离子源技术讨论专题

bomoaa

转一些大牛们的高见，抛砖引玉，做 离子源技术 的朋友来切磋。
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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
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。
( [  [$ I+ L6 {; O+ t/ s$ V6 d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。
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。
5 C+ V* u- V# x4 x+ F* d& b) ]3 N/ ?. b离子源种类较多。主要有:
kaufman离子源
射频离子源
霍尔离子源
冷阴极离子源
5 Y$ o4 N. o6 X" Z' N' R& C. n  j电子回旋离子源
. n+ J( F$ {7 s' F" }阳极层离子源
9 s5 \- V3 S6 w* u5 @& R' |感应耦合离子源
; `. v* g  Z* ?* z  x, p可能还有很多其它类型离子源未被提到。
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。
# n$ }, ]! T* G$ Q' y7 K7 |8 ^: X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。
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。
4 J, d- H/ T' {1 |& u% w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。
8 G, b$ H3 y  Z# h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：
% B  W" \. K( |; E- @1简单耐用。
2离子电流与气体流量几乎成比例，可获得较大离子电流。
. S6 K+ C( F" B( a3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。
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。
, }- c) u6 v1 @. Y/ h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。
, C5 o' \: v5 j3 L. i; w; c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。
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。
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* A* |" K% B" A( I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。
( s8 S! z8 T, c- F, C# B& [7 Z从参数来看，其磁场较弱，功率也不大，但其显着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。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。
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。

guwu830117

很好,谢谢!

chen1982

很好，谢谢

tangtang0427

楼主，你想讨论什么，我没看明白？我们用的是霍尔离子源