考夫曼离子源 PPT

Broad-Beam Industrial Ion Sources 工业用宽光束离子源Staff of Kaufman & Robinson, Inc. H.R. Kaufman 考夫曼博士Technical Note KRI-01介绍一束宽的离子束通常直径几厘米或更大。

光束直径也比德拜长度大得多，德拜长度是电场能穿透等离子体的典型距离。

如果一束宽光束要保持在接近地电位，它就必须被中和(参见Tech. Note KRI-02)。

为了中和，在离子束的每一体积中必须有大约相等数量的电子和带正电的离子。

对于绝缘的目标，电子和closed-drift离子到达的数量必须相等。

目标可以是溅射靶材，也可以是衬底。

宽离子束中的离子能不超过2000ev。

(单电荷离子通过2000伏特的电势差“跌落”获得2000 eV的能量。

)为了使损伤最小化，能量通常为1000 eV或更少。

这里不考虑高能注入型的应用。

只考虑防止加工表面损伤从而下降离子能量。

宽束离子束有两大类:栅格型和无栅格型。

栅格离子源栅格离子源的示意图如图1所示，其中描述了直流放电。

离子是由圆形或长方形放电室中的放电产生的。

可以使用几种类型的电子发射阴极。

如图1所示热灯丝类型。

离子也可以通过射频放电产生，而射频放电不需要电子发射阴极。

通过束流电源，放电室保持在正电位。

离子通过屏极上的小孔和加速器栅格被加速，这些栅格一起被称为离子光学。

可以使用不同的网格结构。

最常见的是双栅极光学。

直流放电时，屏栅极接近阴极电位。

通过RF放电，屏栅极与束流电源的正端形成回路。

正离子从正极放电室通过离子光学加速到达近地电位的目标。

加速器栅格相对周围的真空室是负电位，以防止电子从中和器通过离子光学倒退。

假设一个单电荷离子，在使用这类离子源时，离子获得的能量(单位为eV电子伏特)等于束流阳极电压，单位为V。

图一：有栅极离子源原理图栅极离子源的工作压力在0.5毫托或以下。

离子束的输出取决于离子光学设计。

北京安恩科技K-17考夫曼离子源维护指南1 中和灯丝当离子源使用一定时间后，中和灯丝会越烧越细(中和灯丝电流变小)，最终中和灯丝烧断。

中和电极螺母中和灯丝总长240mm左右（含两端固定部分）的Φ0.4mm或0.5mm 的钨丝(灯丝规格根据电源型号而定)，直接安装在中和电极杆上，旋紧M4滚花螺母即可。

请使用厂家标明规格的钨丝，否则离子源可能无法正常工作。

更换中和灯丝时，尽量避免灯丝断后掉入栅网的孔内，方法1：使用盖子放置在栅网上方，遮挡中和灯丝碎片进入栅网孔内，以免引起栅网间异常放电。

方法2：将外筒从离子源上移开后再更换中和灯丝。

2 栅网清洗离子源经一段时间使用后，栅网表面会被污染，污染可能来自蒸发膜料的沉积，也可能来自离子束下游溅射基板带来的污染，通常绝缘沉积物会使栅网表面绝缘，因而引起栅网间异常放电出现。

而导电材料的污染，有可能使栅网绝缘片或绝缘子被污染后，引起栅网间绝缘下降或短路。

栅网是考夫曼离子源的核心部件，请定期进行维护，保证离子源正常工作, 正确、及时的保养可以延长栅网的使用寿命。

正常使用情况下，栅网可使用数年之久。

2.1栅网分解将K-17离子源外筒拆下，如图2所示将两个栅网固定螺母松下来，然后可以将栅网组件整体拆下来。

图2 K-17考夫曼离子源栅网架固定螺母如图2所示，将栅架M4固定螺母松开，把栅网组件从源头上取出。

如图3所示为K-17离子源栅网组件，它由加速栅架、屏栅架、加速栅、屏栅、固定绝缘子、栅网绝缘片及固定螺钉、螺母组成。

图3 K-17考夫曼离子源栅网组件图4 K-17考夫曼离子源加速栅架固定M5×10螺钉如图3、4所示，将加速栅架M8×10固定螺钉松开（请选用M5×8-10M5×10螺钉 M5×10螺钉 M5×10专用固定螺钉加速栅架栅网的螺钉，过长的螺钉将导致栅间短路），然后松开M3×16的加速栅连接固定螺钉，如图5所示。

离子束技术及其应用合肥研飞电器科技有限公司一．离子束技术简介1．离子源构成及原理如图1所示，在一个真空腔体中,用气体放电产生一团等离子体，再用多孔（缝）引出电极将等离子体中的离子引出并加速形成离子束。

图1 离子源构成原理示意图。

图2 单孔引出电极构成原理示意图。

2．离子束的品质因素引出电极的单孔构成原理如图2所示，它决定了离子束的品质因数，即导流系数（设计最佳化）、能耗、运行气压和气体效率。

其中导流系数由下式决定：202302max 294⎪⎭⎫ ⎝⎛==d D M eZ V D J P c πεπ (A/V 3/2)3．离子源的分类主要按等离子体产生的方法来分：● 有极放电，主要包括：考夫曼、潘宁、佛里曼(Freeman)、双压缩、双潘宁、射频容性耦合离子源；● 无极放电，主要包括：微波ECR 、射频感性耦合（ICP ）离子源； ● 其它离子源，例如：束—等离子体离子源。

二． 离子束辅助沉积薄膜技术1．离子束辅助的重要性A ．新的挑战:随着有机光学元件基片材料的采用和光纤通信工业应用中提出了更高的技术要求，以及提供相应的多层光学涂层薄膜，越来越需要发展新工艺。

B ．蒸发镀的局限性:虽然蒸发镀是光学涂层的主要制备方法，但它不能满足更高的致密性要求、改善机械性能和产品的快速生产等方面的要求。

2．离子辅助沉积众所周知，引入离子辅助沉积，在一定程度上能够改善热蒸发沉积薄膜的持久性和稳定性方面的性能。

这种工艺的功能已经在材料等许多领域被证明，当然它不一定能满足一些涂层应用的特殊要求。

市场上可以买到的离子源仅能提供低的离子流和窄的束径，限制了可应用的基片面积。

3．该应用离子束的特点：离子能量低（100eV －1000eV ）；大流强（数mA/cm 2）；要求流强受离子能量影响小；高真空（～10 -5乇）；离化率、电效率、气体效率高；杂质量低；寿命长（抗氧化）、操作容易、维护方便。

4．新型ICP 离子源的研制A.前 言● 离子源广泛应用于材料改性、刻蚀和薄膜沉积领域；● 射频感应耦合等离子体（RF ICP）源结构简单、能产生高密度的纯净等离图4 离子辅助电子束蒸发镀 膜装置示意图子体、使用寿命长、以及性能价格比好（见图5和图6）。

制备光学薄膜的离子源技术尤大伟(中科院空间中心北京 100080)THE ION BEAM SOURCE TECHNOLOGY FOR OPTICLE PHILM COATINGDawei YOU（Space Science and Application Research Center, Academy Cynic，Bejing,100080）Abstract The several ion beam sources(Kaufman ion source, Hall source, RF ion source, GIS ion source, Anode Layer ion source) for optical film IAD manufacturing were reviewed. The operation principle, major technique, and typical ion sources were presented especially. The compared performance of these ion sources was listed finally..Keywords Optical film costing, Ion beam sources, Ion assisted deposition摘要：本文叙述了制备光学薄膜的各种常用辅助镀膜离子源工作原理，关键技术。

并制表予以比较。

关键词光学薄膜辅助镀膜离子源离子束辅助镀膜一、 前言众所周知，制备高质量的光学薄膜已经离不开离子束技术。

光学膜要求高硬度及高附着力，一般采用离子束清洗加以改善，要求降低由于薄膜吸潮引起波长向长波漂移，降低薄膜的吸收及散射引起的光学损耗，降低薄膜的抗激光损伤，一般均采用合适工艺的离子束辅助镀膜技术来解决。

制备高质量、高难度、高效率的光学薄膜时，更有用离子束溅射替代电子束蒸发的新趋势。

陈智顺 2018-8-23
CONTENT
技术起源
原理及分类
工作原理：
工作气体或反应气体由阳极底部进入放电区内参与放电，放电区内由磁铁产生如图所示的锥形磁场，在放电区的上部安装有补偿或中和阴极。

根据工作要求该型号离子源的工作气体为氩气，反应气体可以使用氮气、氧气或碳氢等多种气体。

放电区上部阴极灯丝加热后产生热电子，当离子源的阳极施以正电位+UA时，电子在电场作用下向阳极运动，由于磁场的存在，电子绕磁力线以螺旋轨道前进，与工作气体或反应气体的原子发生碰撞使其离化。

离子在霍尔电场的作用下被加速获得相应的能量，与灯丝热阴极发射的部分热电子形成近等离子体，由等离子体源发射出来与基片发生作用达到清洗和辅助镀膜的目的。

•使用钨丝作为中和阴极
•结构简单、工作可靠
•维护简单，运行成本低廉
•工作时钨丝挥发
•存在微量污染
•钨丝寿命小于50小时
•离子能量约为阳极电压的65%~70% ev
•离子源用途：
用于真空镀膜过程中基底离子轰击清洁及沉积过程中离子轰击能量输送。

广泛应用于：增透膜、眼镜镀膜、光纤光学、高反镜、热/冷反光镜、低漂移滤波器、带通滤波器、在线清洗、类金刚石沉积等；•作用
能够改善薄膜的生长、优化薄膜结构，增加镀膜的一致性和重复性，低温高速率镀膜，清除工件表面水和碳氢化合物，增加薄膜密度，降低内应力低，清除结合力弱的分子，反应气体活度增加，薄膜成分易于控制；。