Устройство для испарения электропроводящих материалов в вакууме

ОПИСАНИ,ЕИ ЗО БРЕТ Е-НИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцмалмстеецескихРеспублик д 661042 1) Дополнительно к авт. свид-ву -5 (21) 2174579/18-21(22) Заявлено 23 С 13/О вки-присоединением з 23) Приоритет -осударстееннвй комете СССР оо делам нзооретеннй н открытнй) Авторыизобретени 71) Заявитель 54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩ МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕарения электвакууме, соолненный из хлаждаемый м изолятор, ость катода едостаточ 20 ение надеж. принудитель- зоны контактем, что изИзобретение относится к области вакуумной техники и технологии и может быть использовано как для получения покрытий в глубоком вакууме, тк и для получения глубокого безмасляного вакуума, когда устройство используется в качестве испарителя геттерного материала в сорбционном вакуумном насосе.Известен вакуумно-дуговой геттерный насос и идентичное ему импульсное плазменное устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащие подвижный катод, выполненныи из испаряемого материала, анод и изолятор, разделяющий рабочую поверхность катода от поверхности анода 1В известном устройстве для испарения материалов в вакууме дуговой разряд возбуждается при подаче напряжения между анодом и катодом, вследствие пробоя по периодически самовосстанавливаемой поверхностной проводящей пленке из испаряемого материала на изоляторе, разделяюшем анод от катода. Катодные пятна вакуумной дуги всегда зарождаются в месте контакта катод- изолятор и локализуются в основном на границе, разделяющей катод от изолятора. Это приводит к местным привязкам пятна, многократному (с частотой следования импульсов возбуждению дуги в месте привязки, быстрому местному нагреву изолятора и его интенсивному разрушению катодным пятном 5 дуги. Последнее обусловлено взаимодействием испаряемого материала с нагретым до высокой температуры материалом изолятора, приводящим к локальному нарушению его электроизоляционных свойств. Невысокая надежность работы устройства, определяемая низким ресурсом изолятора, является основным недостатком известного чстпойства. Известно устройство для исп ропроводящих материалов в держащее кольцевой катод, вып испаряемого материала, водоо анод и контактирующий с ни разделяющий рабочую поверхн от поверхности анода 2) .Однако известное устройство но надежно в работе.Цель изобретения - повыш ности работы устройства путем ного увода катодного пятна из та катод-изолятор достигается661042 3вестное устройство, содержащее кольцевой катод, водоохлаждаемый анод и контактирующий с ним изолятор, разделяющий рабочую поверхность катода от поверхности анода, снабжено магнитной системой с полюсными наконечниками, образуюшими зазор, над которым расположена рабочая поверхность катода, причем зона контакта катод-изолятор смещена относительно оси зазора,Один из вариантов устройства для испарения электропроводяших материалов в вакууме с зоной максимума тангенциальной составляющей магнитного поля, замкнутой по кольцевой траектории показан на чертеже.Устройство состоит из кольцевого катода 1, вьшолцецного из исцаряемого материала ц снабженного механизмом подачи, водо)хлаждаемого анода 2, изолятора 3, разделяюшего участком поверхности 4 рабочую поверхность катода 1 от поверхности анода 2 и магнитной системы, собранной ца постоянных кольцевых магнитах 5 и 6, замкнутых между собой нрц цомоцси ярма (фланца) 7 и образующих полюсными наконечниками 8 кольцевуго зону с неоднородным магнитным ш)лем. (Направление магнитного потока в систем ноказацо цц чертеже пунктирной,цгц)гег). Кгтог 1 с ток)сгодводами рас- НО.Ожец В кольсенс)м:).)с)ре ме)кду полк)сцыми цакоцегцик;гхги 8 магии гт)в 5 и с). 1(;) гх)д 1 охлаждгц тся црс)то 1 гной водой ох)с;ги ге,гя с), изолирОВ) нцОГО От ) нггтнОи системы )гзс)- лятора)ги 1 О и 11. АИО; 2 с)х,гаж,)Сс )г, истемой Ох.гахгсдени 5 12 г.Олируегся гср)гс тичцым тс)кОВВО,сО)г 13. Мх Ни)г;н),гггчи хс. ловО и 3061 ха же и стс)е, к а ми 1 1. УстроиГгвс) рс)бс)тас ,гед;к)гцгг с)б)азом. При нодачсН-,ак; гс;с) н;гггяжсция г)а катод 1 и анод 2 прои" хс);с)г пробой по поверхности 4 изолятора 3, ца ко)оруо предварительно цанесс ца тонкая проводящая пленка и на границе раздела катод.изолятор зарождается катодцое ц)гпгс. 110 д действием цеоднороднс)го магнитс)го ггс)ггя 1 гссеяния (см. пунктир в зазормежду НО- гОсцыми нс кс)неч цика ми Я) к)гто,гггое п)гт цо совершает сложное движение, быстро пс. - ремсшаясь Вдс),гь линий магнитного поля, т. е. по рсгдг)л В зону максимума суммарного поля. расположенного Вблизи оси зазора между полюсцыми цаконечниками 8с гцитцой сис."семы и поперек силовых ций магнитного поля, Достигнув зоны максимума поля, катодное пятно движется гс),г.- ко лишь поперек силовых линий, поля, т, е. совершает круговое врацгецие, т. к. в рассматриваемом примере зона магнитного поля замкнута по круговой траектории. (.корость перемещения катодцого пятна зависит от тока дуги и величины тангецциальной составляющей магнитного поля на рабочей поверхности катода и составляет десятки мет 5 25 35 4 О 45 5 С) 55 4ров в секунду при амплитуде тока дуги 100 А и напряженности поля 200 - :400 арстед, причем с ростом тока дуги и величины магнитного поля скорость перемещения катодного пятна возрастает. При горении вакуумной дуги происходит испарение материала катода катодным пятном дуги, генерируется плаз ма катодного материала, которая, конденсируясь на поверхности конденсации, образует покрытие. Отметим, что, с целью увеличения адгезии покрытий ионы плазмы испаряемого материала могут быть ускорены электрическим полем, приложенным к поверхности конденсации, до энергий в несколько сот электрон-вольт. Часть плазмы (доли процента), генерируемая при горении вакуумной дуги, осаждается на поверхности 4 изолятора 3 и восстанавливает ца ней проводящую пленку, необходиму ю для цоследуюшего возбуждения вакуумной дуги. Вакуумная дуга горит до момента прохождения тока дуги через ноль, после чего устройство вновь готово к работе. Г 1 ри работе устройства катод 1 расходуется и прини-, мает форму, показанную на чертеже штрих- пунктиром. Механизм подачи катода обеспечивает перемещение его рабочей поверхности в зону испарения. Таким образом бесконтактное возбуждение вакуумной дуги (отсутствует поджигающий электрод с механическим приводом) и быстрый увод катод- ного пятна от границы раздела катод-изолятор позволяет сугцественно (более чем в 100 раз) увеличить ресурс работы изолятора и тем самым В целом повысить надежность расготы устройства как при питании его от источника постоянного тока (стационарный режим) так и переменного (импульсный режим). В последне случае возможно точное регулирование скорости испарения, а сс)стветс.-гвснцо и скорости конденсации для напылительных хстроистВ и скорости Откачки для сорбционцых вакуумных насосов.Проведены испытания предлагаемого устройств, работакццего В качестве нс.парителя титана В сорбционцс)м Вакуумцом насосе. Пс)лучецы следук)шие параметры: диапазон регулирования скорости испарения от 1 О") ггчнс ло 30 ггчас; максимальная мощцостг, потребляемая от сети однофазного тока частотой 50 Гц - 3 кВА; время откачки объема рабочей камеры старндартной установки вакуумного напыления УВНМот форвакуумцого давления 5 10 мм рт. ст. до 110 6 мм рт. ст. порядка 15 минут.Такие достоинства устройства как безицерцисность вклк)чеция и выклк)чения, широкий диапазон регугцгрования скорости испарения, отсутствие накаленных частей, низкое рабочее напряжение (до 220 В), универсальность и др. обеспечивают большие цре имущества по сравнению с известными устройствами как в системах для получения покрытий в вакууме из различных проводящих материалов, так и в системах получения без661042 Формула изобретения яихад Роды Составитель П,Лягин Редактор В. Лукин Техред О. Луговая Корректор М, Пожо Заказ 2394/26 Тираж 129 Подписное ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 45 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4масляного вакуума. По сравнению с известным прототипом предлагаемое устройство обладает существенно более высокой надежностью в работе, т. к. позволяет повысить ресурс работы изолятора - ответственного элемента устройства более чем в 100 раз. Устройство для испарения электропроводящих материалов в вакууме, содержащее кольцевой катод, выполненный из испаряемого материала, водоохлаждаемый анод и контактирующий с ним изолятор, разделяющий рабочую поверхность катода от поверхности анода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства путем принудительного увода катод- ного пятна из зоны контакта катод-изолятор, устройство снабжено магнитной системой с полюсными наконечниками, образующими зазор, над которым расположена рабочая 5поверхность катода, причем зона контакта катод-изолятор смещена относительно оси зазора. Источники информации, принятые во винто мание при экспертизе1. 1 атс т СШЛ Ло 3.437.260, кл. 230 - 69,196 о2. кОбзор по электронной технике,вып. 8 (269) часть 11 Электротсх ника, М.,1974, с. 42 - 48.