子體傳輸效率。因此，本方案實(shí)施例提供了ー個(gè)傳輸高效的，穩(wěn)定放電的，準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)的弧源方案。實(shí)施例4:對(duì)于エ業(yè)鍍膜生產(chǎn)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、大面積均勻性、高效性都是必須考慮的。而單獨(dú)的弧源前段的等離子體分布都是不均勻的，為了提高等離子體均勻性和覆蓋率，整機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)弧源的安排都是有一定規(guī)律，一般要形成交叉分布的。如果等離子體窗ロ直徑太小，或者交叉區(qū)域不明顯，很難實(shí)現(xiàn)エ業(yè)化均勻鍍膜生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率和均勻性大大降低。這也是磁過(guò)濾不能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的原因之一，磁過(guò)濾裝置體積龐大，很難在ー個(gè)爐體實(shí)現(xiàn)密集的分布，因此等離子體傳輸窗ロ窄，窗ロ之間難以交叉，容易形成等離子體密度低的空缺區(qū)，對(duì)鍍膜生產(chǎn)不利。中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)ZL200810010762.4)提出的利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制弧斑運(yùn)動(dòng)的電弧離子鍍裝置沒(méi)有給出實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧源的核心要點(diǎn)，只利用旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)約束弧斑放電，對(duì)等離子體的傳輸不利，大大降低了弧光等離子體的傳輸效率，大部分的等離子體約束在靶面附近，造成了沉積不均勻性和速率降低。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置整個(gè)套在圍繞于靶材之外的法蘭套上，磁場(chǎng)漏磁嚴(yán)重，而且結(jié)構(gòu)體積龐大，不緊湊，不利于鍍膜整機(jī)設(shè)計(jì)安排。本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)擴(kuò)散弧源不僅傳輸高效，而且結(jié)構(gòu)緊湊。圖11是實(shí)施例4配置了 12套ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的離子鍍膜機(jī)整機(jī)效果圖，圖12 (a)- (b)是實(shí)施例4 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的內(nèi)部效果圖，圖13 (a)- (b)是實(shí)施例4 ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置的外部效果圖?？梢钥闯?，在一個(gè)爐體上可以實(shí)現(xiàn)密集的弧源分布，弧源窗ロ之間距離小，提高了鍍膜空間等離子體分布均勻性，有利于大面積鍍膜。同時(shí)，本實(shí)用新型的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，容易安裝調(diào)試，可以エ業(yè)化推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:所述ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置設(shè)有ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、法蘭套、法蘭套屏蔽罩、靶材底盤(pán)、永久磁體裝置、引弧裝置；靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盤(pán)和永久磁體裝置形成弧源頭；法蘭套、法蘭套絕緣套、ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛和法蘭套屏蔽罩形成控制磁場(chǎng)組；弧源頭通過(guò)靶材底盤(pán)與法蘭套底部進(jìn)行連接，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭套前部的法蘭盤(pán)與爐體進(jìn)行連接； 法蘭套的外側(cè)設(shè)有法蘭套絕緣套，法蘭套絕緣套的外側(cè)設(shè)有ニ極旋轉(zhuǎn)橫向磁場(chǎng)發(fā)生裝置、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛；法蘭套中設(shè)有法蘭套冷卻水通道，法蘭套底部開(kāi)有與冷卻水通道相通的法蘭套出水ロ、法蘭套進(jìn)水ロ，法蘭套冷卻水通道的一端設(shè)置環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有法蘭連接孔； 靶材通過(guò)連接螺紋安裝于靶材底座上，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置圍套在法蘭套外，與靶材同軸放置，與法蘭套之間通過(guò)絕緣套保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材周圍，其中心高于靶材表面，位置可移動(dòng)；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置前端，底部安裝同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)側(cè)開(kāi)有槽隙；法蘭套外圍設(shè)置法蘭套屏蔽罩，通過(guò)法蘭套屏蔽罩對(duì)內(nèi)部的磁場(chǎng)發(fā)生裝置進(jìn)行保護(hù)；靶材底座底盤(pán)嵌套在靶材底座外，通過(guò)絕緣套進(jìn)行密封保護(hù)，永久磁體裝置安裝在靶材底座內(nèi)部空心位置，與靶材底座底部通過(guò)螺紋連接，靶材底座外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩，通過(guò)靶材底座屏蔽罩對(duì)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)；靶材底座中設(shè)有靶材底座冷卻水通道，靶材底座冷卻水通道分別與靶材底座進(jìn)水ロ、靶材底座出水ロ相通；靶材底座底盤(pán)靠近靶材底座位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔，引弧裝置設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置的一端與靶材相對(duì)應(yīng)；靶材底座底盤(pán)周邊開(kāi)有靶材底座底盤(pán)連接孔,靶材底座底盤(pán)通過(guò)靶材底座底盤(pán)連接孔與法蘭套連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，由多磁極鐵芯骨架及漆包線繞組組成，鐵芯由厚0.35-0.5mm的環(huán)形硅 鋼片疊壓而成，鐵芯內(nèi)圓開(kāi)有嵌放繞組線圈的槽，槽形有開(kāi)ロ、半開(kāi)ロ或半閉ロ形式，槽數(shù)有24、36、48、54或72，鐵芯內(nèi)徑按法蘭套尺寸選擇，大于法蘭套外徑，鐵芯外徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇，通過(guò)絕緣套圍套在法蘭套上；硅鋼片的表面涂有耐高壓絕緣漆，鐵芯材料采用冷軋或熱軋硅鋼或者采用非晶導(dǎo)磁材料。
3.按照權(quán)利要求2所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的漆包線繞組線圈采用聚氨酯漆包銅線或者鋁線繞制，按ニ極磁場(chǎng)規(guī)律連接成対稱的三相繞制；繞組的連接方式有單層、雙層或單雙層混合，繞組端部的接線方式采用疊式或者波式，繞組的端部形狀采用鏈?zhǔn)健⒔徊媸?、同心式或疊式；對(duì)于36槽以上磁極鐵芯的繞組采用倍極比正規(guī)分布、A /2Y接法的雙速繞組；每相由2個(gè)六聯(lián)組構(gòu)成，2極為60相帶顯極布線，兩相之間極性相反；將其中一半線圈組反向獲得120相帶的4極繞組，即4極時(shí)所有線圈極性相同，并用一路A形連接；繞組引出線為6根、三相中間抽頭的端線2U、2V、2W空置不接，電源從4U、4V、4W進(jìn)入，產(chǎn)生ニ極徑向磁場(chǎng)； ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的漆包線繞組采用相位差為120°的三相變頻正弦交流電源激勵(lì)，電流頻率和電壓?jiǎn)为?dú)調(diào)節(jié)，電壓范圍為0-380V，頻率范圍為10-500HZ，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)電流頻率調(diào)節(jié)ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度。
4.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于: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，電磁線圈內(nèi)外通過(guò)絕緣保護(hù)，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)線圈通過(guò)法蘭套絕緣套與法蘭套絕緣保護(hù)，放置于ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置前段，其底部連接ー個(gè)環(huán)形鐵芯磁軛；聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的線圈通直流電，通過(guò)電流大小調(diào)節(jié)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)度。
5.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:法蘭套由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、法蘭套與靶材三者之間同軸，ニ極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在法蘭套上的位置可調(diào)；法蘭套截面單邊形狀為L(zhǎng)形，中間冷卻水通道由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，中間冷卻水通道上部焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)內(nèi)徑與法蘭套內(nèi)徑平齊，外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有6-8個(gè)連接孔，通過(guò)連接孔將法蘭套整體與爐體連接；中間冷卻水通道下部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與法蘭套一致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋為通孔，作為進(jìn)、出水ロ，另外6個(gè)作為弧源頭連接孔。
6.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:靶材底座為不導(dǎo)磁的雙層不銹鋼內(nèi)筒和外筒同軸圍套組成中空的筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒上部為封閉圓盤(pán)，內(nèi)筒的內(nèi)側(cè) 為永久磁體裝置的安裝位置；外筒上部為臺(tái)階形封閉圓盤(pán)，臺(tái)階高度與靶材連接螺紋高度一致，臺(tái)階外環(huán)有連接螺紋，靶材通過(guò)臺(tái)階螺紋連接在靶材底座上；臺(tái)階上部圓盤(pán)外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺(tái)階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒外徑與靶材外徑一致,外筒壁上有靶材底座密封圈槽，通過(guò)絕緣套與靶材底盤(pán)裝配；外筒與內(nèi)筒中間形成靶材底座冷卻水通道，內(nèi)筒上部與外筒上部留有空隙；靶材底座底部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對(duì)稱開(kāi)有兩個(gè)通孔，作為進(jìn)出水ロ ；法蘭環(huán)底部焊接一端子，作為陰極電源接頭。
7.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:靶材底座屏蔽罩為ー涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，圓筒上端焊接ー環(huán)形法蘭盤(pán)，通過(guò)該法蘭盤(pán)將屏蔽罩安裝在靶材底盤(pán)上；屏蔽罩筒底部與靶材底座進(jìn)出水孔以及電源接頭對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有三個(gè)孔，屏蔽罩筒底部中間有圓盤(pán)，圓盤(pán)中間開(kāi)有一螺紋孔，永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與該螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。
8.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:靶材底座底盤(pán)周邊開(kāi)有8個(gè)連接孔，與法蘭環(huán)底部8個(gè)螺紋孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)其中6個(gè)連接孔將弧源頭與控制磁場(chǎng)組中的法蘭套底部連接；另外兩個(gè)連接孔與法蘭套進(jìn)水口、法蘭套出水ロ對(duì)應(yīng)，靶材底座底盤(pán)靠近靶材底座位置開(kāi)ー引弧裝置安裝孔。
9.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高磁導(dǎo)率塊體材料組合而成，磁軛形狀為圓盤(pán)形、圓環(huán)形、錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與靶材底座底部的螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求1所述的ニ極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置，其特征在于:引弧裝置采用氣動(dòng)機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過(guò)靶材底座底盤(pán)上的引弧裝置安裝孔安裝 。
專利摘要本實(shí)用新型涉及薄膜與涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種二極旋轉(zhuǎn)耦合磁場(chǎng)輔助準(zhǔn)擴(kuò)散弧冷陰極離子鍍裝置。該裝置設(shè)有弧源頭與控制磁場(chǎng)組，弧源頭包括靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盤(pán)、引弧裝置和永久磁體裝置，控制磁場(chǎng)組包括法蘭套、法蘭套絕緣套、二極徑向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)發(fā)生裝置、同軸聚焦磁場(chǎng)磁軛和法蘭套屏蔽罩，弧源頭通過(guò)靶材底盤(pán)與法蘭套底部進(jìn)行連接，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭套前部的法蘭盤(pán)與爐體進(jìn)行連接。在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)頻率綜合作用下，使得弧斑在整個(gè)靶面分布，降低弧斑的功率密度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，減少大顆粒的發(fā)射，通過(guò)軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出，提高其傳輸效率。
文檔編號(hào)C23C14/32GK202945317SQ201220586800
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者郎文昌, 高斌 申請(qǐng)人:溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院