大束流阳极层离子源的阴极刻蚀现象及消除措施

阳极层离子源可输出高密度离子束流,广泛用于等离子体清洗和辅助沉积,但大束流下内部易发生放电击穿,且大量离子轰击内外阴极导致明显刻蚀,易造成样品污染.本文提出阳极环绕磁屏蔽罩和内外阴极溅射屏蔽板的设计方案,并仿真研究了其对离子源电磁场和等离子体放电输运的影响.发现阳极环绕磁屏蔽罩可切断离子源内部阴阳极间的磁场回路,消除打火条件.内外阴极溅射屏蔽板选择溅射产额低且绝缘性能好的氧化铝,既可阻挡离子溅射,又能屏蔽阴极外表面电场,使等离子体放电向阳极压缩,在抑制阴极刻蚀行为的同时提升离子输出效率.当距离阴极外表面9 mm时,溅射屏蔽板的作用效果最优,不仅能获得稳定放电和高效输出,还可大幅削弱阴极刻蚀行为并减少污染.实验结果显示:改进离子源无内部打火,输出高效且清洁,相同电流下离子输出效率较原离子源实际提高36%;玻璃基片在经过1 h清洗后,表面成分几乎不变,来自阴极溅射的Fe元素含量仅为0.03%,比原离子源低2个数量级,含量约为原离子源的0.6%,实验结果验证了理论分析.