莱宝APS离子源

一年前在真空论坛许老师曾深入的讨论过此问题，由于论坛上常出现帖子丢失现象，现在将其部分内容以及自己当时的帖子整理一下，以便自用。


“以下是引用许在2005-3-30 8:53:00的发言：

莱宝APS1104光学镀膜机可以说是目前国内镀膜界的王牌。这个镀膜机主要是两台电子蒸发源何一台APS离子源组成。其APS离子源可以说是镀膜机的心脏，其结构十分独特。首先它是Kaufman型离子源，但其阴极不是常用的钨丝，而是昂贵的LaB6材料。另外其磁场不是由永久磁铁产生，而是由电磁线圈产生。从参数来看，其磁场较弱，功率也不大，但其显著特点是在被镀工件上产生的温度低，其各项参数调得使成膜时热力学平衡好，成膜致密。可以说目前国内高档光学镀膜全靠莱宝机，尽管其价格远远高于其他镀膜厂家。

再谈谈莱宝APS离子源。因为这个离子源太独特了，随APS镀膜机，特别是APS1104在国内光学镀膜界的大量采用而为许多用户。APS是Advanced Plasma Source的打头缩写。顾名思义，是先进等离子源。我开始错误的认为它是Kaufman源，后来又觉得它与霍尔源接近，其实它谁都不像，就像它自己。它有些什么特点呢？
1 用很粗大的根BLa6棒作阴极2 很长很深的阳极管包围着阴极3 另外有一个加热BLa6阴极达1500度的加热器4 另有一层法拉第屏蔽5 进气管在离子源出口而不在底部6 功率非常大，光加热器就1.8千瓦，发射功率达15千瓦根据以上特点，做点主观分析：1 BLa6阴极电子发射效率较高，热稳定性相对钨丝要好一些，可提供大电子流，较长运行时间。
2 阳极管长深对离子发射有利（电场长）
3 可将BLa6阴极加热到1500的加热器水平的确高，就像在真空室放了一个炼钢炉，如何保温，冷却。就是电磁线圈的绝缘漆就是一个难题，又要出气率低又要耐一定温度（当然不是1500，因为该离子源采用了水冷却底座）
4 法拉第屏蔽在这里可能就有点讲究，该屏蔽，阴极，阳极应该处在不同电势
5 进气管在顶部容易理解，因为底部有一个“火炉”。但整个离子源好像把气体拉进阳极管离子化后在发射出来
6 功率之大很少有其它离子源能比，但其能级却能控制在250电子伏特以下，对无栅离子源来说真不容易。
7 采用电磁线圈作磁场源看来很笨（体积大，多一套电源），但却增加了可调节参数8 由于电子流大，调节参数多，粒子流在阳极管内基本上完全中和。以上只是一些主观分析。欢迎实际用过APS离子源的同行参加讨论”
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xbimr于2006-4-2 15:08:40编辑过

请教：
（1） “4 另有一层法拉第屏蔽”------法拉第屏蔽的作用是干什么的啊？这个不明白
（2） “ APS是Advanced Plasma Source的打头缩写。顾名思义，是先进等离子源。我开始错误的认为它是Kaufman源，后来又觉得它与霍尔源接近，其实它谁都不像，就像它自己。”------------------个人认为它可能是Kaufman与霍尔源的一个结合体：），采用用很粗大的根BLa6棒作阴极，类似欲Kaufman源那样通过外加电子来降低等离子体工作压强，或者达到增加功率密度的目的；而对于它的等离子体引出系统则是借鉴霍尔源的引出系统的原理，通过不均匀磁场之间的电位差（方向是内部高于出口）来加速在等离子体区域的离子，将它引出，这样可以采用无栅极的，也就没有什么阴极污染/烧蚀问题，此外离子流密度大小也不受所谓空间电荷限制的制约；另外从它的离子流能量分布是介于20——200EV之间，这个范围也是通常霍尔源的能量范围，估计它的能量分布范围也比较宽，这些都是霍尔源引出系统的特点，也是适用于薄膜制备的能量范围，所以用于光学镀膜。
(3) 它采用电磁线圈的原因可能在于，通过改变磁场，随即改变电位梯度，随即改变离子加速的能量，达到控制离子能量的目的？假如采用固定磁场，就少了控制控制离子能量的一个方法（4） APS离子源的离子能量对于有些薄膜，特别是关心电学性能等物理性能的薄膜植被来说，能量还是偏高了，最好应该小于20-30EV，这个范围能量的，一般是需要什么样的离子源可以达到要求，而且同时要保证相对离子流密度不能太小和不均匀？？-----个人瞎掰，敬请指教：）

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from：http://www.cofol.com/News/Display.aspx?ArticleID=79337&ClassNo=016&ClassID=0&CategoryID=100

APS等离子体源工作原理

出处：apsLaB6 2007年07月12日 11:09 阅读 57 次我单位提供质优价廉的德国Leyblod APS镀膜机国产LaB6阴极，目前已经批量生产，性能稳定，销往国内外，成功应用在德国Leyblod APS镀膜机的APS源上，所镀出的产品包括，IR-Cut Filter，紫外红外截止滤光片、红绿蓝（RGB）滤光片、窄带滤光片、二向色镜、介质高反膜、晶体镀膜，各种增透膜等镀膜产品。详细资料请来信联系： apspart@yahoo.com.cn，或留言。我们将提交相关资料供参考：性能参数、激活记录、使用记录（放电电压Vd、偏压、放电电流IC）、及实际镀膜产品的曲线。 APS是Advanced Plasma Source的缩写，原理如下图。等离子体源位于真空室底部，由LaB6阴极、阳极筒和螺旋磁场构成。圆柱形LaB6由石墨加热器直接加热。介于阳极和阴极之间的直流电压建立了一个带有电子的辉光放电等离子体，工作气体是Ar气。由于阳极筒周围螺旋磁场的作用，在磁力线方向等离子体电子迁移率迅速增加，而在阳极筒半径方向迅速减少。随着电子沿磁力线方向运动，等离子体就从阳极筒中射出，并射向基板。反应气体（O2）从阳极筒上方的管道中流出来。在高密度、高能量的等离子体的作用下，反应气体变得有活性并且部分被电离。反应气体的电离降低了反应气体的压强，这对于增加薄膜的化学计量（stoichimetry）是必需的。随着等离子体在真空室的扩张，蒸发物也被部分电离。对金属的电离是特别有效的。除了离子辅助镀的作用产生以外，也产生了电镀效果（电镀:利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺）。等离子体源与真空室的地面是绝缘的。由于等离子体中电子的高迁移率效果，产生了一个相对于真空室内壁和基板间的正的自偏压(Bias)。离子能量主要由自偏压决定。偏压的量级依赖于放电电压、磁场强度和真空室压力（Ar和O2的流量决定）。在被加速的等离子体离子的冲击及迁移下，基片表面薄膜的迁移率及填充密度就有所增加。与此同时，等离子体中的电子与膜层表面的正离子起到了中和作用，促进了等离子体对基板轰击的一致性。被电离的Ar+离在电场的作用下，对LaB6阴极溅射，这样LaB6阴极就会源源不断的产生大量的电子。等离子体高效的作用使得薄膜的增长速度可以很高，典型值可在0.5—1.5nm/s,具体值由蒸发物决定。虽然APS大部他是可用来提高生产量和性能，但是它也可用来随意的控制薄膜的性质，如密度、化学计量、折射率、甚至是薄膜的应力。