微波等离子体源离子注入装置，是一种用于离子注入材料表面改性的设备。它由靶室［１］、真空系统［２］、供气系统［３］和一组或多组工作源［４，５，６，７］组成。每组工作源包括一个或多个微波等离子体源［４］和（或）一个或多个材料溅射源［５，６，７］，微波等离子体源用横磁瓶电子回旋微波等离子体源；材料溅射源可以用磁控溅射源［５］、微波等离子体溅射源［６］或真空电弧装置［７］。在工作真空度１０↑［－２］－１０↑［－３］Ｐａ时，工件上接直流、交流或脉冲高压电源［８，１４，１５］，装置可进行离子注入、离子束动态混合，在工件表面形成优良的保护涂层。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种用于离子注入材料表面改性的设备，特别适用于金属材料表面改性。在日本《机能材料》1988年4月号P43-50，绪方洁的文章中描述了一种用电子枪蒸发材料在基片上沉积薄膜，同时用气体离子照射基片进行离子束动态混合生成保护镀层的装置。该装置的缺点是受视线加工的限制，只能对一个离子束看得到的表面加工。在1988年美国专利4，764，394中描述了一种装置，是在真空室中工作气压10-2Pa时，用热灯丝发射的电子产生等离子体，将工件浸入等离子体中，在工件上加负脉冲高压，由工件周围形成的等离子体鞘层中吸引正离子轰击工件并注入到工件表面，改善工件表面性能。该装置虽然克服了“视线加工”的限制，但是不能同时产生气体离子和金属离子注入以及薄膜沉积，即不能进行离子束动态混合加工。另外，用热灯丝发射电子产生等离子体时，不能长期工作于反应气体环境，灯丝材料还会带来污染。为了克服已有技术存在的缺陷，本专利技术提出了一种结构简单、工作寿命长、污染小、在高真空度工作的离子注入装置。本专利技术还提出了能进行气体离子和金属离子同时注入或同时进行离子注入和薄膜沉积的离子束动态混合处理装置。本专利技术的目的是这样实现的装置设有至少一组工作源，每组工作源包括至少一个微波等离子体源，工作源以工件为中心分布于其周围，工件上接有高压电源。为实现本专利技术的目的，装置的工作源还可以包括至少一个材料溅射源。材料溅射源接有溅射电源。工作源的数量一般选择在20组以内，具体可根据工件的大小，表面性能要求和沉积率选择工作源的数量，如工件大，要求沉积率高，工作源的数量可以多些。装置用一组或多组工作源中的微波等离子体源在工作真空为10-2-10-3Pa时产生等离子体，并输运到溅射靶片或工件附近，吸引微波等离子体中的离子在材料溅射源的溅射电源作用下产生溅射，同时对工件加上高压电源，由于溅射出的材料质点被等离子体离化成为离子或分子离子，因此这时除了有气体离子产生外，还产生有金属离子。这种同时由微波等离子体源及材料溅射源产生的气体离子和金属离子混合注入或离子束动态混合处理的效应，对工件表面进行全方位离子注入或离子束动态混合处理，可达到在工件表面形成附着强度高的保护涂层的效果。附图说明图1是装置有一组工作源的结构示意图;图2是工作源为微波等离子体溅射源的结构示意图;图3是装置有6组工作源的结构示意图。以下结合附图详述本专利技术图1、图2和图3中表示出本专利技术包括有靶室，与靶室相连有真空系统、供气系统，真空系统可使靶室内达到本底真空10-3-10-7Pa;工作真空10-2-10-3Pa。供气系统可以将溅射气体通过微波等离子体源送入靶室内，放在靶室内的工件上接有高压电源，根据需要高压电源可以用交流电源或直流电源或脉冲电源。采用交流电源较好，其优点是可以消除工件表面的电荷积累，以防止高压击穿引起的损伤，且价格便宜，使用方便。本专利技术在靶室上装有1组或多组进行离子束动态混合处理的工作源，每组工作源包括有1个或多个微波等离子体源和(或)一个或多个材料溅射源。微波等离子体源最好采用横磁瓶电子回旋微波等离子体源(本专利技术人申请的90105790.8号中国专利)。材料溅射源可以采用以下几种装置1.磁控溅射源。磁控溅射阴极用永磁铁做成，表面磁场＞1000高斯，装在溅射阴极上的靶片上接有溅射电源，可以用0-4KV的直流电源或高频电源。2.微波等离子体溅射源。它由微波等离子体源、设在靶室上的溅射通道以及设在靶室和通道之间的限流孔片组成，如图2中所示。溅射通道用石英玻璃做成，限流孔片可以用石英玻璃或溅射材料做成，以减小溅射材料对等离子体源的污染。溅射靶放在溅射通道内，一般采用面积较大的几何形状，可以获得较大的沉积率，比如圆筒式或方筒式，直径和高度可调。靶片接0-4KV的直流电源或高频电源作溅射电源。3.真空电弧装置。可用阴极电弧或阳极电弧装置，如北京仪器厂生产的DHD-600F型多弧离子镀膜机的阴极电弧源。以上三种材料溅射源都可以和微波等离子体源相结合产生气体离子和金属离子混合注入的效应或气体离子注入和薄膜沉积的效应。特别是真空电弧装置的离化率可达到70-90%，可产生大量的金属离子注入到工件表面改善工件表面性能。实施例一真空室上设一个或者用一个微波等离子体源，工作时金属或半导体材料工件上接交流高压电源，电压为30-100KV，电流为5-100mA，功率为10KW。在装置上对金属工件等进行氮离子注入表面改性;对半导体工件离子注入B或P等进行半导体渗杂形成浅结。实施例二如图1所示，真空系统上装一组工作源。它包括1个微波等离子体源或微波等离子体溅射源和4个磁控溅射源。微波等离子体源用于产生等离子体和清洗辐照工件。工件上加直流高压电源，4个磁控溅射源的溅射阴极分布于工件周围，装在溅射阴极上的溅射靶接溅射电源。溅射阴极的磁场分布构成四极磁场，对等离子体起约束作用，提高工作区的等离子体密度。该装置能进行材料表面保护涂层处理。实施例三如图2所示，靶室上装一组工作源，它包括5个微波等离子体溅射源。溅射靶为圆筒式，靶材可用Ti、Al、Si等。靶上加偏压溅射电源，用电压为0-4KV可调，电流为0-150mA的直流或高频电源。从5个微波等离子体源同时或轮流输入反应气体或溅射气体，如H2SiH4、CH4，N2或O2等到靶室内，能进行薄膜沉积在工件表面生成Si3N4、SiO2、a-SiH-a-cH等多层薄膜。在工作源工作的同时，工件上加电压为0-100KV，功率10KW的脉冲电源，即可对工件表面进行离子注入和离子束动态混合处理，在金属工件表面形成TiN、TiC、Al2O3等涂层。实施例四如图3所示，真空室上装6组工作源，每组包括一个微波等离子体源和一个阴极电弧源，工作源工作时在工件上加高压交流电源由微波等离子体源产生的气体离子(如N2)和由阴极电弧源产生的金属离子(如Ti、Al)同时注入到金属工件表面进行离子束动态混合，形成TiN超硬涂层，可达维氏硬度HV2500。权利要求1.微波等离子体离子注入装置，包括有靶室、真空系统，供气系统，其特征是至少有一组工作源，，，，每组工作源至少有一个微波等离子体源，工作源以工件为中心分布于其周围，工件上接有高压电源，，。2.如权利要求1的装置，其特征是每组工作源至少有一个材料溅射源，，。3.如权利要求2的装置，其特征是所说的材料溅射源是磁控溅射源或微波等离子体溅射源或真空电弧装置。4.如权利要求1的装置，其特征是工件上接的高压电源是交流电源。5.如权利要求3的装置，其特征是所说的真空电弧装置为真空阴极电弧装置。全文摘要微波等离子体源离子注入装置，是一种用于离子注入材料表面改性的设备。它由靶室、真空系统、供气系统和一组或多组工作源组成。每组工作源包括一个或多个微波等离子体源和(或)一个或多个材料溅射源，微波等离子体源用横磁瓶电子回旋微波等离子体源；材料溅射源可以用磁控溅射源、微波等离子体溅射源或真空电弧装置。在工作真空度10文档编号C23C14/48GK1087128SQ9211198公开日1994年5月25日 申请日期1992年11月16日 优先权日1992年11月16日专利技术者郭华聪 申请人:四川大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
微波等离子体离子注入装置，包括有靶室［１］、真空系统［２］，供气系统［３］，其特征是至少有一组工作源［４］，［５］，［６］，［７］，每组工作源至少有一个微波等离子体源［４］，工作源以工件［１６］为中心分布于其周围，工件上接有高压电源［８］，［１４］，［１５］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭华聪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]
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