线性阳极层离子源磁路设计与电磁场数值模拟

发布日期：2017-07-03 来源：中国知网 作者：汪礼胜, 唐德礼, 程昌明 浏览次数：293

介绍了一种广泛应用于离子刻蚀、预清洗和离子束辅助镀膜的阳极层离子源的工作原理, 分析了磁场对其性能的影响。给出了线性阳极层离子源磁路的设计。采用ANSYS 有限元分析软件对线性阳极层离子源的静态电磁场进行了模拟分析, 并与实验结果进行了比较, 结果令人满意。通过ANSYS 编码对电磁场模拟, 可为具体的阳极层离子源的改进设计提供指导。

近年来, 人们将空间离子推进技术应用于工业领域, 研制了各种离子源, 以提高等离子体表面处理技术。阳极层离子源是其中之一, 这种离子源可用于刻蚀、预清洗和离子束辅助沉积等。从阳极层离子源引出的离子轰击基体表面起到清洗、活化和强化材料表面及消除静电的作用, 荷能离子与成膜粒子相互碰撞能将部分能量传递给成膜粒子, 载能粒子沉积在基体表面形成致密的膜。阳极层离子源离子束流密度很高, 离子束能量范围很宽, 并且其结构简单, 设计成本低, 因此这种离子源已广泛应用于工

业镀膜中。

阳极层离子源是霍尔离子源的一种, 它是以电场、磁场联合工作为基础的, 而合适的磁场是这种离子源正常工作的基础, 直接影响离子源的工作性能。因此, 磁路设计是阳极层离子源设计的核心。为了满足工业上大面积等离子体预清洗和离子束辅助镀膜的需要, 我们在典型的阳极层离子源的基础上经过改进, 研制了一台线性阳极层离子源, 该源的尺寸(长×宽×高)为1000mm ×116mm ×72mm, 其主要性能参数如下:磁场采用永久磁铁提供, 阳极附近磁场0 .16T 左右, 出口处磁场0 .01 ～ 0 .03T ;放电电压300～ 700V ;放电电流1 ～ 5A ;离子束流可达1250mA ;离子束平均能量150eV ～ 350eV ;工作压力10^-2～10^-1Pa ;气体流量20 ～ 40sccm 。我们首先简单介绍典型阳极层离子源的基本工作原理并分析其性能对磁场的基本要求, 探讨了线性阳极层离子源的磁路设计。采用ANSYS 有限元分析软件对我们设计的线性阳极层离子源电磁场进行模拟, 并通过实验进行了验证, 为具体的阳极层离子源的改进设计提供理论指导。
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