вакуумно-дуговые источники эрозионной плазмы с магнитными фильтрами: обзор

УДК 621.793 ВАКУУМНО-ДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭРОЗИОННОЙ ПЛАЗМЫ С МАГНИТНЫМИ ФИЛЬТРАМИ: ОБЗОР Д.С. Аксёнов, И.И. Аксёнов, В.Е. Стрельницкий Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина Кратко рассмотрено современное состояние проблемы генерирования потоков эрозионной вакуумно-дуговой плазмы, очищенной от макрочастиц катодного материала. Приведены реферативные описания 27 вакуумно-дуговых источников плазмы с магнитными фильтрами, предназначенных для использования в технологических процессах осаждения плёнок микро- и нанометрового диапазонов толщин. Использованы материалы патентов и журнальных статей, опубликованных в период с середины 1970-х годов по настоящее время. 1. ВВЕДЕНИЕ Плазменный источник с фильтром для удаления макрочастиц (МЧ) – ключевой инструмент, от степени совершенства которого зависят перспективы практического применения такой уникальной технологии, как вакуумно-дуговое осаждение покрытий, формирование поверхностных микро- и наноструктур, синтез плёнок нанометрового диапазона толщин. Успехами в разработке этих систем определяются темпы освоения новой технологии в микроэлектронике, оптике, точной механике, которые во многом определяют ход технического прогресса в целом. Причем на данном этапе решения обсуждаемой проблемы узловой её частью является совершенствование фильтрующей составляющей источника. Сказанное в полной мере и, пожалуй, в первую очередь относится к проблеме формирования потоков чистой углеродной плазмы в технике осаждения высококачественных алмазоподобных углеродных плёнок (покрытий). Накопившиеся к настоящему времени сведения о физике генерирования МЧ вакуумно-дуговым разрядом, о способах подавления эмиссии этих частиц, об источниках плазмы, в которых реализованы такие способы, рассеяны во множестве публикаций. Систематизация этих сведений представляется актуальной задачей. Материалы на эту тему собраны в ряде обзорных работ [1−5]. Однако в связи с быстрым развитием техники в этом направлении упомянутые публикации уже не отражают современное состояние проблемы. В настоящей работе кратко рассмотрено современное состояние проблемы генерирования потоков эрозионной вакуумно-дуговой плазмы, очищенной от макрочастиц катодного материала. Приведены краткие реферативные описания 27 вакуумно-дуговых источников с магнитными фильтрами. 2. ВАКУУМНО-ДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ «ЧИСТОЙ» ЭРОЗИОННОЙ ПЛАЗМЫ Принцип очистки плазмы от МЧ с помощью магнитного фильтра заключается в следующем. Между катодом и подложкой размещается некая преграда, исключающая прямую видимость между этой подложкой и активной поверхностью катода, являющейся источником эрозионной плазмы с МЧ. Такой преградой может служить экран или стенки изогнутой трубы – плазмовода (рис. 1) [6]. Рис. 1. Плазменный источник с криволинейным фильтром [6]: фильтр с плазмоводом в виде четверти тора (а); Sобразный плазмовод (б); Ωобразный плазмовод (в); 1 − источник плазмы; 2 − плазмовод; 3 − рёбра; 4 − катушки; 5 − камера; 6 − подложка; 7 − плазма; 8 − источник питания дуги; 9 − источник напряжения смещения Макрочастицы, двигаясь прямолинейно, наталкиваются на эту преграду и не попадают на подложку, в то время как ионная компонента плазменного потока с помощью магнитного поля направляется на подложку в обход преграды. Вследствие того, что не вс