Для зажигания дугового разряда с полым катодом необходимы следующие условия:
- На стенке камеры нанесения покрытия установлен полый катодный источник, изготовленный из танталовой трубки, который может использоваться для испускания потока горячих электронов. Внутренний диаметр плоской трубки составляет φ 6~ φ 15 мм, а толщина стенки — 0,8-2 мм.
- Источник питания состоит из параллельно соединенных источника питания для запуска дуги и источника питания для поддержания дуги. Напряжение источника питания для запуска дуги составляет 800-1000 В, а ток запуска дуги — 30-50 А; напряжение дуги — 40-70 В, а ток дуги — 80-300 А.
Процесс дугового разряда в полом катоде включает в себя преобразование аномального тлеющего разряда в дуговой разряд на «вольт-амперной характеристике». Во-первых, необходим источник питания, обеспечивающий пусковое напряжение 800 В для генерации тлеющего разряда в танталовой трубке. Высокоплотные ионы аргона внутри танталовой трубки бомбардируют и нагревают трубку до температуры, при которой испускаются горячие электроны, что приводит к большому потоку плазменных электронов и резкому увеличению тока дугового разряда в полом катоде. Затем также необходим источник питания с высоким током для поддержания дугового разряда. Процесс преобразования тлеющего разряда в дуговой разряд происходит автоматически, поэтому необходимо настроить источник питания, способный выдавать как высокое напряжение, так и высокий ток.
Если эти два требования сосредоточены в одном источнике питания, то вторичная обмотка силового трансформатора должна быть намотана очень толстыми проводами с большим количеством витков для получения высокого напряжения и высокого тока, что приведет к созданию источника питания большого объема. После многолетних усовершенствований стало возможным параллельное соединение небольшого источника питания для запуска дуги с источником питания для поддержания дугового разряда. Источник питания для запуска дуги использует тонкие провода для намотки в несколько витков, что позволяет получать высокое напряжение 800 В для зажигания танталовых трубок и генерации тлеющего разряда; источник питания для дугового разряда может выдавать десятки вольт и сотни ампер тока, используя толстый провод с меньшим количеством витков для поддержания стабильности дугового разряда с полым катодом. Благодаря параллельному соединению двух источников питания на танталовых трубках, в процессе перехода от ненормального тлеющего разряда к дуговому разряду, два источника питания автоматически соединяются и переключаются с высокого напряжения и низкого тока на низкое напряжение и высокий ток.
- Необходимо быстро отрегулировать уровень вакуума. Уровень вакуума для тлеющего разряда в танталовых трубках составляет около 100 Па, и структура осажденной пленки в таких условиях вакуума неизбежно получается крупнозернистой. Поэтому после зажигания дугового разряда необходимо немедленно уменьшить поток воздуха и быстро отрегулировать уровень вакуума до 8×10⁻¹~2 Па для получения мелкозернистой исходной структуры пленки.
- Поворотный стол для заготовки устанавливается вокруг камеры нанесения покрытия, при этом заготовка подключается к отрицательному полюсу источника питания смещения, а вакуумная камера — к положительному полюсу. Благодаря высокой плотности тока дуги полого катода, напряжение смещения для ионно-наносимой заготовки не обязательно должно достигать 1000 В, обычно оно составляет 50-200 В.
5. Установите фокусирующую электромагнитную катушку вокруг зоны коллапса Гана, и электромагнитное поле, создаваемое подачей тока на катушку, сможет сфокусировать электронный пучок в центре металлического слитка, увеличивая плотность мощности электронного потока.
Дата публикации: 20 июля 2023 г.