Катоды, использующие магнитные поля

Катоды, в которых замкнутое магнитное поле устанавливается по меньшей мере на части испаряемой поверхности катода, получили широкое использование приблизительно за два последних десятилетия в технике катодного распыления и электродугового испарения (напыления).

В случае распыляющего катода магнитное поле служит для усиления плазменного разряда в инертном газе и для направления плазмы по траектории замкнутого контура вдоль испаряемой поверхности.

В случае катода дугового разряда магнитное поле служит для задания направления одного или более активных пятен дуги по траектории замкнутого контура вдоль испаряемой поверхности.

Подобные конфигурации катодов и магнитных полей использовались и для распыления и для электродугового испарения, главные различия которых состоят в требуемой напряженности магнитного поля и средствах бокового удержания разряда.

Распыляющиеся катоды обычно имеют напряженность поля в несколько сотен Гаусс, в то время как катоды дугового разряда обычно имеют напряженность поля только несколько десятков Гаусс. Наиболее известные, используемые в настоящее время катоды магнетронов могут быть описаны как имеющие в основном плоскую или цилиндрическую геометрию.

Плоские магнетроны главным образом содержат плоскую круглую или прямоугольную пластину из материала, подлежащего испарению. Магнитное поле проходит через или по пластине таким образом, чтобы образовать магнитный канал с замкнутым контуром силовых линий или «гоночный трек» по испаряемой поверхности, как это показано, например, в патентах США 5,407,551 (Sieck и др.), 4,162,954 (Morrison), 4,673,477 (Ramalingam и др.) и 4,724,058 (Morrison). Магнитный канал направляет и удерживает распыляющий разряд или дуговой разряд, обычно образуя круглую или овальную эрозионную выемку на испаряемой поверхности (поверхности катода, с которой испаряется материал). Материал, испаряемый посредством любого процесса, испускается в направлениях, по существу перпендикулярных к испаряемой поверхности (понятие «по существу перпендикулярные направления» подразумевает распределение эмиссии, сосредоточенное вблизи перпендикуляра к поверхности, на которой количество материала, испускаемого из конкретной точки на катоде в конкретном направлении, уменьшается как функция угла отклонения от перпендикуляра в этой точке).

Подложки, подлежащие покрытию, обычно обращены к поверхности катода и могут вращаться и/или перемещаться для увеличения площади равномерного покрытия. Части поверхности катода могут быть наклонены относительно плоской поверхности, чтобы влиять на распределение испускаемого материала или профиль эрозии катода (Пат. США №№ 4,428,259 (Class и др.) и 4,457,825 (Lamont)). Может использоваться триодное прямоугольное плоское устройство распыления, в котором параллельная составляющая поля простирается по незамкнутой траектории на испаряемой поверхности, с эмиттером электронов на одном конце траектории и с коллектором на другом конце (Пат. США № 4,404,077 (Fournier)).

Для сканирования дугового разряда назад и вперед по длине испаряемой поверхности используется прямоугольный плоский катод дугового разряда, в котором полярность параллельной составляющей поля меняется на обратную (Пат. США № 5,480,527 (Welty)).

Для управления перемещением дугового разряда по длине прямоугольного катода электродугового испарения используется объединенное статическое и динамическое магнитное устройство (Пат. США № 5,380,421 (Gorokhovsky)).

Цилиндрические катоды представляют собой стержень или трубку из материала, подлежащего испарению, например, цилиндрический распыляющийся катод с соленоидальным магнитным полем, параллельным продольной оси цилиндра, который имеет распределение эмиссии, перпендикулярное к внешней поверхности, и (идеально) равномерное по окружности и вдоль длины (Пат. США № 4,031,424 (Penfold и др.)).

Для достижения равномерной эрозии катодов используют относительное перемещение магнита и катода дугового разряда при расположении магнита внутри цилиндрического катода (Пат. США №№ 4,717,968 (McKelvey), 5,364,518 (Haztig и др.) и 4,849,088 (Veltzop и др.)). При этом магнит может оставаться неподвижным, в то время как цилиндр вращается, или наоборот. Распределение эмиссии по существу перпендикулярно к точкам на поверхности цилиндра, содержащим текучее местоположение эрозионного трека.

Для предотвращения ухода активных пятен дугового разряда с испаряемой поверхности используются кольцевые средства, обладающие магнитной проницаемостью (Пат. США №№ 4,448,659 (Morzison), 4,559,121 (Mulazie) и 4,600,489 (Lefkow)).

Для гашения активных пятен дуги, которые уходят с заданной конфигурации испаряемой поверхности используются устройства экранирования (Пат. США №№ 3,793,179 и 3,783,231 (Sablev и др.)).

Удержание дугового разряда в заданной области катода может осуществляться также за счет использования вихревых токов (Пат. США № 5,387,326 (Buhl и др.)).

Для процессов имплантации или травления в источниках ионов или плазмы используются катоды электродугового испарения (Пат. США №№ 4,994,164 (Bernardet и др.), 5,404,017 (Inuishi и др.), 5,482,611 (Helmer и др.)).

Электродуговой испаритель с магнитным управлением зоной испарения (А.с. СССР № 153130 / Карпов Д. А., Саксаганский Г. Л., Турченко С. С., 1994), позволяет повысить надежность и стабильность зажигания дугового разряда путем создания в зоне поджигающего устройства магнитных полей рассеяния, достаточных для поддержания дугового разряда в момент поджига независимо от взаимного расположения места пробоя изолятора поджигающего устройства, инициирующего дугу, и основного вращающегося управляющего магнитного поля на поверхности испаряемого катода. Магнитные поля рассеяния образованы с помощью сквозных отверстий в полюсном наконечнике магнитной системы. Отверстия равномерно расположены по окружности цилиндрического полюсного наконечника и находятся в плоскости торца катода и поджигающего устройства.

Поиск по сайту: