考夫曼离子源.doc

北京创世威纳科技有限公司考夫曼离子源版本：0.1创建时间：2013-1-12创建人：谢云图1 离子源结构图2 离子源参数阴极阴极电流表示的是阴极加热电流，在一定范围内，阴极加热电流越大，放电电流越大，放电电流增加引起放电等离子体中离子密度及电子温度增加，使离子束流增加。但阴极电流增加到一定程度时，放电电流不会再增加，这是因为堆积在阴极附近的电子会阻止阴极上的电子离开阴极到达等离子体。由于空间电荷对阴极发射的限制会大大提高灯丝的加热温度，减少阴极灯丝的寿命，这是需要避免的。为此，可以适当加大放电电压及放电室气压来避免阴极发射的空间电荷限制。阳极在使用时往往把阳极电压调高，如6070V，这样容易起弧且能获得较大的放电电流。在离子源起弧后约3540V的放电弧压所产生的离子基本上是单荷离子Ar+，理论上出现双荷离子Ar+的电压约48V左右。因此6070V的放电电压会使双荷离子数量增加到占总离子数的1020%左右，双荷离子具有单荷离子两倍的能量，在6070V时为120140 eV。离子源中所有材料的溅射阈值一般为2035eV，3540eV的Ar+在离子源内部不会产生明显的轰击阴极灯丝的溅射。在40140eV能量范围溅射额随离子能量迅速增加。1020% Ar+的以120140eV能量轰击灯丝表面，溅射量可增加10100倍，其结果是阴极灯丝被大量溅射逸出而侵蚀，使用寿命大大缩短，同时单荷Ar+离子很少从栅孔抽出形成有效离子流，并且灯丝材料W+离子一同抽出在真空室内污染薄膜材料。因此，启动离子源时可以调高阳极电压帮助起弧，在其它参数包括送气量确定后，尽量调低放电电压，可调到息弧的临界值稍大一点即可。屏极屏极电流反应的是离子束的大小，但真正从离子源引出去的离子束的大小应是屏极电流与加速电流之差。屏极电压反应的是离子束中离子的能量。离子所得到的净加速能量是阳极电压与屏极电压之和（因等离子体电位与阳极电压相近），由于阳极电压远小于屏极电压，所以通常认为屏极电压就是离子束的能量，如屏极电压是500V，那么离子束的能量就是500eV。加速加速极上加的是负偏压，一方面是为了引出更大的束流，另一方面是为了抑制二次电子和中和电子回流进入放电室。电子回流会造成假的离子束流。如果采用过低的加速极电压则将使假的离子束流急剧上升。但是如果采用过高的加速极电压则会加强使离子束发散的减速电场，使离子束过于发散。加速电流是离子打到加速栅网上的电流，该电流不应大于20mA，否则，会对栅网造成严重的损害。如果电流大于高于20mA，可适当提高屏极电压或者减小阴极电流。中和中和电流是中和灯丝的加热电流。偏置偏置电流的大小表示的是电子束流密度。偏置电流是屏极电流的偏置系数倍。一般偏置系数在1.2-1.5。注意事项启动离子源前，应先确定离子源各极是否接好以及绝缘情况。屏极对地绝缘、屏极对加速极绝缘、中和极对地绝缘、加速极对地绝缘、阴极对阳极绝缘、阴极对屏极绝缘。法拉第测量法拉第测量用于测量从离子源引出的离子束的均匀性。离子源前置一挡板，挡板接地，在挡板的直径上分别放置一些法拉第桶，桶的一端用于接收离子，另一端连接电流表，用于显示桶接收到的离子形成的电流大小。当离子源启动时，挡板处于关闭状态，中和电流和偏置系数设为0，那么，从离子源引出的离子束流就会达到这些法拉第桶上，通过分别检测各个桶形成的电流大小从而确定离子束的均匀性。法拉第桶的直径为，那么面积为。对于一个15cm的离子源，其离子束的引出直径为，其面积为。如果屏极电流是，那么，每平方厘米的束流密度为。那么，如果引出的离子束流绝对均匀的话，那么每个法拉第桶的测量值就是，即测量值的2倍就是离子束流密度。但实际由于离子束会不均匀，那么每个法拉第桶的测量值会有所偏差。另法拉桶测量值最大的电流为，最小电流为，那么离子束的均匀性为。例如，如果测的最大值为，最小值为，那么，该离子束的均匀性就是。影响离子束流的均匀性有很多，如束流大小，加速电压。加速电压影响的是离子束流的发散程度，加速电压越大