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1、霍尔离子源原理及应用 1 离子源工作原理 离子源的种类 按离子能量分为： 高能 200ev以上的 如APS、RF、考夫 曼离子源； 低能 200ev以下的霍尔离子源 按类型分： 考夫曼型和霍尔型 2 离子源的工作原理 在真空环境下，利用发射的电子在电场 和磁场的相互作用下，使充入真空室的 气体产生离化，在电场和磁场的作用下 发射离子。 3 霍尔离子源的结构原理 组成部分： 阴极-发射电子 阳极-产生离子 气路-提供离化的气体 电源 4 霍尔离子源结构： 阴极 壳体 阳极 气管 磁场 5 考夫曼离子源的结构简图 壳体 栅极 阳极 气路 磁场 阴极 6 离子源的离子能量： 对于考夫曼离子源：为阳极

2、与栅极之间的 电压 霍尔离子源：阳极电压的6570% 7 两种离子源的特点： 考夫曼离子源的特点：高能低束流，能 流密度较低，出射角度较小，适合于镀 制较小面积的光学器件；使用成本高； 霍尔离子源的特点：低能大束流，能流 密度较大，发射角也较大，适合较大面 积的生产使用；使用成本低；适合于大 规模生产使用。 8 霍尔离子源与考夫曼离子源的对照表（霍尔离子源更 适合IAD） 性能指标 霍尔离子源考夫曼离子源 离子能量 低（40-200EV）高（300-2000EV） 离子束流 高（1安以上） 与能量成比例 束流面积宽（30度半角）窄 反应气体兼容性好很好 颗粒的产生 低 高 简单性/可靠性 好

3、很好 使用费用 低高 9 离子源辅助镀膜（IAD）的作用： 1、填充密度提高：折射率提高 2、波长漂移减少； 3、红外波段的水气吸收减少； 4、增强了膜层的结合力、耐摩擦能力、机械强 度、提高表面光洁度； 5、控制膜层的应力； 6、减少膜层的吸收和散射； 7、提高生产效率 10 IAD 增加填 充密度 高折射率 低水气吸收 增强结合力 更多压应力 光谱稳定性 低红外吸收 长期机械强度 耐磨性 更坚硬 11 IAD对各种材料的作用 1、氧化物 TiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5 、SiO2、HfO2、Y2O3、Al2O3、CeO2 、ITO等 2、氮化物 Si3N4 3、金属 Au、Ag

4、 4、氟化物 MgF2、YF3、PrF3、YbF3 12 离子源对氧化物采用O2为工作气体，可以 充分氧化，减少在短波的吸收，降低充 氧量 氧化物在550nm的折射率情况: TiO2 2.40 Nb2O5 2.32 Ta2O5 2.16 ZrO2 2.16 HfO2 1.98 Y2O3 1.98 CeO2 2.35 ITO 2.0 SiO2 1.46 Al2O3 1.67 13 TiO2 PVD 基板温度 300度 n=2.2550 柱状结构 IAD 基板不加温 V=150V,I=0.92A n=2.45550 立方结构 TiO2应力 张应力 14 SiO2 PVD 多孔 易吸潮,引起光谱漂移

5、 n=1.45 IAD n=1.46 压应力 与TiO2匹配 与离子能量有关,可以调节膜层的吸收、机 械稳定性、改善膜层的应力。 15 Al2O3 PVD n=1.6-1.65 多孔柱状结构 IAD AlAl2O3 n=1.65 无吸收 16 HfO2 UV、VIS、IR IAD n=1.98 减少膜层的非均匀性,折射率增加，光谱漂 移减少 可以使用Hf材料用电子枪IAD 蒸发 17 Ta2O5/Nb2O5 PDV 正常情况下 不能很好工作，有较大 的吸收。 IAD 下，Ta2O5的可见区吸收很小，短波 线很短，n=2.16(与离子源参数有关) Nb2O5 n=2.35 与TiO2相近,折射率

6、较稳定 18 ITO PVD 基片温度300度 IAD 基片不加温,面电阻20欧姆,透明,n=2.0 19 Y2O3 PVD 高度不均匀,无重复性 IAD 明显减少不均匀性,可重复,n=1.8-1.85 20 CeO2 PVD 基片温度350度,克服非均匀/无重复性 高度柱状结构多孔性容易引起湿气的吸 附 IAD 基片不加温,n=2.37 300度 n=2.4 均匀性提高,可重复性提高 21 ZrO2 PVD 不均匀 n=1.90-1.95 多晶立方结构 IAD 均匀 22 Si3N4 运用于光电子产品 PVD 膜层不均匀,膜层结构缺陷 IAD n=2.0 化学组分完整,致密 无定形 AlN

7、23 Au PVD 膜层的粘附力 IAD O2-工作气体 24 Ag 膜层粘附力,化学稳定性差 IAD O2 100ev 0.2mA/cm2 25 MgF2 PVD 300度 0.72-0.98 n=1.38 机械稳定性 对不能加温 IAD O2/Ar 120ev 0.4mA/cm2 吸收小于0.5% n=1.39 O2 100ev 0.2mA/cm2 吸收小于0.1% n=1.38 26 上海欧菲尔光电技术有限公司的离子源 特点: 重复性好 高稳定性 易于清洁 适合大规模生产 27 MARKIIMARK II H.O MARK IIIEH-II 离子源MARK II HCES/水冷 MARK

8、 II HCES 水冷 MARKIII HCES EH-II 灯丝 电源MARK II 20AMARK II H.O,3F,30A MARK III 3F,30A EH-II 30A 典型系统 尺寸 F600-1200, 1500L/S F760-1600, 2500L/S F1100以上, 4000L/S F700-1500, 2500L/S 阳极电流Max 5A Max 10AMax 15AMax10A 束流Max 1AMax 2AMax 3AMax 2.5A 离子能量40-120eV40-120eV40-120eV50-200eV 阳极电压170V170V170V300V 发射角60度60度60度60度 28 谢 谢! 29