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离子源行内白话% z, a; V" E' M
标签：资料查备
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离子源在我国应用得越来越多。但相对真空镀膜用户还是比较陌生。比如有什么不同种类？各种离子源又有何特点。那些真空镀膜工艺非离子源不可；那些镀膜工艺只是锦上添花；而那些镀膜场合离子源只是点缀。等等。希望各位大侠和前辈参加讨论$ G, A7 z& ^7 i# ~% Z1 b$ `
据说离子源起源于星球大战的美苏竞争。理论计算表明离子源作空间推进器能量密度大于常规液氢推进器。美国的研究以美国宇航局的Kaufman教授的栅格式离子源（现在这类离子源仍叫Kaufman离子源）为主，而苏联则以终端霍尔离子源为主。据说苏联技术优先一些。总共有几百台离子源在实验室或空间做过实验或试飞行，直到去年欧洲宇航局还在实验离子源推进器。
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! L; X) l2 M* Y; z7 l在离子源推进器实验中，人们发现有推进器材料从离子源飞出，这就开始了离子源在材料，特别是材料表面改性的应用。, A! H+ S0 T5 h" Z5 d
s" `7 k$ ?$ `% {$ n离子源的另一个重要应用是高能物理。具体就是离子加速器。简单地说就是用一台离子源产生某种材料的离子，这个离子就在磁性环路上加速，从而轰击一个靶，产生新的物质或揭示新的物理规律。
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4 g3 g& x" p+ ?( a6 X6 x离子源种类较多。主要有:
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kaufman离子源( ^7 K) p+ U: P) e/ n, L8 H, y
射频离子源
+ f! h% }' Y3 F4 u霍尔离子源
7 S& L4 c ~+ s6 u( ~/ L" d* F4 Z冷阴极离子源
5 @! L$ S3 p0 K6 r, ^' ^( Y4 g3 r" D电子回旋离子源, f- [, r k( u x, K# X+ o
阳极层离子源
; {# `8 L5 z( E* d" H感应耦合离子源+ f. j, v* u0 Q! ]1 O; s
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可能还有很多其它类型离子源未被提到。5 H$ X+ U- a3 d8 @
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离子源类型虽多，目的却无非在线清洗，改善被镀表面能量分布和调制增加反应气体能量。离子源可以大大改善膜与基体的结合强度，同时膜本身的硬度与耐磨耐蚀特性也会改善。! d) h- U5 D7 Z0 l2 E$ B
- y# L: ~+ |& u6 ]若是镀工具耐磨层，一般厚度较大而对膜厚均匀性要求不高，可采用离子电流较大能级也较高的离子源，如霍尔离子源或阳极层离子源。) M A& i6 H0 G# W8 i2 n! J/ w
4 D) Z( ]9 i3 W8 c g" ^& |阳极层离子源，与霍尔离子源原理近似。在一条环形（长方形或圆形）窄缝中施加强磁场，在阳极作用下使工作气体离子化并在射向工件。阳极层离子源可以做得很大很长，特别适合镀大工件，如建筑玻璃。阳极层离子源离子电流也较大。但其离子流较发散，且能级分布太宽。一般适用于大型工件，玻璃，磨损，装饰工件。但应用于高级光学镀膜并不太多。9 @0 w( i9 C; [. w8 b$ Q) k
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考夫曼离子源是应用较早的离子源。属于栅格式离子源。首先由阴极在离子源内腔产生等离子体，让后由两层或三层阳极栅格将离子从等离子腔体中抽取出来。这种离子源产生的离子方向性强，离子能量带宽集中，可广泛应用于真空镀膜中。缺点是阴极（往往是钨丝）在反应气体中很快就烧掉了，另外就是离子流量有极限，对需要大离子流量的用户可能不适和。/ ], l H* U( s0 L
- i8 ?* J$ \- _! m, _8 `霍尔离子源是阳极在一个强轴向磁场的协作下将工艺气体等离子化。这个轴向磁场的强不平衡性将气体离子分离并形成离子束。由于轴向磁场的作用太强，霍尔离子源离子束需要补充电子以中和离子流。常见的中和源就是钨丝（阴极）。霍尔离子源的特点是：
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1简单耐用。
. O8 ~+ ~: H" S; Y2离子电流与气体流量几乎成比例，可获得较大离子电流。
6 V- }$ g& [4 N& L6 `. p" K3钨丝一般横跨在出口，收离子束冲击很快会销蚀，尤其对反应气体，一般十几个小时就需更换。并且钨丝还会有一定的污染。
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) w1 K7 g) L# W* g, E; h; h为解决钨丝的缺点。有采用较长寿中和器的，如一个小的空心阴极源。5 t2 F, c3 l0 ?% [$ o
/ g1 d2 C9 r. H" _3 r) ]* ~霍尔离子源可以说是应用最广泛的离子源。高级的如Veece的Mark I 和 Mark II 离子源。适用的如国产的大部分离子源。. e/ }% p) n' L4 f
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如果镀耐磨装饰膜，膜厚大，需要与机体结合力强，而均匀性要求不高。可用霍尔离子源。其离子电流大，且离子能级也高。如果是镀光学膜，则主要要求离子电流能级集中，离子电流均匀性好。故最好用Kaufman或RF离子源，有条件的可采用ECR（电子回旋）或ICP(感应耦合)离子源。另外，也要考虑到耗材，如用钨丝的霍尔源在反应气体中十来个小时就烧断了。而高级离子源如ICP离子源可在反应气体中连续工作几百小时。
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镀灯具铝膜。因为是金属膜，当然是直流磁控溅射好。速度快。中频适合镀化合物膜。如果选离子源，霍尔离子源就够了。但要注意你的灯具大小。一般霍尔离子源是圆形，离子源覆盖的面积有限。你一定要用离子束将工件全部覆盖到。若普通霍尔离子源太小，可考虑用阳极层离子源。" N% q! {" s- I
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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。% m8 f0 z9 y; d4 d+ t, X% ?
) ~+ q8 _! C; R W, b2 n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*莱宝机，尽管其价格远远高于其他镀膜厂家。莱宝APS实在独特，它不用永久磁铁而用电磁铁（电磁铁多要一套真空电路系统）。结构看起来很“苯”。但事实上性能却特别好。莱宝APS镀膜机之所以走俏，APS离子源（或邓离子源）起了很大作用。. u' A4 G$ K8 q9 V
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离子源难起辉的一个原因是磁场太弱激发不起等离子体。离子源的种类虽多，但基本上是先产生等离子体，然后从等离子体中抽出气体离子并加速成离子束，让后视需要注入电子中和离子流。
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现在国内离子源阴极一般都用钨丝，很简单方便。但需要定期更换。尤其是光学镀膜时用氧气，钨丝一般只能用10个小时左右。另外钨丝烧蚀会污染膜层。 |
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发表于 2006-11-1 20:52:35
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发表于 2007-4-16 18:23:31