一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法技术

本发明专利技术提供了一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：初始化L、α、△L、△α：判断L是否大于L

【技术实现步骤摘要】
一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法
本专利技术涉及电子束蒸发源，特别涉及一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法。
技术介绍
电子束蒸发是使用电子轰击靶材，实现靶材蒸发的物理气相沉积手段。可用来制备高纯薄膜材料以应用于集成电路或功能器件的科研或生产等。按照控制电子的方式不同，可分为耦合电场，磁场的磁偏转电子束源和无磁场的普通电子束源。普通电子束蒸发源由于蒸发出的束流可以看见灯丝，所以灯丝寿命短，需频繁更换灯丝。相比而言，磁偏转电子束蒸发源通过引入磁场使得电子束偏转一定弧度后轰击到靶材，因此束流看不见灯丝，灯丝及设备寿命得以延长。而且，由于电子束直接轰击靶材，能够实现对靶材的局部加热，所以坩埚较冷，降低了坩埚材料的选取难度；甚至可以不用坩埚，所以磁偏转电子束蒸发源在电子束加热炉、分子束外延领域等得到了广泛应用。传统磁偏转电子束蒸发源专利重在阐述利用磁场可以偏转电子束，实现灯丝看不见束流的效果，延长寿命。例如CharlesW.Hanks在多篇专利中指出可以通过电磁铁或永磁铁或电磁铁和永磁铁的组合来构建横向磁场(与电子束轨道平面垂直的方向定义为横向)以偏转电子束。但其专利所述的电子束源体积庞大，磁场和机械结构冗余，电子束斑最小也只到～6mm，能量密度一般，所以空间利用率低，安装和使用不便，并且会产生严重的放气，影响真空，进而导致材料生长质量不高，所以提高能量密度和优化电子束源体积，拓宽磁偏转电子束蒸发源的应用场景，一直是磁偏转电子束蒸发源研究领域的热点。科研级分子束外延系统中使用的中小型磁偏转电子束蒸发源(CF35或CF63法兰安装)由于腔体空间狭窄，冷却效果差，所以要求更高的电子束偏转聚焦特性，所以困难重重。目前仅有少数几个发达国家的少数公司有能力生产，但也存在很多问题。比如，美国的Telemark公司，Meivac公司和德国的MBEKomponenten公司等。Telemark公司所产中小型磁偏转电子束蒸发源的电子束聚焦特性不佳，所以存在电子束发散而轰击坩埚的问题，引起坩埚发热，导致产生污染，进而影响材料的生长，不能够很好地应对精密科研设备的使用需求。以蒸Zr为例，Telemark公司型号为509的磁偏转电子束蒸发源所需功率高达500W，且金属坩埚会和Zr发生共熔，并存在坩埚穿孔等问题。在～210W时虽然能蒸发出Ti金属束流，但金属坩埚也会和靶材材料发生明显共熔，使得材料生长困难。美国Meivac公司所产中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建不合理，普遍存在耐受高压电弧放电性能差的问题。对于大型磁偏转电子束蒸发源(一般为CF100及以上法兰安装)而言，因为空间大，所以无需精简磁路结构，多采用多块磁铁构建横向磁场。类似地，Tsujimoto等人亦采用多磁铁构建磁路结构，所以机构复杂，体积庞大；而且电子束的偏转聚焦点难以控制在坩埚面，不利于高效能量转换。德国MBEKomponenten公司所产磁偏转电子束蒸发源克服了单块磁铁构建磁路结构带来的大部分困难，在结合复杂的电子发射器结构和多数导磁板的前提下，才实现了电子束偏转聚焦。但由于结构复杂，所以其只停留在CF63法兰安装的中型磁偏转电子束蒸发源，而不能开发出应用场景更广泛，潜力巨大的CF35法兰安装的小型磁偏转电子束蒸发源。在大型磁偏转电子束蒸发源上，一种弧形磁场(Convexfieldlines)对于电子束的偏转聚焦特性取得了很好的效果。但涉及利用弧形磁场提升聚焦效率的磁场设计只适应大型蒸发源，其结构不仅庞大，而且采用多磁铁组合的复杂结构受装配空间的制约，并不适合中小型蒸发源的设计。中小型磁偏转电子束蒸发源的开发迫切地需要一种行之有效的磁路结构的构建方法。目前，市面上现存的中小型蒸发源普遍没有考虑到弧形磁场对电子束偏转聚焦特性的影响，从而聚焦性能差，能量利用率低，导致纯度污染，高放气率等不必要的负面影响。所以业内迫切地需要一种提升中小型磁偏转电子束蒸发源偏转聚焦特性的磁路结构构建方法，因此实现了电子束偏转及其在偏转过程中的聚焦，最终让电子束偏转聚焦点的位置处于指定位置，实现坩埚内材料的高效蒸发。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术中披露了一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，本专利技术的技术方案是这样实施的：一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：S1：初始化导磁板长度L、导磁板收拢角度α、导磁板长度步长△L、导磁板收拢角度△α；S2：判断L是否大于最大导磁板长度Lmax，若大于，进入S13；S3：判断α是否大于最大导磁板收拢角度αmax，若大于，进入S13；S4：将L、α导入模拟器中；S5：所述模拟器输出电子束轨道；S6：判断所述电子束轨道是否满足结束条件；S7：令L＝L+△L，判断L是否大于最大导磁板长度Lmax，若未大于，进入S8，否则进入S11；S8：将L、α导入模拟器中；S9：所述模拟器输出电子束轨道；S10：判断所述电子束轨道是否满足结束条件，若未满足进入S7，若满足，进入S12；S11：令α＝α+△α，判断α是否大于最大导磁板收拢角度αmax，若未大于，进入S7，若大于，进入S13；S12：输出所述导磁板长度L和所述导磁板收拢角度α；S13：结束方法。优选地，所述结束条件为：所述电子束轨道偏转270度且所述电子束斑的直径小于3mm。优选地，在输出的所述导磁板(2)的长度为L的情况下，所述导磁板(2)与电子发射器(1)的阳极板外侧的距离为-1.8至+3.6mm。优选地，输出的所述导磁板收拢角度α在-6度至+6度之间。优选地，所述模拟器的模拟方法基于Laplace方程与有限元法。优选地，所述模拟器基于SimionProgram。一种中小型磁偏转电子束蒸发源，使用一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法构建，其特征在于：包括坩埚(3)、电子发射器(1)、磁铁(4)和导磁板(2)；所述磁铁(4)设置于所述坩埚(3)的底部，所述坩埚(3)两侧设置有导磁板(2)；所述电子发射器(1)设置在所述导磁板(2)所组成的空间内。实施本专利技术的技术方案可解决现有技术中中小型蒸发源普遍没有考虑到弧形磁场对电子束偏转聚焦特性的影响，从而聚焦性能差，能量利用率低，导致纯度污染，高放气率等不必要的负面影响的技术问题；实施本专利技术的技术方案，可实现电子束偏转聚焦点的位置处于坩埚面中心，聚焦束斑可至小于3mm的效果，有效实现锅心聚焦，发射电子的利用效率高达99％，便于冷却磁铁，运作稳定，更无需复杂的电子发射器结构，蒸发源的体积紧凑，实现了高能量利用率和高空间利用率的统一的技术效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：包括：/nS1：初始化导磁板长度L、导磁板收拢角度α、导磁板长度步长△L、导磁板收拢角度△α；/nS2：判断L是否大于最大导磁板长度L

【技术特征摘要】
1.一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：包括：
S1：初始化导磁板长度L、导磁板收拢角度α、导磁板长度步长△L、导磁板收拢角度△α；
S2：判断L是否大于最大导磁板长度Lmax，若大于，进入S13；
S3：判断α是否大于最大导磁板收拢角度αmax，若大于，进入S13；
S4：将导磁板长度L、导磁板收拢角度α导入模拟器中将L、α导入模拟器中；
S5：所述模拟器输出电子束轨道；
S6：判断所述电子束轨道是否满足结束条件；
S7：令L＝L+△L，判断L是否大于最大导磁板长度Lmax，若未大于，进入S8，否则进入S11；
S8：将导磁板长度L、导磁板收拢角度α导入模拟器中将L、α导入模拟器中；
S9：所述模拟器输出电子束轨道；
S10：判断所述电子束轨道是否满足结束条件，若未满足进入S7，若满足，进入S12；
S11：令α＝α+△α，判断α是否大于最大导磁板收拢角度αmax，若未大于，进入S7，若大于，进入S13；
S12：输出所述导磁板长度L和所述导磁板收拢角度α；
S13：结束方法。


2.根据权利要求1所述的一种中小型磁偏转电子束蒸发源磁路结构构建方法，其特征在于：所述结束条件为：所述电子束轨道偏转270度且所述电子束斑的直径小于3mm。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿力甫·库提鲁克，李浩，梅新灵，谢斌平，
申请(专利权)人：费勉仪器科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31