考夫曼离子源
离子源分类资料
离子能量 20-50eV
50-1500eV 50-1500eV 20-50eV 20-50eV 20-200eV
现状
应用
无中和器、等离子
体中性差、维护困
难、寿命短、不能 现较少采用
直接通入氧气、氮
气等
结构复杂、馈入氧
、氮等反应气体阴 极中毒、灯丝更换
不属主流、较少采用
困难
结构复杂、稳定性
差、价格昂贵、均 应用较多
无栅离子源
潘宁源 霍尔源 APS源
直流Leabharlann 发散能量（eV） 优点/缺点
200-3000
→高能小束流 →能量调节宽 ×栅极中毒 ×辐照区域小 ×均匀性差
20-200
→低能大束流 →无栅极中毒 →辐照区域大 →均匀性好 ×能量低 ×能量范围小
应用
离子束辅助镀膜 在线等离子体清洗 半导体 离子束直接镀膜
在线等离子体清洗 离子束辅助镀膜 离子束直接镀膜
无栅离子源
阳极膜
直流
聚焦 发散
潘宁源
束流范围 10-50A
考夫曼
射频离子源
霍尔离子源 空心阴极霍 尔离子源 APS源 阳极膜离子 源
0.35A
0.7A 5A 5A 0.5mA/cm2 15mA/cm
100-3000
→能量范围宽 →无灯丝 →无栅极 →免维护
在线等离子体清洗 离子束辅助镀膜 离子束直接镀膜
匀区较小
能量较低、调节范 围小、存在小污染
ID机，前处理
能量较低、调节范
围小
能量较低、调节范
围小，不适用反应
气体
100-2000eV
离子源分类
■离子源分类-
按能量
能量分类
考夫曼源 用途
考夫曼源：引领科技前沿的离子源设备考夫曼源，也被称为考夫曼离子源，是一种极其精密且高度先进的实验设备。
它利用先进的电离技术，将气体分子转化为高能离子束，为科学研究和技术应用提供了强大的工具。
这种设备被誉为实验研究中的“瑞士军刀”，具有广泛的应用领域和无可比拟的性能优势。
考夫曼离子源的卓越性能主要体现在其高密度、高能离子束的生成能力上。
通过先进的电离技术和精确的束流控制，该设备能够生成超高纯度的离子束，为实验研究提供极为准确的实验条件。
无论是在微电子学、纳米科技、光电子学还是表面科学等领域，考夫曼源都能发挥出其独特的作用，为科研人员提供可靠的实验数据和结果。
在微电子行业中，考夫曼离子源的离子注入技术已经成为制造高性能半导体器件的必备手段。
通过精确控制注入离子的能量和剂量，科学家们能够实现对半导体材料的深层次掺杂和改性，从而制造出具有优异性能的微电子器件。
这一技术的应用，不仅极大地推动了现代电子工业的发展，同时也为通信、计算机、航空航天等领域的技术革新提供了强有力的支撑。
此外，考夫曼离子源在太阳能电池制造中也扮演着关键角色。
随着可再生能源需求的不断增长，太阳能电池的市场需求也在持续扩大。
通过离子注入技术，科学家们能够在硅基底上形成微结构，提高太阳能电池的光吸收效率和光电转换效率。
这一技术的应用，不仅为可再生能源领域的发展提供了重要的推动力，同时也为环境保护和可持续发展做出了积极的贡献。
在纳米科技领域，考夫曼离子源的离子束刻蚀和镀膜技术是实现纳米级别结构制造的关键手段。
随着纳米科技的飞速发展，对纳米材料和器件的性能要求也越来越高。
利用高能离子束对材料进行精细的刻蚀和镀膜，科学家们能够制造出具有特殊光学、电学和机械性能的纳米材料和器件。
这些纳米材料在光学、电子、生物医学等领域具有广泛的应用前景，为科技创新和产业发展提供了无限可能。
总而言之，考夫曼源作为一种高性能的离子源设备，其用途多样且重要，涵盖了众多领域的研究和应用。
材料表面改性用宽束离子源研究现状及发展
材料表面改性用宽束离子源研究现状及发展摘要：应用于核技术的离子源不同，对应用于改性技术的离子源则要求大面积均匀区，强流 (特别是在低能及超低能范围)，气体及能量的高效率，结构简单，工作稳定且寿命长。
本文主要对考夫曼离子源、高能入射离子、ECR、RF- ICP 几种宽束离子源做了简要介绍。
关键词：材料表面改性高能入射离子射频离子源电子回旋共振离子源表面改性技术概述：表面改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。
表面改性的方法有很多报道，大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。
表面改性技术则是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。
它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等薄膜镀层、物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。
这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。
使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。
宽束离子源概述：薄膜科学与技术是新材料发展前沿最活跃的领域之一，而良好的薄膜制备或改性技术则是赋予材料表面应用功能的基本条件。
离子束增强沉积技术(IBED)，也叫离子束辅助沉积(IBAD)，把离子注入与物理气相沉积技术结合起来，在电子束蒸发或离子束沉积薄膜的同时，用几+eV到几十kev能量的离子束对其进行轰击，利用沉积原子与轰击离子之间的一系列物理化学作用，在常温下合成各种优质薄膜。
为了把该技术推向应用，必须提高处理能力，因此各类宽束离子源就应运而生，而离子源的发展是决定IBED能不能走向生产的关键。
材料表面改性用宽束离子源分类与应用：与应用于核技术的离子源不同，对应用于改性技术的离子源则要求大面积均匀区，强流 (特别是在低能及超低能范围)，气体及能量的高效率，结构简单，工作稳定且寿命长。
离子源技术
离子源技术来源:深圳大学薄膜物理与应用研究所发布者:tfpa 发布时间:2010-1-7 9:49:43 浏览次数:667离子源在我国应用得越来越多。
但相对真空镀膜用户还是比较陌生。
比如有什么不同种类？各种离子源又有何特点。
那些真空镀膜工艺非离子源不可；那些镀膜工艺只是锦上添花；而那些镀膜场合离子源只是点缀。
等等。
希望各位大侠和前辈参加讨论据说离子源起源于星球大战的美苏竞争。
理论计算表明离子源作空间推进器能量密度大于常规液氢推进器。
美国的研究以美国宇航局的Kaufman教授的栅格式离子源（现在这类离子源仍叫Kaufman离子源）为主，而苏联则以终端霍尔离子源为主。
据说苏联技术优先一些。
总共有几百台离子源在实验室或空间做过实验或试飞行，直到去年欧洲宇航局还在实验离子源推进器。
在离子源推进器实验中，人们发现有推进器材料从离子源飞出，这就开始了离子源在材料，特别是材料表面改性的应用。
离子源的另一个重要应用是高能物理。
具体就是离子加速器。
简单地说就是用一台离子源产生某种材料的离子，这个离子就在磁性环路上加速，从而轰击一个靶，产生新的物质或揭示新的物理规律。
离子源种类较多。
主要有:kaufman离子源射频离子源霍尔离子源冷阴极离子源电子回旋离子源阳极层离子源感应耦合离子源可能还有很多其它类型离子源未被提到。
离子源类型虽多，目的却无非在线清洗，改善被镀表面能量分布和调制增加反应气体能量。
离子源可以大大改善膜与基体的结合强度，同时膜本身的硬度与耐磨耐蚀特性也会改善。
若是镀工具耐磨层，一般厚度较大而对膜厚均匀性要求不高，可采用离子电流较大能级也较高的离子源，如霍尔离子源或阳极层离子源。
阳极层离子源，与霍尔离子源原理近似。
在一条环形（长方形或圆形）窄缝中施加强磁场，在阳极作用下使工作气体离子化并在射向工件。
阳极层离子源可以做得很大很长，特别适合镀大工件，如建筑玻璃。
阳极层离子源离子电流也较大。
但其离子流较发散，且能级分布太宽。
考夫曼离子源
考夫曼离子源放电效率的提高
• 考夫曼离子源一般采用低磁场的轴向发 散场及多磁极场。在发散场中电子沿发 散的轴向磁力线作螺旋运动并来回振荡 。在多极磁场中沿着放电室四壁布置了 软铁片制成的磁极靴，将磁钢夹在磁极 之间，并使相邻的磁钢极性相反。于是 ，在放电室四壁构成了电子磁障，高速 电子受到磁障的反射将不能到达阳极， 从而延长了高速电子的自由程，提高了 放电效率。
基本结构示意图
工作原理
• 从阴极(普通为直热式灯丝，也可采用带有 氧化物发射体作为插入件的空心阴极)发射 出来的电子，经过阴极鞘层被加速获得相应 于等离子体与阴极之间电位差的能量。等离 子体的电位接近于阳极电位，只高几伏。这 类高速电子与从进气口均匀进入放电室的气 体原子相碰撞形成等离子体。形成的离子少 部份被离子光学系统拔出形成离子束，大部 分离子则要和壁面复合。碰撞后形成的慢电 子则作为等离子体电子存在。 为了构成放 电通路，该类慢电子必须通过扩散到达阳极
考夫曼离子源
• 基本结构 • 工作原理 • 性能特点 • 应用实例
目录
基本结构
• Kaufman 离子源是最早出现、最基本的 离子源,原理结构如图1所示,阴极 (Cathode)、阳极(Anode)、栅极(Grids)、 放电室圆筒构成气体放电室(Discharge Chamber),栅极构成离子光学系统。放电 室筒外设置磁铁,通过磁路使磁力线穿过 放电室,磁力线从阳极向栅极方向发散并 布满栅极,栅极极靴收集磁力线回到磁铁 。
镀膜设备中常用离子源介绍
陈智顺 2018-8-23
CONTENT
技术起源
原理及分类
工作原理：
工作气体或反应气体由阳极底部进入放电区内参与放电，放电区内由磁铁产生如图所示的锥形磁场，在放电区的上部安装有补偿或中和阴极。
根据工作要求该型号离子源的工作气体为氩气，反应气体可以使用氮气、氧气或碳氢等多种气体。
放电区上部阴极灯丝加热后产生热电子，当离子源的阳极施以正电位+UA时，电子在电场作用下向阳极运动，由于磁场的存在，电子绕磁力线以螺旋轨道前进，与工作气体或反应气体的原子发生碰撞使其离化。
离子在霍尔电场的作用下被加速获得相应的能量，与灯丝热阴极发射的部分热电子形成近等离子体，由等离子体源发射出来与基片发生作用达到清洗和辅助镀膜的目的。
•使用钨丝作为中和阴极
•结构简单、工作可靠
•维护简单，运行成本低廉
•工作时钨丝挥发
•存在微量污染
•钨丝寿命小于50小时
•离子能量约为阳极电压的65%~70% ev
•离子源用途：
用于真空镀膜过程中基底离子轰击清洁及沉积过程中离子轰击能量输送。
广泛应用于：增透膜、眼镜镀膜、光纤光学、高反镜、热/冷反光镜、低漂移滤波器、带通滤波器、在线清洗、类金刚石沉积等；•作用
能够改善薄膜的生长、优化薄膜结构，增加镀膜的一致性和重复性，低温高速率镀膜，清除工件表面水和碳氢化合物，增加薄膜密度，降低内应力低，清除结合力弱的分子，反应气体活度增加，薄膜成分易于控制；。
考夫曼维护指南(交流)K-17
北京安恩科技K-17考夫曼离子源维护指南1 中和灯丝当离子源使用一定时间后，中和灯丝会越烧越细(中和灯丝电流变小)，最终中和灯丝烧断。
中和电极螺母中和灯丝总长240mm左右（含两端固定部分）的Φ0.4mm或0.5mm 的钨丝(灯丝规格根据电源型号而定)，直接安装在中和电极杆上，旋紧M4滚花螺母即可。
请使用厂家标明规格的钨丝，否则离子源可能无法正常工作。
更换中和灯丝时，尽量避免灯丝断后掉入栅网的孔内，方法1：使用盖子放置在栅网上方，遮挡中和灯丝碎片进入栅网孔内，以免引起栅网间异常放电。
方法2：将外筒从离子源上移开后再更换中和灯丝。
2 栅网清洗离子源经一段时间使用后，栅网表面会被污染，污染可能来自蒸发膜料的沉积，也可能来自离子束下游溅射基板带来的污染，通常绝缘沉积物会使栅网表面绝缘，因而引起栅网间异常放电出现。
而导电材料的污染，有可能使栅网绝缘片或绝缘子被污染后，引起栅网间绝缘下降或短路。
栅网是考夫曼离子源的核心部件，请定期进行维护，保证离子源正常工作, 正确、及时的保养可以延长栅网的使用寿命。
正常使用情况下，栅网可使用数年之久。
2.1栅网分解将K-17离子源外筒拆下，如图2所示将两个栅网固定螺母松下来，然后可以将栅网组件整体拆下来。
图2 K-17考夫曼离子源栅网架固定螺母如图2所示，将栅架M4固定螺母松开，把栅网组件从源头上取出。
如图3所示为K-17离子源栅网组件，它由加速栅架、屏栅架、加速栅、屏栅、固定绝缘子、栅网绝缘片及固定螺钉、螺母组成。
图3 K-17考夫曼离子源栅网组件图4 K-17考夫曼离子源加速栅架固定M5×10螺钉如图3、4所示，将加速栅架M8×10固定螺钉松开（请选用M5×8-10M5×10螺钉 M5×10螺钉 M5×10专用固定螺钉加速栅架栅网的螺钉，过长的螺钉将导致栅间短路），然后松开M3×16的加速栅连接固定螺钉，如图5所示。
制备光学薄膜的离子源技术
制备光学薄膜的离子源技术尤大伟(中科院空间中心北京 100080)THE ION BEAM SOURCE TECHNOLOGY FOR OPTICLE PHILM COATINGDawei YOU（Space Science and Application Research Center, Academy Cynic，Bejing,100080）Abstract The several ion beam sources(Kaufman ion source, Hall source, RF ion source, GIS ion source, Anode Layer ion source) for optical film IAD manufacturing were reviewed. The operation principle, major technique, and typical ion sources were presented especially. The compared performance of these ion sources was listed finally..Keywords Optical film costing, Ion beam sources, Ion assisted deposition摘要：本文叙述了制备光学薄膜的各种常用辅助镀膜离子源工作原理，关键技术。
并制表予以比较。
关键词光学薄膜辅助镀膜离子源离子束辅助镀膜一、 前言众所周知，制备高质量的光学薄膜已经离不开离子束技术。
光学膜要求高硬度及高附着力，一般采用离子束清洗加以改善，要求降低由于薄膜吸潮引起波长向长波漂移，降低薄膜的吸收及散射引起的光学损耗，降低薄膜的抗激光损伤，一般均采用合适工艺的离子束辅助镀膜技术来解决。
制备高质量、高难度、高效率的光学薄膜时，更有用离子束溅射替代电子束蒸发的新趋势。
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基本结构 工作原理 性能特点 应用实例
基本结构
Kaufman 离子源是最早出现、最基本的离子源,原理结
构如图1所示,阴极(Cathode)、阳极(Anode)、栅极 (Grids)、放电室圆筒构成气体放电室(Discharge Chamber),栅极构成离子光学系统。放电室筒外设置 磁铁,通过磁路使磁力线穿过放电室,磁力线从阳极向栅 极方向发散并布满栅极,栅极极靴收集磁力线回到磁铁。
考夫曼离子源放电效率的提高
考夫曼离子源一般采用低磁场的轴向发散场及多磁极
场。在发散场中电子沿发散的轴向磁力线作螺旋运动 并来回振荡。在多极磁场中沿着放电室四壁布置了软 铁片制成的磁极靴，将磁钢夹在磁极之间，并使相邻 的磁钢极性相反。于是，在放电室四壁构成了电子磁 障，高速电子受到磁障的反射将不能到达阳极，从而 延长了高速电子的自由程，提高了放电效率。
基本结构示意图
工作原理
从阴极(普通为直热式灯丝，也可采用带有氧化物发射体作
为插入件的空心阴极)发射出来的电子，经过阴极鞘层被加 速获得相应于等离子体与阴极之间电位差的能量。等离子 体的电位接近于阳极电位，只高几伏。这类高速电子与从 进气口均匀进入放电室的气体原子相碰撞形成等离子体。 形成的离子少部份被离子光学系统拔出形成离子束，大部 分离子则要和壁面复合。碰撞后形成的慢电子则作为等离 子体电子存在。 为了构成放电通路，该类慢电子必须通过 扩散到达阳极被阳极接收。部分中性气体原子也要从离子 光学系统中逸出。真空室中部分气体原子则也要通过离子 光学系统返流进入离子源。为了延长高速电子的自由程， 阻止电子迅速飞回阳极复合，需要使用磁场来限制电子运 动。
各类离子源的优缺点比较
考夫曼离子源的应用
考夫曼电源
光学镀膜机
12厘米考夫曼离子源快速电子轨迹模拟
考夫曼离子源局部工作照
早期考夫曼推进器
考夫曼离子源实际图片
谢谢
离子束的形成
放电室中产生的离子向所有的边界扩散,并且在等离子
体与栅极附件形成弓形离子鞘,经栅极离子光学系统加 速引出放电室形成离子束。
性能特点
考夫曼离子源是应用较早的离子源。属于栅格式离子源。
首先由阴极在离子源内腔产生等离子体，让后由两层或三 层阳极栅格将离子从等离子腔体中抽取出来。这种离子源 产生的离子方向性强，离子能量带宽集中，可广泛应用于 真空镀膜中。缺点是阴极（往往是钨丝）在反应气体中很 快就烧掉了，另外就是离子流量有极限，对需要大离子流 量的用户可能不适和。 Kaufman离子源具有较宽的工作状态,在Ar作为工作气体时, 阴极灯丝具有较长寿命和较稳定的工作状态。但是灯丝的 消耗会对基片带来污染,而使用氧气和反应气体时,兼容性 差,灯丝寿命和稳定性会大大下降,同时产生的C、F 沉积构 成的绝缘层会导致离子源不能正常工作。
原初电子区
阴极的原初电子密度由灯丝的温度(即阴极电流)控制。 热阴极在阳极电场作用下发射电子,由于阳极前有磁力 线横过,阴极发射的绝大部分原初电子不能直接打到阳 极,只有沿着磁力线可直达阳极的小部分原初电子和大 量的低能、回旋半径较大的麦氏电子才能被阳极吸收。 原初电子被限制在阴极平面、与阳极直接相交的磁力 线和屏栅围成的边界内,这个区域称为原初电子区。阴 极发射的原初电子可在此进行有效的电离过程,因此等 离子体也基本限制在这个区域内。