Термоіонний розпилювальний пристрій

1 Термоіонний розпилювальний пристрій, що містить анод у вигляді герметичного циліндричного корпусу, виконаного з немагнітного матеріалу, катод у вигляді пустотілого циліндричного 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 з наскрізним осьовим отвором, до торцевої частини магнітної системи СПІВВІСНО останній приєднаний фокусуючий магнітопровід, виконаний з магнітом'якого матеріалу у формі зрізаного конуса з внутрішнім осьовим отвором, і на верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО З трубами подачі та відводу води, а нижня частина герметичного циліндричного корпусу анода з'єднана із магнітопроводом, який відрізняється тим, що внутрішня частина герметичного циліндричного корпусу анода виконана у формі пустотілого зрізаного конуса, оберненого своєю нижньою звуженою частиною до катода, при цьому наскрізний осьовий отвір магнітопроводу також має форму зрізаного конуса, а розширена частина останнього звернена в бік односекційного постійного магніту, окрім того, всередині пустотілого циліндричного корпусу катода і СПІВВІСНО йому розміщений виконаний у вигляді напіввідкритого циліндра тигель з розпилюваною речовиною, отвір якого звернений в бік магнітопроводу, а сам тигель з'єднаний з тримачем, розміщеним СПІВВІСНО пустотілому циліндричному корпусу катода, і внутрішній діаметр тигля співпадає із ЗОВНІШНІМ діаметром звуженої частини магнітопроводу 2 Термоіонний розпилювальний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що пустотілий циліндричний корпус катода, його нижня основа, а також тигель і його тримач виконані з тугоплавкого матеріалу 1 СО 00 Винахід відноситься до іонно-плазмової техніки та може бути використаний для нанесення покриттів і гопвок в вакуумі на плоскі поверхні підкладок Відомий пристрій для термоіонного осадження плівок, який містить тигель-катод з робочою речовиною, анод та магнітну систему у виді кільцевого магніту, розташовану коаксиально аноду і соосно катоду, причому область розряду обмежена анодом та являє собою об'єм у формі зрізаного пустотілого конусу Пристрій також містить додаткове джерело електронів у виді нитки розжарювання і, ВІДПОВІДНО, додаткові джерела живлення катода й прискорення електронів Робоча речовина в типи розігрівається бомбардуванням електронів, які емітуються ниткою розжарювання, а також іонним бомбардуванням (див В С Данилин Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок М, Энергоатомиздат, 1989, с 186) В зв'язку з існуванням у відомому пристрої додаткового джерела електронів і, ВІДПОВІДНО, додаткових джерел живлення збільшується енергоємність технологічного процесу Крім цього, пристрій не містить фокусуючий в область розряду магнітне поле магнітопровід, що знижує стабільність розряду при зменшених тисках робочого газу Найбільш близьким до запропонованого винаходу, який обраний прототипом, є розпилювальний пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, який містить анод із герметичним циліндричним корпусом з нижньою частиною у виді зрізаного конусу, розпилюваний катод та водоохолоджувану магнітну систему в виді однієї секції циліндричного постійного магніту із на (О ю 56837 скрізним осьовим отвором, яка розташована в нижній частині корпусу анода соосно катоду До нижньої торцевої частини магнітної системи приєднаний своєю більш широкою частиною фокусуючий магнітопровід, виконаний з магнітного матеріалу у формі зрізаного конусу та з внутрішнім осьовим отвором, а анодний корпус виконаний з немагнітного матеріалу Магнітна система охолоджується водою за допомогою встановлених на корпусі анода двох патрубків, з'єднаних ВІДПОВІДНО з трубами для подачі та відводу води, та трубки, розташованої всередині корпусу анода коаксиально йому та з'єднаної одним кінцем з патрубком для подачі води, а другий и кінець знаходиться поблизу постійного магніту Всередині корпусу анода коаксиально йому розміщена трубка меншого діаметру для утворення наскрізного отвору, в якому розташований випаровуваний стержень, що одним кінцем закріплений на механізмі його переміщення, а другий його кінець виходить за межі фокусуючого магнітопроводу і, ВІДПОВІДНО, за межі анодного корпусу Корпус катода має форму пустотілого циліндру з верхньою частиною у виді зрізаного конусу Катодний корпус прикріплений до його основи, яка, в свою чергу, з'єднана з тримачем, закріпленим на ізоляторі (див заявку України на винахід №2002010612 від 24 01 2002, М Кл С23С14/35) В прототипі конфігурація та розташування розпилюваних елементів, анодного та катодного корпусів сприяють розпиленню речовини в радіальному напрямку рівномірно в усі сторони, тому прототип не забезпечує ефективне нанесення плівок на плоскі поверхні підкладок, які розміщені перпендикулярно осі пристрою Крім цього, пристрій не дозволяє розпилювати розплавлений матеріал і тим самим значно підвищувати швидкість нарощування покриттів В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення пристрою для нанесення покриттів у вакуумі шляхом модифікації конструкцій водоохолоджуваної магнітної системи, розпилюваного катода та ВІДПОВІДНОГО їх розташування, що дало б можливість розпилювати матеріал з розплавленого стану та дозволило б направити паровий потік в одному напрямку на плоску поверхню підкладок, яка розташована перпендикулярно осі пристрою, використовуючи при цьому лише одне джерело живлення як для підтримування розряду, так і для розігріву та розпилення робочої речовини, розширюючи таким чином технологічні можливості пристрою Поставлене завдання вирішується тим, що в розпилювальному пристрої для нанесення покриттів у вакуумі, що містить анод у виді герметичного циліндричного корпусу, виконаного з немагнітного матеріалу, катод у виді пустотілого циліндричного корпусу, прикріпленого до його основи, яка з'єднана з закріпленим на ізоляторі тримачем, і встановлену в герметичному циліндричному корпусі анода соосно катоду водоохолоджувану магнітну систему у виді односекційного постійного магніту циліндричної форми з наскрізним осьовим отвором, до торцевої частини магнітної системи соосно останній приєднаний фокусуючий магнітопровід, виконаний з магнітом'якого матеріалу у формі зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором, і на верхній частиш герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО З трубами подачі та відводу води, а нижня частіша герметичного циліндричного корпусу анода з'єднана із магаїтопроводом, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, внутрішня частина герметичного циліндричного корпусу анода виконана у формі пустотілого зрізаного конусу, зверненого своєю нижньою звуженою частиною до катоду, при цьому наскрізний осьовий отвір магнітопроводу також має форму зрізаного конусу, а розширена частина останнього звернена в бік постійного магніту, окрім того, всередині пустотілого циліндричного корпусу катода й соосно йому розміщений виконаний у виді напіввідкритого циліндру тигель з розпилюваною речовиною, отвір якого звернений в бік магнітопроводу, а сам тигель з'єднаний з тримачем, розмішеним соосно пустотілому циліндричному корпусу катода, при цьому внутрішній діаметр тигля співпадає із ЗОВНІШНІМ діаметром звуженої частини магнітопроводу Сам тигель, його тримач, катодний корпус та його нижня основа виконані з тугоплавкого матеріалу Використання пристрою, що заявляється, у сукупності зі всіма істотними ознаками, включаючи ВІДМІТНІ, дозволяє збільшити швидкість нарощування плівки внаслідок формування інтенсивного парового потоку, що конденсується на підкладках Цей потужний паровий потік формується за рахунок спрямування його через конусний отвір в аноді, а також розігріву речовини іонним бомбардуванням в тиглі-катоді до температури плавлення і, як наслідок, більш інтенсивного розпилення речовини при високих температурах та и одночасного випаровування Все це значно розширює технологічні можливості пристрою На фіг зображена схема пристрою, що заявляється Термоіонний розпилювальний пристрій містить анод 1, катод 2 та встановлену соосно катоду 2 водоохолоджувану магнітну систему З Анод 1 складається з герметичного, виконаного з немагнітного матеріалу циліндричного корпуса 4 з внутрішньою частиною у виді зрізаного конуса Водоохолодаувана магнітна система З розташована всередині корпусу 4 анода 1 та являє собою одну секцію циліндричного постійного магніту з наскрізним осьовим отвором До торцевої частини магнітної системи 3 соосно приєднаний фокусуючий магнітопровід 5, який виконаний із немагнітного матеріалу та має форму зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором Нижня частина корпусу 4 анода 1 приварена до магнітопроводу 5 На верхньому торці корпусу 4 анода 1 встановлені два патрубки 6 і 7, ВІДПОВІДНО, ДЛЯ подачі та відводу води Катод 2 містить пустотілий циліндричний корпус 8, основу 9 катоду 2, з'єднану з тримачем 10 катоду 2, який, в свою чергу, закріплений на ізоляторі 11 Всередині корпусу 8 катода 2 розміщений тигель 12 з робочою речовиною 13, який спирається на тримач 14 тигля 12, який, в свою чергу, закріплений на основі 9 катоду 2 Плівки 56837 нарощують на підкладки 15, закріплені на підкладкотримачі 16 Пристрій працює наступним чином Роблять відкачку об'єму вакуумної камери, де знаходиться пристрій, до технологічного вакууму Потім роблять напуск робочого газу, наприклад, аргону, до тиску ЮПа Після напуску газу подають напругу між анодом 1 та катодом 2 Виникнення несамостійного тліючого розряду обумовлене, по-перше, наявністю області схрещених електричного та магнітного полів поблизу тигля 12 та отвору в аноді 1, по-друге, тим, що, завдяки ефекту полого катоду з циліндричного катодного об'єму, утвореного пустотілим циліндричним корпусом 8 катода 2 та основою 9 катода 2, виштовхуються електрони, які додатково іонізують газ Утворені в області розряду позитивні іони бомбардують робочу речовину 13 в тиглі 12 та розпилюють її В процесі роботи пристрою при бомбардуванні Іонами робочої речовини 13 відбувається значний її розігрів до температури плавлення, тобто досягається режим розпилення з рідкої фази Це, в свою чергу, значно збільшує швидкість осадження плівки, а також сприяє можливості зменшення тиску робочого газу та підтримуванні розряду на власних парах Розпилення робочої речовини визначає появу парового потоку, частково або повністю іонізованого в розряді Потік спрямовується на підкладки 15 через внутрішній конусний отвір в аноді 1 і конденсується на них При роботі пристрою магнітна система 3 охолоджується водою за допомогою патрубків 6 і 7 ВІДПОВІДНО для подачі та відводу води Оскільки температура плавлення та коефіцієнт розпилення тигля 12, корпусу 8 катода 2 й основи 9 катода 2 мають меншу величину, ніж речовини 13, в перший проміжок часу роботи пристрою вся поверхня катода 2 вкривається шаром речовини 13 В подальшому це дозволяє отримувати бездомішкові шари на підкладці 15 Розширення технологічних можливостей пристрою відбувається за рахунок формування в ньому більш потужного парового потоку і ВІДПОВІДНО підвищення швидкості нарощування покриттів на плоских підкладках В свою чергу, формування потужного парового потоку відбувається за рахунок його одностороннього спрямування в конусному отворі анода, а також одночасного випаровування і розпилення речовини, яка знаходиться в розігрітому або розплавленому стані в тиглі Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24