考夫曼離子源

1、目錄基本結(jié)構(gòu)工作原理性能特點應(yīng)用實例基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)Kaufman 離子源是最早出現(xiàn)、最基本的離子源,原理結(jié)構(gòu)如圖1所示,陰極(Cathode)、陽極(Anode)、柵極(Grids)、放電室圓筒構(gòu)成氣體放電室(Discharge Chamber),柵極構(gòu)成離子光學(xué)系統(tǒng)。放電室筒外設(shè)置磁鐵,通過磁路使磁力線穿過放電室,磁力線從陽極向柵極方向發(fā)散并布滿柵極,柵極極靴收集磁力線回到磁鐵?；窘Y(jié)構(gòu)示意圖工作原理工作原理從陰極(普通為直熱式燈絲，也可采用帶有氧化物發(fā)射體作為插入件的空心陰極)發(fā)射出來的電子，經(jīng)過陰極鞘層被加速獲得相應(yīng)于等離子體與陰極之間電位差的能量。等離子體的電位接近于陽極電位，只高幾

2、伏。這類高速電子與從進氣口均勻進入放電室的氣體原子相碰撞形成等離子體。形成的離子少部份被離子光學(xué)系統(tǒng)拔出形成離子束，大部分離子則要和壁面復(fù)合。碰撞后形成的慢電子則作為等離子體電子存在。 為了構(gòu)成放電通路，該類慢電子必須通過擴散到達陽極被陽極接收。部分中性氣體原子也要從離子光學(xué)系統(tǒng)中逸出。真空室中部分氣體原子則也要通過離子光學(xué)系統(tǒng)返流進入離子源。為了延長高速電子的自由程，阻止電子迅速飛回陽極復(fù)合，需要使用磁場來限制電子運動。原初電子區(qū)陰極材料由電子發(fā)射性能較好的難熔金屬W或Ta構(gòu)成,發(fā)射的原初電子密度由燈絲的溫度(即陰極電流)控制。熱陰極在陽極電場作用下發(fā)射電子,由于陽極前有磁力線橫過,陰極發(fā)射

3、的絕大部分原初電子不能直接打到陽極,只有沿著磁力線可直達陽極的小部分原初電子和大量的低能、回旋半徑較大的麥?zhǔn)想娮硬拍鼙魂枠O吸收。原初電子被限制在陰極平面、與陽極直接相交的磁力線和屏柵圍成的邊界內(nèi),這個區(qū)域稱為原初電子區(qū)。陰極發(fā)射的原初電子可在此進行有效的電離過程,因此等離子體也基本限制在這個區(qū)域內(nèi)?？挤蚵x子源放電效率的提高考夫曼離子源一般采用低磁場的軸向發(fā)散場及多磁極場。在發(fā)散場中電子沿發(fā)散的軸向磁力線作螺旋運動并來回振蕩。在多極磁場中沿著放電室四壁布置了軟鐵片制成的磁極靴，將磁鋼夾在磁極之間，并使相鄰的磁鋼極性相反。于是，在放電室四壁構(gòu)成了電子磁障，高速電子受到磁障的反射將不能到達陽極，從

4、而延長了高速電子的自由程，提高了放電效率。離子束的形成放電室中產(chǎn)生的離子向所有的邊界擴散,并且在等離子體與柵極附件形成弓形離子鞘,經(jīng)柵極離子光學(xué)系統(tǒng)加速引出放電室形成離子束。性能特點考夫曼離子源是應(yīng)用較早的離子源。屬于柵格式離子源。首先由陰極在離子源內(nèi)腔產(chǎn)生等離子體，讓后由兩層或三層陽極柵格將離子從等離子腔體中抽取出來。這種離子源產(chǎn)生的離子方向性強，離子能量帶寬集中，可廣泛應(yīng)用于真空鍍膜中。缺點是陰極（往往是鎢絲）在反應(yīng)氣體中很快就燒掉了，另外就是離子流量有極限，對需要大離子流量的用戶可能不適和。Kaufman離子源具有較寬的工作狀態(tài),在Ar作為工作氣體時,陰極燈絲具有較長壽命和較穩(wěn)定的工作狀態(tài)。但是燈絲的消耗會對基片帶來污染,而使用氧氣和反應(yīng)氣體時,兼容性差,燈絲壽命和穩(wěn)定性會大大下降,同時產(chǎn)生的C、F 沉積構(gòu)成的絕緣層會導(dǎo)致離子源不能正常工作。各類離子源的優(yōu)缺點比較考