離子源技術及其在真空鍍膜中的應用

　　離子源（英文名稱：Ion source）是使中性原子或分子電離，并從中引出離子束流的裝置。它是各種類型的離子加速器、質譜儀、電磁同位素分離器、離子注入機、離子束刻蝕裝置、離子推進器以及受控聚變裝置中的中性束注入器等設備的*的部件。

　　氣體放電、電子束對氣體原子(或分子)的碰撞，帶電粒子束使工作物質濺射以及表面電離過程都能產生離子，并被引出成束。根據(jù)不同的使用條件和用途，已研制出多種類型的離子源。使用較廣泛的有弧放電離子源、PIG離子源、雙等離子體離子源和雙彭源這些源都是以氣體放電過程為基礎的,常被籠統(tǒng)地稱為弧源。高頻離子源則是由氣體中的高頻放電來產生離子的，也有廣泛的用途。新型重離子源的出現(xiàn)，使重離子的電荷態(tài)顯著提高,其中較成熟的有電子回旋共振離子源(ECR)和電子束離子源(EBIS)。負離子源性能較好的有轉荷型和濺射型兩種。在一定條件下，基于氣體放電過程的各種離子源，都能提供一定的負離子束流。離子源是一門具有廣泛應用領域的學科，在許多基礎研究領域如原子物理、等離子化學、核物理等研究中，離子源都是十分重要*的設備。

　　在離子源推進器實驗中，人們發(fā)現(xiàn)有推進器材料從離子源飛出，這就開始了離子源在材料，特別是材料表面改性的應用。離子源的另一個重要應用是高能物理。具體就是離子加速器。簡單地說就是用一臺離子源產生某種材料的離子，這個離子就在磁性環(huán)路上加速，從而轟擊一個靶，產生新的物質或揭示新的物理規(guī)律。

　　真空鍍膜中用到的離子源

　　種類較多。主要有:高頻離子源，弧放電離子源，kaufman離子源，射頻離子源，霍爾離子源，冷陰離子源，電子回旋離子源，陽層離子源，感應耦合離子源可能還有很多其它類型離子源未被提到。

　　離子源類型雖多，目的卻無非在線清洗，改善被鍍表面能量分布和調制增加反應氣體能量。離子源可以大大改善膜與基體的結合強度，同時膜本身的硬度與耐磨耐蝕特性也會改善。

　　高頻離子源

　　利用稀薄氣體中的高頻放電現(xiàn)象使氣體電離，一般用來產生低電荷態(tài)正離子，有時也從中引出負離子，作為負離子源使用。

　　在高頻電場中，自由電子與氣體中的原子(或分子)碰撞，并使之電離。帶電粒子倍增的結果，形成放電，產生大量等離子體。高頻離子源的放電管一般用派勒克斯玻璃或石英管制作。高頻場可由管外螺線管線圈產生，也可由套在管外的環(huán)形產生。前者稱為電感耦合,后者稱為電容耦合高頻振蕩器頻率為10 ～10 Hz，輸出功率在數(shù)百瓦以上。

　　從高頻離子源中引出離子可有兩種方式。一種是在放電管頂端插入一根鎢絲作為正，在放電管尾端裝一帶孔負，并把該孔做成管形，從中引出離子流。另一種方式是把正做成帽形，裝在引出電附近，而放電區(qū)則在它的另一側。不管采用哪種引出方式，金屬都要用石英或玻璃包起來，以減少離子在金屬表面的復合。

　　在高頻放電區(qū)域中加有恒定磁場時，由于共振現(xiàn)象可提高放電區(qū)域中的離子濃度。有時，還在引出區(qū)域加非均勻磁場來改善引出。

　　弧放電離子源

　　在均勻磁場中，由熱發(fā)射電子維持氣體放電的離子源。為了減少氣耗，放電區(qū)域往往是封閉的。做成筒形，軸線和磁場方向平行。磁場能很好地約束所發(fā)射的電子流，在腔中使氣體的原子（或分子）電離，形成等離子體密度很高的弧柱。離子束可以垂直于軸線方向的側向引出，也可以順著軸線方向引出。