Розпилювальний пристрій для нанесення покриттів у вакуумі

Винахід відноситься до іонно-плазмової техніки та може бути використаний для нанесення покриттів і плівок в вакуумі на плоскі поверхні підкладок. Відомий пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, що містить анод з циліндричним пустотілим корпусом, розташований співвісно аноду катод у вигляді пустотілого циліндру з вер хньою розпилюваною частиною у вигляді зрізаного конусу та розміщену в корпусі анода магнітну систему у вигляді циліндричного магніту, до торця якого приєднаний конусоподібний фокусуючий магнітопровід, причому магніт та магнітопровід мають наскрізний осьовий отвір, в якому знаходиться проволока, що подається в розрядний проміжок (див.патент України на винахід №57940А, МПКС23С14/35, 15.07.2003, Бюл. №7. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі). В пристрої потік розпиленої речовини формується рівномірно в усі х радіальних напрямках, тобто пристрій пристосований для нанесення покриттів на внутрішню поверхню циліндричної труби, всередині якої він знаходиться, і не дозволяє отримувати покриття на плоских поверхнях підкладок, розміщених перпендикулярно осі пристрою. Крім того, існує низка технологічних задач, що потребують опромінення ростової поверхні пучком електронів. Найбільш близьким до запропонованого винаходу, який обраний прототипом, є термоіонний розпилювальний пристрій, що містить анод з немагнітним герметичним циліндричним корпусом, внутрішня частина якого виконана у формі пустотілого зрізаного конусу, зверненого своєю нижньою звуженою частиною до катода, катод з пустотілим циліндричним корпусом, закріпленим на основі катода, яка, в свою чергу, з'єднана з тримачем, і встановлену в корпусі анода співвісно катоду водоохолоджувану магнітну систему у вигляді односекційного постійного магніту циліндричної форми з наскрізним осьовим отвором. До нижньої торцевої частини постійного магніту приєднаний фокусуючий магнітопровід, виконаний з магнітом'якого матеріалу у формі зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором. Цей отвір має форму зрізаного конусу, розширена частина якого звернена в бік постійного магніту. Нижня частина корпусу анода приварена до магнітопроводу, а на верхній частині корпусу анода встановлені два патрубки, з'єднані відповідно з трубами подачі та відводу води. Всередині пустотілого циліндричного корпусу катода встановлений співвісно йому і закріплений на тримачі тигель з розпилюваною речовиною, при цьому внутрішній діаметр тигля співпадає із зовнішнім діаметром звуженої частини магнітопроводу. Підкладки, на які наноситься покриття, розміщені перпендикулярно осі пристрою над внутрішньою конусоподібною частиною герметичного циліндричного корпуса анода (див.патент України на винахід №56837А, МІЖ С23С14/35, 15.05.2003, Бюл. №5. Термоіонний розпилювальний пристрій). В прототипі конфігурація та розташування анодного корпусу (і, відповідно, магнітної системи), а також корпусу катода і тигля не дозволяють отримати таку взаємну конфігурацію електричного та магнітного полів, яка б сприяла формуванню електронного пучка вздовж осі пристрою, тобто прототип не дозволяє в процесі нанесення покриття піддавати ростову поверхню впливу пучка електронів, що є бажаним для деяких технологічних задач, наприклад, отримання алмазних або алмазоподібних плівок. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення розпилювального пристрою для нанесення покриттів у вакуумі шляхом модифікації конструкцій фокусуючого магнітопровода, катодного корпусу та зміни розташування підкладок, на які наноситься покриття, що дало б можливість, не використовуючи окреме додаткове джерело електронів, створити електронний пучок та осаджувати покриття з одночасним опроміненням ростової поверхні електронами, розширюючи таким чином технологічні можливості існуючого пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що в розпилювальному пристрої, що містить анод у виді герметичного циліндричного корпусу, виконаного з немагнітного матеріалу, катод у виді пусто тілого корпусу, прикріпленого до його основи, яка з'єднана з закріпленим на ізоляторі тримачем, і встановлену в герметичному циліндричному корпусі анода співвісно катоду водоохолоджувану магнітну систему у вигляді односекційного постійного магніту циліндричної форми, причому до торцевої частини магнітної системи співвісно останній приєднаний фокусуючий магнітопровід, виконаний з магнітом'якого матеріалу у формі зрізаного конусу, і на верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені двапатрубки, з'єднані відповідно з трубами подачі та відводу води, а нижня частина герметичного циліндричного корпусу анода з'єднана із фокусуючим магнітопроводом, відповідно до винаходу, нижній торець фокусуючого магнітопроводу має поглиблення для розміщення в ньому підкладок, а пустотілий корпус катода виконаний у вигляді зрізаного конусу з верхньою звуженою частиною, зверненою в бік анода, і, окрім того, в проміжку між катодом та анодом розміщена заслінка. Використання пристрою, що заявляється, у сукупності з всіма істотними ознаками, включаючи відмітні, дозволяє нарощувати покриття з одночасною дією на нього електронним пучком, що утворюється в процесі роботи пристрою в пустотілому корпусі катода та розрядному проміжку між отвором в корпусі катода та нижнім торцем магнітопровода без використання окремого джерела електронів. Внаслідок такої конфігурації електричного та магнітного полів, що має місце в пристрої, відбувається формування пучка електронів вздовж осі пристрою та фокусування його на підкладці, розміщеній в поглибленні в нижньому торці магнітопроводу. При цьому заслінка дозволяє формувати покриття в необхідний для цього час. Це значно розширює технологічні можливості пристрою для низки певних те хнологічних задач. На фіг. зображена схема пристрою, що заявляється. Розпилювальний пристрій містить анод 1, катод 2 та встановлену співвісно катоду 2 водоохолоджувану магнітну систему 3. Анод 1 складається з герметичного, виконаного з немагнітного матеріалу циліндричного корпуса 4. Водоохолоджувана магнітна система 3 розташована всередині корпусу 4 анода 1 та представляє собою одну секцію циліндричного постійного магніту. До торцевої частини магнітної системи 3 співвісно приєднаний виконаний з магнітом'якого матеріалу фокусуючий магнітопровід 5, який має форму зрізаного конусу. На нижньому торці фокусуючого магнітопроводу 5 виконане поглиблення 6 для розміщення в ньому підкладок 7. Нижня частина корпусу 4 анода 1 приварена до фокусуючого магнітопроводу 5. На верхньому торці корпусу 4 анода 1 встановлені два патрубки 8 і 9, відповідно, для подачі та відводу води. Всередині корпусу 4 анода 1 розміщена трубка 10 для подачі води, що з'єднана верхнім кінцем з патрубком 8, а нижній її кінець знаходиться поблизу магнітної системи 3. Катод 2 містить пустотілий розпилюваний корпус 11 у вигляді зрізаного конусу, що закріплений на основі 12, з'єднану, в свою чергу, з тримачем 13. Тримач 13 закріплений на ізоляторі 14. В проміжку між катодом 2 та анодом 1 поблизу нижнього торця фокусуючого магнітопроводу 5 розміщена заслінка 15. Пристрій працює наступним чином. Спочатку в об'ємі вакуумної камери, де знаходиться розпилювальний пристрій, створюється технологічний вакуум. Далі проводять напуск робочого газу до тиску 5-10Па (наприклад, аргону). Заслінка 15 повинна бути закритою, тобто розташованою між підкладкою 7 та катодом 2. Після напуску газу подають напругу між анодом 1 та катодом 2. Відбувається виникнення тліючого розряду, стабілізація та підтримка якого обумовлюється, по-перше, наявністю області схрещених електричного та магнітного полів в проміжку між анодом 1 і катодом 2, по-друге, іонізуючим впливом вторинних електронів, що утворюються в об'ємі розпилюваного корпусу 11 катода 2 і виштовхуються з його отвору до відкритої області розряду між анодом 1 і катодом 2. Область розряду розповсюджується в об'єм корпусу 11 катода 2, де окрім вибивання вторинних електронів відбувається також розпилення самого корпусу 11. Потік розпиленої речовини спрямовується на підкладки 7 і конденсується. Одночасно внаслідок конфігурації електричного та магнітного полів формується і фокусується електронний пучок вздовж осі пристрою. Опромінення ростової поверхні покриття електронами є необхідною складовою технологічного процесу отримання деяких покриттів. Після прогріву і знегажування пристрою заслінку 15 відкривають і розпочинають безпосередньо процес нанесення покриття. Розширення технологічних можливостей пристрою відбувається завдяки формуванню електронного пучка вздовж осі пристрою без використання додаткового окремого джерела електронів, фокусуванню пучка на підкладках і, відповідно, можливості опромінення покриття одночасно з його осадженням. Це є корисним для низки технологічних задач.