Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі

1 Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, що містить розпилюваний катод, СПІВВІСНО якому розміщений анод, що складається з герметичного корпусу у вигляді пустотілого, виконаного з немагнітного матеріалу циліндра, нижня частина якого має форму зрізаного конуса, та розташованої в нижній частині циліндричного корпусу магнітної системи, постійний магніт якої має одну секцію, і до торцевої частини магнітної системи СПІВВІСНО їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конуса, причому на верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО З трубами подачі та відводу води, а торець нижньої звуженої частини корпусу анода з'єднаний із магнітопроводом, і всередині герметичного циліндричного корпусу анода коаксіально циліндричній частині корпусу розміщена трубка, один кінець якої з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніта, а корпус катода має форму пустотілого циліндра з отвором, зверненим до анода, і основу корпусу катода з'єднано з його тримачем, закріпленим до ізолятора, який відрізняється тим, що тримач катода виконаний у вигляді трубки, всередині якої розміщений СПІВВІСНО тримачу розпилюваний стержень, верхній торець якого розташований в центральній частині катода поблизу магнітопроводу, а його нижній торець приєднаний до механізму його переміщення вздовж осі катода, причому корпус катода виконаний у вигляді циліндра, нижня частина якого приєднана до основи катода 2 Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі по п 1, який відрізняється тим, що всередині тримача катода СПІВВІСНО йому розміщені коаксіально один в одному розпилювані стержень і одна або декілька трубок ю Винахід відноситься до іонно-плазмової техніки і може бути використаний для нанесення стійких проти спрацювання, корозійностійких та інших покриттів із металів, їх сполук на внутрішню поверхню циліндрів Відомий пристрій для іонно-плазмового розпилення матеріалів у вакуумі, що містить анод, соосно якому розміщений катод, розпилювана частина якого виконана у вигляді зрізаного конусу, установлену соосно катоду водоохолоджувану магнітну систему у виді двох секцій коаксіально розташованих по відношенню один до одного циліндричних постійних магнітів із внутрішніми осьовими отворами (див В С Данилин Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок М , Энергоатомиздат, 1989, с 75) Відомий пристрій не забезпечує ефективне нанесення покриттів на внутрішні циліндричні по верхні малих діаметрів (~60мм), оскільки наявність двох секцій циліндричних магнітів, які розташовані коаксіально по відношенню один одного, і відповідне розташування конусної мішені неминуче збільшують діаметр розпилювального пристрою Крім того, при роботі пристрою його розпилювана мішень охолоджується водою Це не дозволяє суттєво підвищити швидкість розпилення мішені за рахунок збільшення коефіцієнта розпилення при розігріві мішені до 0,7Тп (Тп - температура плавлення матеріалу мішені) і, ВІДПОВІДНО, збільшити швидкість нарощування покриття, а також використати відносно високу температуру мішені для розігріву ростової поверхні покриття, що робить технологічний процес більш енергомістким Найближчим до запропонованого винаходу, який обраний прототипом, є пристрій для нане ю 57952 сення покриттів у вакуумі, який містить анод, катод, що розпилюється, із корпусом циліндричної форми, розпилювана частина якого виконана у вигляді зрізаного конусу, і встановлену в аноді соосно катоду водоохолоджувану магнітну систему у виді постійного магніту циліндричної форми з наскрізним осьовим отвором В пристрої корпус аноду виконаний у вигляді пустотілого циліндру, нижня частина якого має вигляд зрізаного конусу Разом з тим, магнітна система пристрою розміщена в нижній частині корпусу аноду, і до торцевої частини магніту приєднаний своєю більш розширеною частиною фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором На верхній частині герметичного циліндричного корпусу аноду встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО з трубами подачі та відводу води, а конусний торець нижньої частини корпусу з'єднаний з магнітопроводом Всередині герметичного циліндричного корпусу розміщені дві трубки для подачі і відводу води з області постійного магніту, а також для утворення наскрізного отвору вздовж осі аноду, для ВІДПОВІДНОГО розміщення в цьому отворі проволоки Один кінець цієї проволоки виходить із фокусуючого магнітопроводу і знаходиться в області розряду, а інший прикріплений до механізму подачі проволоки в область розряду Катод пристрою має форму замкнутого об'єму в вигляді пустотілого циліндру з отвором, зверненим до аноду Верхня частина зрізаного конусу розпилюваного катоду виконана змінною, а нижню основу корпусу катоду з'єднано з його тримачем, закріпленим на ізоляторі (див заявку на винахід України № 2001107033, від 1610 2001, М Кп С23С 14/35) Прототип не забезпечує достатньо високу швидкість нарощування покриття на внутрішню поверхню труби, оскільки значна частина розпилювального матеріалу конденсується на внутрішні поверхні катоду Крім того, прототип не дозволяє розпилювати водночас декілька матеріалів і змінювати ХІМІЧНИЙ склад покриттів В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення пристрою для нанесення покриттів у вакуумі шляхом модифікації конструкції розпилюваного катоду, яка дозволяє значно зменшити КІЛЬКІСТЬ розпилюваного матеріалу, який конденсується всередині пустотілого катоду, й, тим самим, збільшити швидкість нарощування покриття на внутрішні циліндричні поверхні При розміщенні коаксіально один до одного вздовж осі катоду розпилюваних стержня та однієї або декількох трубок з різних речовин виникає можливість одночасно конденсувати ці речовини і, тим самим, отримувати покриття із сполук Крім цього, при ЗМІНІ взаємного розташування розпилюваних стержня і трубок відбувається конденсація покриття з перемінним по товщині ХІМІЧНИМ складом Таким чином, вдосконалення катоду розширює технологічні можливості розпилювача Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для нанесення покриттів у вакуумі, який містить розпилюваний катод, соосно якому розміщений анод, герметичний корпус якого має форму пустотілого циліндру, виконаного з немагнітного матеріалу, а нижня частина корпуса виконана у виді зрізаного конусу, при цьому магнітна система розташована у нижній частині циліндричного корпусу, і її постійний магніт має одну секцію, а до торцевої частини магнітної системи соосно їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конусу, причому на верхній частині герметичного циліндричного корпусу аноду встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО з трубками подачі і відводу води, а торець нижньої звуженої частини корпусу аноду з'єднаний з магнітопроводом, і всередині герметичного циліндричного корпусу аноду коаксіально циліндричній частині корпусу розміщена трубка, один кінець якої з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніту, а корпус катоду має форму пустотілого циліндру з отвором, зверненим до аноду, і нижню основу катоду з'єднано з його тримачем, закріпленим на ізоляторі, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, тримач катоду виконаний у вигляді трубки, всередині якої розміщений соосно тримачу розпилюваний стержень або коаксиально один в одному розміщені розпилюваний стержень і одна або декілька трубок, верхні торці яких розташовані в центральній частині катоду поблизу фокусуючого магнітопроводу, а їх нижні частини приєднані до механізму їх переміщення вздовж осі аноду Використання пристрою, що заявляється, у сукупності зі всіма істотними ознаками, включаючи ВІДМІТНІ, дозволяє, з одного боку, зменшити КІЛЬКІСТЬ розпилюваної речовини, яка конденсується на внутрішні поверхні катоду, і тим самим збільшити потік розпиленої речовини, що конденсується на внутрішній поверхні труби Ця мета досягається розміщенням коаксіально циліндричному корпусу катоду розпилюваного стержня або, якщо це необхідно, розміщенням коаксіально корпусу катоду та один в одному розпилюваних стержня та однієї або декількох трубок При такій ЗМІНІ геометричних характеристик катоду розпилення речовини відбувається, в основному, з поверхні розміщених соосно катоду центральних розпилюваних елементів у вигляді стержня і трубок, а не поблизу отвору катоду, що збільшує ймовірність попадання розпилених атомів на внутрішню поверхню катоду Розширення таким чином зони ерозії та и переміщення на центральний розпилюваний елемент збільшують ймовірність попадання розпиленої речовини на внутрішню поверхню труби 3 іншого боку, за допомогою пристрою можна отримувати покриття різних сполук з регульованим ХІМІЧНИМ складом за рахунок розміщення всередині тримача катоду розпилюваних стержня і трубок з різних речовин і можливості їх взаємного переміщення На фіг 1 зображена схема пристрою, що заявляється, тримач катоду якого має розпилювальний стержень На фіг 2 зображена схема пристрою, тримач катоду якого має як розпилюваний стержень, так і трубку Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі містить анод 1, катод 2, односекційну водоохолоджувану магнітну систему 3, установлену соосно катоду 2 Анод 1 складається із герметичного корпусу 4 у вигляді пустотілого циліндра, нижня частина якого виконана у вигляді зрізаного конусу 57952 Односекційна водоохолоджувана магнітна система 3 із постійного магніту розташована в нижній частині циліндричного корпусу 4 аноду 1 До торця циліндричного постійного магніту 3 соосно приєднаний фокусуючий магнітопровід 5, виконаний з магнітом'якого матеріалу у вигляді зрізаного конусу На верхній частині герметичного циліндричного корпусу 4 установлені два патрубки 6 і 7 ВІДПОВІДНО для подачі та відводу води Звужений нижній торець корпусу аноду 4 приварений до магнітопроводу 5 Усередині герметичного циліндричного корпусу 4 коаксіально циліндричній поверхні корпусу 4 розміщена трубка 8, один кінець якої з'єднаний з патрубком 6 для подачі води, а інший знаходиться поблизу магніту 3 Катод 2 має циліндричний корпус 9, який закріплений на основі 10 До неї, в свою чергу, приєднаний тримач 11 у вигляді трубки, який спирається на ізолятор 12 Всередині трубчатого тримача 11 розташовані соосно тримачу розпилювані стержень 13 (див фіг 1) або коаксіально один в одному розпилювані стержень 13 і одна або декілька трубок 14 (див фіг 2), верхні торці яких знаходяться біля фокусуючого магнітопроводу 5, а нижні частини приєднані до механізму їх незалежного переміщення 15 Покриття наноситься на внутрішню поверхню труби 16 Пристрій працює наступним чином Попередньо роблять відкачку об'єму вакуумної камери, в якій знаходиться пристрій, до технологічного вакууму Після відкачки роблять напуск робочого газу, наприклад, аргону, до тиску 5 - 12Па Верхній торець труби 16 знаходиться нижче рівня основи 10 катоду 2 на 150 - 200мм Для підвищення адгезії попередньо прогрівають до відповідної температури трубу 16 Потім подають напругу між катодом 2 і анодом 1 Виникнення тліючого розряду між катодом 2 і анодом 1 обумовлене наявністю в області розряду магнітного поля, а також тим, що в напіввідкритому об'ємі катоду 2 в силу спрямованості руху ІОНІВ, а також розпилення атомів, які при своєму русі взаємодіють з іонами, виникає підвищений тиск, який приводить до утворення в об'ємі катоду 2 плазми Циліндричний електрод 9 катоду 2 виштовхує електрони до аноду 1, що приводить до іонізації робочого газу і і стабілізації розряду Стабільність розряду також підсилює термоемісія електронів зі стержня 13 і трубки 14, розігрітих іонами, а також вторинними електронами, які вибиваються з поверхні катоду 2 Утворені в області розряду позитивні іони, в основному, розпилюють стержень 13 і трубку 14 Після знегажування пристрою і стабілізації розряду трубу 16 переміщують вгору з одночасним обертанням навколо осі В міру розпилення стержня 13 і трубки 14 або при необхідності зміни ХІМІЧНОГО складу покриття проводять ВІДПОВІДНІ переміщення стержня 13 і труби 14 механізмом 15 Якщо в вакуумну камеру окрім інертних газів провести напуск реактивних газів (Ог, N2, СЬЦ і т д ) , то можна отримати ВІДПОВІДНІ сполуки Розширення технологічних можливостей пристрою відбувається внаслідок меншої замкненості об'єму катоду при використанні циліндричного корпусу 9, а також завдяки використанню як розпилюваних елементів стержня 13 і, якщо це необхідно, трубки 14 (або декількох трубок) Така геометрія розміщення розпилюваних елементів 13 і 14 значно зменшує КІЛЬКІСТЬ розпиленої речовини, яка конденсується на внутрішні поверхні катоду 2, що збільшує швидкість нарощування покриття на внутрішні поверхні труби 16 Разом з тим, при незалежному переміщенні механізмом 15 трубки 14 або стержня 13 можна при необхідності змінювати ХІМІЧНИЙ склад покриття 57952 57952 Комп'ютерна верстка А Крулевськии 10 Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна