(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性、低摩擦性、装飾などの種々の用途のための高品質コーティングを生成すると共に、イオン流および／または電子流による照射によって材料を表面改質するための、電子流真空カソードアークプラズマを輸送するための方法及び装置の提供。【解決手段】カソードアークエバポレータ１からプラズマ源出口５まで粗大粒子フィルタ１１を備えるプラズマ−光学システムにおいて、（ａ）輸送磁界８は、一定磁界と、プラズマ源の構造要素の表面からプラズマ流を偏向させる可変の複数の追加磁界との重ね合わせにより誘起され、（ｂ）前記可変の複数の追加磁界が、複数の追加の電磁気的コイル１０，１２，１６，１８を使用して誘導されており、（ｃ）対応する追加磁界が、プラズマ流が対応するプラズマ源の構造要素に接近すると増加され、前記プラズマ流が同一の前記構造要素の面から離れると減少される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードアークエバポレータからプラズマ源出口（５）まで粗大粒子フィルタを備えるマプラズマ−光学システムにおいて、電磁気的コイルによって生成される輸送磁界に応答して真空カソードアークプラズマを輸送する方法であって、
（ａ）前記輸送磁界は、一定磁界と、プラズマ源の構造要素の表面からプラズマ流を偏向させる可変の複数の追加磁界との重ね合わせにより誘起され、
（ｂ）前記可変の複数の追加磁界が、複数の追加の電磁気的コイル（１０，１２，１６，１８）を使用して誘導されており、
（ｃ）対応する追加磁界が、前記プラズマ流が対応するプラズマ源の構造要素に接近すると増加され、前記プラズマ流が同一の前記構造要素の面から離れると減少されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
線形プラズマ−光学システムにおけるプラズマガイドによるプラズマ流の輸送の間、前記一定磁界は、２つの電磁気的コイルによって誘導され、前記電磁気的コイルのうちの１つはカソード（１）を取り囲み、他の一つがプラズマガイドの出口付近を取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
非線形プラズマ−光学システムにおけるプラズマガイドによるプラズマ流の輸送の間、前記一定磁界は、２つの電磁気的コイルによって誘導され、前記電磁気的コイルのうちの１つはカソード（１）、アノード（２）、および前記プラズマ−光学システムの非線形部分を取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アノードの内側をプラズマ流が輸送される間、前記アノード（２）の内側の前記追加磁界は、前記アノード（２）を取り囲む追加の電磁気的コイルを使用して確立され、当該磁界は、前記一定の輸送磁界と同一方向とされており、前記追加磁界の強度は、前記カソード（１）と前記アノード（２）との間の特定の電位差が、前記アノードの内側を流れるアーク電流に正比例するか、または前記アノード（２）の内側を流れる前記に特定されるアーク電流が前記アノード（２）の電位低下に反比例するように可変されることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマ源において、前記アノード（２）の内側には前記アノード（２）に接続されると共にその軸上に配置され、かつ粗大粒子を反射させるために前記カソードに向かって閉じた端部を備える導電性のチューブセグメント（１１）を備え、前記チューブセグメント（１１）の外側面と前記アノード（２）の内側面との間の前記プラズマ流が、前記チューブセグメントの内部において同軸に配置された電磁気的偏向コイルによって誘導される追加磁界に晒されて輸送されており、当該磁界は、前記プラズマ−光学システムの軸上で一定の前記輸送磁界とは反対向きであり、当該コイルによって誘導される磁界の磁界強度が前記チューブセグメント（１１）を通して流れる前記アーク電流の増減に正比例して増減される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アノード（２）からの前記プラズマ流は、前記プラズマガイド内を輸送され、当該プラズマガイド内では、前記プラズマ流が前記プラズマガイドを取り囲む追加の電磁気的コイル（１０，１８）で生成され、一定の前記輸送磁界と同方向の追加磁界に晒されており、前記追加磁界の強度は、前記プラズマガイドを流れる前記電流の増減に正比例して増減される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アノード（２）からの前記プラズマ流は、前記プラズマガイド内を輸送され、当該プラズマガイド内では、前記プラズマ流が前記プラズマガイドを取り囲む追加の電磁気的コイル（１０，１８）で生成され、一定の前記輸送磁界と同方向の追加磁界に晒されており、前記追加磁界の強度は、前記プラズマガイドを流れる前記電流の増減に正比例して増減される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記アノード（２）からの前記プラズマ流は、互いに絶縁されかつ前記アノード（２）から電気的に絶縁されたインレット（４）およびアウトレット（５）を備える前記プラズマガイド内を、一定の輸送磁界と同方向であり、前記プラズマガイドの前記インレットを取り囲む追加の電磁気的コイル（１８）によって提供される追加磁界に晒されて輸送され、前記追加磁界の強度は、前記プラズマガイドの前記アウトレット（５）を通して流れる前記電流の増減に正比例して増減することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記アノード（２）からの前記プラズマ流は、互いに絶縁されかつ前記アノードから電気的に絶縁されたインレット（４）およびアウトレット（５）を備える前記プラズマガイド内を、一定の輸送磁界と同方向であり、前記プラズマガイドの前記インレット（４）を取り囲む追加の電磁気的コイル（１８）によって提供される追加磁界に晒されて輸送され、前記追加磁界の強度は、前記プラズマガイドの前記アウトレットを通して流れる前記電流の増減に正比例して増減することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性、低摩擦性、装飾などの種々の用途のための高品質コーティングを生成すると共に、イオン流および／または電子流による照射によって材料を表面改質するための、電子流真空カソードアークプラズマの流れを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粗大粒子をフィルタした真空カソードアークプラズマは、電子が磁性であり、イオンは非磁性の場合、交差させた電磁界内で輸送されることが知られている。このような条件では、プラズマ内のイオンは、光学的に絞り込まれ、このような絞り込みを確実にするシステムは、プラズマ−光学システムとして参照される。
【０００３】
真空カソードアークプラズマは、カソードアークによる蒸発の間に、真空のカソードスポットによって高速プラズマジェットの形態で生成され、液相となった真空のカソードアークスポットから生成された粗大粒子が流される。プラズマジェットは、電磁界によって制御することができる。カソードアークスポットに起因する粗大粒子は、粗大粒子がプラズマイオンに比較してより、大きな質量かつ単位質量当たりの電荷が小さいと言う特徴があるので、磁界または電界とは独立に、仮想的に直線的な飛跡に沿って移動する特徴がある。したがって、粗大粒子は、スクリーンの形態における適切な手段だけを使用して反射させるか、または特殊なトラップによって捕捉するかのいずれか行われる。粗大粒子を反射させるかまたは捕捉するための手段が存在することは、プラズマ種が顕著な割合でこれらの手段に堆積することから、輸送システムの出口において顕著にプラズマ流を低下させる。
【０００４】
周知の方法［１］は、真空カソードアークプラズマの輸送のために、カソードアークエバポレータからプラズマソースの出口まで、電磁気的コイルにより誘導される曲線的な一定の輸送磁界に応答した粗大粒子フィルタを提供する。
【０００５】
周知のプラズマ−光学システム［１］は、真空カソードアークプラズマを輸送するために、カソードアークエバポレータからプラズマソースの出口まで、粗大粒子フィルタを設けており、またプラズマガイドを備えている。輸送磁界は、カソード、アノード、およびプラズマガイドを取り囲んだ電磁気的コイルを使用して形成されている。このシステムにおいては、プラズマガイドは、トーラスを４分した形状に曲げられており、かつ電気的にアノードから絶縁されている。
【０００６】
上述した非線形プラズマ−光学システムにおけるプラズマ輸送における損失の軽減は、しかしながら強力な磁界、またはより大きなプラズマガイドおよびアノード断面積を必要とする。これは、既知の方法および装置両方について言えば、その実装化において不利を与える。その他の不利益は、プラズマガイド出口での断面にわたるプラズマ流強度の著しい不均一性にある。上述したプラズマ−光学システムについてのプラズマ源出口における時間平均のプラズマ流濃度は、カソードの前面のワーキング基板上の周辺領域から放出される場合、不均一に分散する。したがって、基板を、プラズマ流の軸に関してずらし、その軸の周りに回転させることなくカソードの径よりも大径の基板表面上で均一な厚さのコーティングを得ることは、きわめて困難である。
【０００７】
本出願の方法の出発点は、カソードアークエバポレータからプラズマ源出口まで粗大粒子フィルタを使用して、電磁気的コイルにより誘導される曲線的な輸送磁界に応答して、真空カソードプラズマを輸送するための方法である。
【０００８】
本出願の装置の出発点は、カソードアークエバポレータからプラズマ源出口まで粗大粒子フィルタを備え、真空カソードプラズマを輸送するためのプラズマガイドを有する直線的なプラズマ−光学システム［２］である。このプラズマ−光学システムは、アノードと、粗大粒子リフレクタを備えるプラズマガイドと、一定の輸送磁界を誘導するための複数の電磁気的コイルとを備えている。これらのコイルは、カソード、アノードおよびプラズマガイドを取り囲んでいる。アノードの内側には、アノード軸上においてカソードに向かって閉じた端部を有する導電性のチューブセグメントの形状とされた粗大粒子リフレクタが配置されている。チューブセグメントの内側には、カソード、アノード及びプラズマガイドを取り囲んだ複数の電磁気的コイルによって誘導される磁界に対向するように向いた磁界を生成するように設計された電磁気的な偏向コイルが同軸に配置されている。カソードアークエバポレータには、専用の電源が提供されている。
【０００９】
本方法及び装置を使用する場合、真空カソードアーク放電内のアークのカソードスポットからのプラズマ流は、輸送磁界に沿って、アノード内部のチューブセグメントの周りを移動する。これは、セクション上の堆積に起因したプラズマ損失を幾分か低減させる。
【００１０】
しかしながら、上述した損失の幾分かの低減にもかかわらず、この方法はスタートポイントとすると、この方法が実装されたこのプラズマ−光学システムは、プラズマ流の輸送の間にプラズマ流を著しく損失させてしまうという不都合を依然として有している。上述した不都合のうちの１つは、内側アノードの表面と、上記のチューブセグメントの外側周囲との間で、長手軸方法に磁界強度が増加するため、磁気的ミラーが形成されることにある。これによって、より高い運動エネルギーを有するプラズマ電子は、磁界の長手軸方法よりも磁界を横向きに横断して、磁界最大の領域によって制限される次期トラップ内に捕捉されてしまう。これについて最大の１つは、ワーキングカソード端面の近くで見出され、他の１つは、アノードの内側面と、上記のチューブセグメントの外側側面との間に形成される。電子は、磁界に沿って移動しており、かつ磁界最大の領域に形成される磁界密度により、繰り返し反射されてカソードの内側面へと、素早くプラズマ流を脱出する。このような電子の脱出は、磁界を横切る方向の電子の拡散及びそれに続く衝突、および磁界のプラズマジェットの横切る向きに偏向した電界に対応してアノードの内側面に向かう電子のドリフトの両者によって発生する。このような偏向は、非磁性イオンに相対する磁気を帯びた電子の磁界および外部電場を横切ったドリフトによって生じる。上記のチューブセグメントの外側表面に向かう横断する方向の磁界勾配の存在は、また、電子を磁界およびその横断方向の勾配を横切ってドリフトさせる。このような状態において、これらの両方の要因は、プラズマジェットの横断方向に偏向した電界の強度を増大させ、電子を、アノードの内側壁へと向かってドリフトさせることになる。プラズマは、擬似的に中性の状態なので、同数のイオンがプラズマから脱出してしまう。これがアノード出口でのイオン電流を減少させる。
【００１１】
プラズマ源からの平均出力電流が減少することにおける第２の不都合は、下記の理由によって生じる。アーク電流を固定すると、プラズマジェットと、アノードとの間、またはプラズマジェットと、プラズマガイドとの間の電位差は、カソードアークスポットがカソードのワーキング面を横断して移動するが故に変動し続ける。もしもカソードスポットがカソードワーキング表面の周辺領域で移動する場合、これらのスポットから発生するプラズマジェットは、カソードおよびプラズマガイド（またはアノードおよびプラズマガイドに取り付けられた粗大粒子反射スクリーン）の内側面に近く移動する。プラズマジェットがアノードおよびプラズマガイドの内側面に近づけば近づくほど、プラズマ流は、これらの表面に向かう道筋を見出し、このため、プラズマ源からのイオン電流の減少を生じさせる。この不都合は、粗大粒子フィルタを伴うカソードプラズマが類似のシステム内で同様な方法で輸送される場合には、上述したスターティングポイントを与える従来技術の態様およびその他の類似のものの、両方において既存のすべてのカソードアークプラズマ源に共通するものである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、粗大粒子フィルタを伴う真空カソードアークプラズマを輸送するための方法および装置の両方を改善することにある。これらの改善は、輸送される間でのプラズマ損失を低減させるように設計を行うものである。これを達成するために、カソードワーキング面上のカソードアークスポットが種々の位置について、得られるプラズマ流を、粗大粒子を反射し捕捉するプラズマ源の表面の構造要素を効率的に巡るようにさせるようにするプラズマ流の輸送条件を提供することが必要である。
【００１３】
この問題は、プロトタイプで採用された方法に類似し、プラズマ流が複数の電磁気的コイルによって誘導される輸送磁界に応答して輸送されるという、カソードアークエバポレータからプラズマ源出口までの粗大粒子フィルタを備える真空カソードアークプラズマ輸送方法を提案することによって解決される。
【００１４】
しかしながら、提案する発明においては、プロトタイプとは異なり、輸送磁界は、一定の磁界の重ね合わせによって誘導され、その強度が可変の追加磁界が、プラズマ流をプラズマ源の構造要素の表面から反射させる。この追加磁界は、複数の追加の電磁気的コイルを使用して誘導される。対応する追加磁界の強度は、プラズマ流が対応する構造要素の表面に接近すると増加され、プラズマ流が要素表面から離れると減少される。
【００１５】
線形プラズマ−光学システム内を輸送プラズマが流れる場合、一定の輸送磁界が、２つの電磁気的コイルによって誘導され、そのうちの１つがカソードを取り囲んでおり、他の１つは、その出口に近接したプラズマガイドを取り囲んでいる。
【００１６】
非線形プラズマ−光学システム内でプラズマ場が輸送される場合、一定の輸送磁界が、コイルより誘導され、これらのコイルは、それぞれカソード、アノード、およびプラズマ−光学システムの曲線部分を取り囲む。
【００１７】
線形および非線形プラズマ−光学システムの両方において、輸送されるプラズマがアノード内を流れる場合、追加の電磁気的コイルを使用して追加磁界が確立される。追加磁界は、取り囲むようにする追加の電磁気的コイルを使用して確立される。コイルの磁界は、プラズマ−光学システムの軸上において一定の輸送磁界と共通する方向を有している。このようにすることで、追加磁界の強度は、カソードとアノードとの間の特定の電位差についてその値がアノードを通して流れるアーク電流に正比例する、すなわち、アノードを通して流れる特定のアーク電流についてアノードの電位低下に逆比例するように変更される。
【００１８】
内部において軸上に配置された粗大粒子リフレクタに電気的に接続されたアノードを有すると共に、カソードに向かって閉じた端部を有する導電性チューブセグメントの形状とされたアノードを有する線形プラズマ−光学システムにおいては、当該チューブセグメントの外側面と、アノードの内側面の間でプラズマ流は、輸送され、チューブセグメントの内側に同軸状に配置された電磁気的反射コイルによって誘導された追加磁界に晒された場合に、プラズマ−光学システムの軸上の一定の輸送磁界の反対向きに提供される。この追加磁界の強度は、チューブセグメントを流れるアーク電流の増減に対して正比例して増減される。
【００１９】
さらに、アノードセクションからのプラズマ流の輸送は、プラズマガイド内で発生し、プラズマ流の内側は、一定の輸送磁界と同一の方法の追加磁界に晒される。
【００２０】
この追加磁界は、プラズマガイドを取り囲む追加の電磁気的コイルを使用して生成される。その強度は、プラズマガイドを通して流れる電流の増減に正比例して増減され、アノードの場合には、正電位としてプラズマガイドに印加される。
【００２１】
他のオプションとしては、アノードに由来するプラズマ流は、互いに絶縁されると共にアノードから電気的に絶縁され、インレット部材およびアウトレット部材を備えるプラズマガイド内を輸送される。このようにして、プラズマ流は、一定の輸送磁界と同方向の追加磁界の影響を受ける。この場合、追加磁界は、プラズマガイドのインレット部材を取り囲んだ追加の電磁気的コイルによって生成される。その強度は、プラズマガイドのアウトレット部材を通して流れる電流の増減に正比例した増減されて供給され、アノードの場合には、正電位としてプラズマガイドに印加される。
【００２２】
上記の問題は、カソードアークエバポレータからプラズマ源出口までの粗大粒子フィルタにより、真空アークカソードプラズマを輸送するために提案する線形プラズマ−光学システムにおいて解決される。このシステムは、スタートポイントとしたシステムと同様に、粗大粒子リフレクタ、カソードを取り囲んだ電磁気的コイル、アノード、プラズマガイド、およびアノード内部に同軸に配置され、かつ電気的に接続された導電性のチューブセグメントを備えており、当該導電性のチューブセグメントは、カソードに向かって閉じた端部を備え、内部に同軸に配置された導電性の偏向コイルを備えている。
【００２３】
スタートポイントとは異なり、提案するシステムではカソードアークエバポレータ電源が、アノードを取り囲む電磁気的コイルの回巻きを通してアノードに接続される。チューブセグメント内の電磁気的な偏向コイルの最初の回巻きは、チューブセグメントに電気的に接続され、最後の回巻きの先端部は、アーク電源の正端子に接続されている。
【００２４】
このプラズマ−光学システムでは、チューブセグメントの内側の電磁気的デフレクションコイルは、水冷パイプとすることができる。
【００２５】
上述したプラズマ−光学システムにおいては、プラズマガイドは、追加の電磁気的コイルで取り囲むことができ、その一端は、電気的にプラズマガイドに接続され、他端は、別体となった電源の正端子に電気的に接続されていて、電源の負端子は、アノードに接続される。
【００２６】
プラズマ−光学システムの他の実施形態においては、プラズマガイドは、互いに絶縁されると共にアノードから電気的に絶縁された二つの部分（インレットおよびアウトレット）から構成することができる。プラズマガイドのインレットは、追加の電磁気的コイルによって取り囲むことができ、電磁気的コイルの一端は、プラズマガイドのアウトレットに電気的に接続され、他端は、別体となった電源の正端子に接続され、電源の負端子がアノードに接続される。
【００２７】
ここで、上述した条件においてどのようにしてプラズマ流への追加磁界の偏向作用が、粗大粒子リフレクタを備えるプラズマ源の構造要素の表面へのその接近の間にプラズマ流の輸送損を低減するのかを検討する。
【００２８】
線形プラズマ−光学システムにおいてこれを達成するために、輸送磁界の一定成分は、軸から見て凸形状を有しなければならず、これは上述したようにカソードおよびプラズマガイドのアウトレット部材を取り囲む２つの電磁気的コイルとしてそれぞれ実装される。輸送磁界のこの一定成分の横断方向の傾斜は、プラズマ−光学システムの軸に向けられている。プラズマジェットの内側において、傾斜は、磁界およびその傾斜に対して横断的に向いた電気的な双極電界を生成するように電荷を分離させる。この電界は、電子を磁界および双極電界を横断、すなわち、アノードの内側面に向かってドリフトさせ、かくしてアノードの内側に配置される閉塞端部でチューブセグメント上のプラズマ堆積をある程度低減させている。この作用を増強するために、上述した横断方向の傾斜を、プラズマ電子の傾斜ドリフト速度が、電位的にプラズマジェットとアノード内部に配置されたチューブセグメントとの間の外部電界における反対側に向いた電子のドリフト程度まで、少なくとも高くなるようにしなければならない。これは、アノード内に位置決めされたチューブセグメントの内側に同軸的に配置された電磁気的コイルにより確立される追加磁界の作用によって保証される。磁界強度は、チューブセグメントを通して流れる電流の増減に正比例して増減される。この理由は、このチューブセグメントが、電磁気的な偏向コイルの回巻きの一端に電気的に接続され、他端が真空アーク電源の正端子に接続されているからである。この結果、カソード軸に近いカソードスポットからのプラズマ流は、上述したチューブセグメントの外側面からアノードの内側面へと、より効率的に偏向され、この粗大粒子の反射構造要素上でのプラズマジェットからのイオン損失が著しく低減される。
【００２９】
しかしながら、カソードのワーキング面の周辺でのカソードアークエバポレーションの間にカソードスポットが移動する場合、これらのカソードスポットから放出されるプラズマ流は、アノードおよびプラズマガイド上の粗大粒子リフレクタの表面にごく接近する。これらの面上での拡散プラズマ流の損失を低減するために、プラズマ流を、一定の輸送磁界と同方向の対応する追加磁界に曝す。これらの磁界は、それぞれアノードおよびプラズマガイドを取り囲む電磁気的コイルによって確立され、これらの電磁気的コイルは、まさしく上述したように電源に接続される。したがって、これらの磁界の強度は、プラズマ流が対応する面から偏向されなければならない場合には増加され、プラズマ流がこれらから取り出される場合には減少される。これにより輸送中のプラズマ流の損失を確実に低減させている。
【００３０】
本発明の性質は、提案する方法のために実装した装置の図面によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明で提案する装置の図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
実施例１．  本発明の実装例として、提案する装置をまず考察する。これは、粗大粒子フィルタを備え、真空カソードアークプラズマを輸送するためのプラズマ−光学システムである。このシステム（図面参照）は、環状スクリーン３の形状とされた粗大粒子リフレクタが内部に配置されたカソード１と、アノード２とを備えている。このシステムのプラズマガイドは、インレット４と、アウトレット５という２つの部材で構成され、これらは、互いに絶縁されていると共にアノード２からも絶縁されている。内側において、これらのプラズマガイドの部材は、環状スクリーン６，７のセットの形状とされた粗大粒子リフレクタを含んでいる。輸送磁界の一定成分８は、電磁気的コイル９，１０によって形成されており、これらは、カソード１およびプラズマガイド５のアウトレット部材をそれぞれ取り囲んでいる。内側において、アノード２は、それと同軸に配置され、チューブセグメント１１の形状とされた粗大粒子リフレクタを含んでおり、チューブセグメント１１は、カソード１に向いて閉じた端部を備えている。内側において、チューブセグメントは、電磁気的コイル１２を含んでおり、電磁気的コイルは、水冷用の回巻きパイプを備えている。この電磁気的コイルは、輸送磁界８の一定成分とはシステム軸に関して反対向きの追加の偏向磁界１３を生成するように設計されている。ユニット１４は、真空アークを着火するように設計されている。真空カソードアーク用の電源１５は、取り囲むように配置された電磁気的コイル１６の回巻きを通ってアノード２に接続されている。チューブセグメント１１は、電磁気的な偏向コイル１２の一端に電気的に接続され、その他端は、真空カソードアーク電源１５の正端子に接続されている。プラズマガイドは、別体の電源１７に接続され、その負端子がアノード２に接続され、その正端子は、プラズマガイドのインレットのセクション４を取り囲んでいるコイル１８の回巻きを通ってそのアウトレット領域５に接続されている。
【００３３】
ここで、装置動作を説明することにより方法実施例を考察する。
【００３４】
アークは、アーク着火ユニット１４（図面参照）に高電圧パルスを供給することによって着火され、カソード１の横側面上でアークカソードスポットを生成し、アークカソードスポットは、カソードのワーキング面上への磁界によって駆動される。アーク電流に依存して、カソード１のワーキング面は、いくつかのカソードスポットを生成することができ、これらのカソードスポットは、ワーキング面を横断して移動し、カソード材料の粗大粒子と共に高度にイオン化されたカソードプラズマのジェットを放出する。粗大粒子は、直線的な飛跡で移動し、リフレクタ３，６，７およびチューブセグメント１１の閉塞した端部の面で捕捉される。プラズマジェットは、そのイオン化が１００％まで達し、チューブセグメント１１を取り囲むと共にリフレクタ３，６，７の全部のアパーチャを通過する凸に構成した輸送磁界８に沿ってプラズマ源出口に向かって移動する。カソードのワーキング面上でのカソードスポットの位置に応じて、アノード２およびプラズマガイド４のインレット領域をそれぞれ取り囲む電磁気的コイル１６，１８は、強い可変電磁界を誘導する。これらの電磁界は、電磁気的コイル９，１０を使用して一定成分が生成することで得られる輸送磁界の形状および強度を変化させる。プラズマ流は、またアノード２内の追加の偏向磁界１３によっても影響を受ける。この偏向磁界は、システム軸上の一定の輸送磁界に対して反対に向いており、フィルタ要素１１のチューブ状領域の内側に同軸に配置された電磁気的偏向コイル１２を使用して誘導されている。
【００３５】
電源１５が定アーク電流モードで動作する場合、アノード２内の追加磁界の強度は、アノード２および粗大粒子リフレクタ１１のチューブセグメントを通して流れるアーク電流に比例する。これらの磁界の強度は、またアノードの電位低下に逆比例する。電源１５が定電圧モードで動作する場合、アノード２の内側面またはチューブセグメント１１の外側面に接近するプラズマ流については、これらの電極へのアノード電流が増加する。これは、それぞれのコイル１６，１２を通して流れる電流およびそれぞれの磁界の強度を増加させ、これらがプラズマ源のそれぞれの構造要素の壁からプラズマ流を偏向させる。
【００３６】
電源の正端子１７を追加の電磁気的コイル１８を通してプラズマガイドのアウトレット部材５に接続しているので、電磁気的コイル１８に供給されるアノードに対する特定の一定電位について、プラズマガイドのインレット領域４の内側の追加磁界の強度は、プラズマガイドのアウトレット部材５を通して流れる電流に比例する。
【００３７】
上述した条件の下でカソードのワーキング面状でのカソードスポットの如何なる移動について、本発明者らは磁界に沿った輸送領域におけるプラズマ流の動的平衡化を達成し、磁界を横切るプラズマ損失を最低化させるのである。この場合、プラズマ流の動的平衡の安定性およびカソードアークの電圧降下の安定化は、両方アーク電流に比例して向上する。
【００３８】
実施例２．  提案する方法および装置の非線形プラズマ−光学システムについての態様は、輸送磁界の一定成分がカソード、アノード、およびプラズマガイドを取り囲む電磁気的コイルによって生成される点で、線形プラズマ−光学システムの態様とは異なる。
【００３９】
非線形システムのアノードの内側には、電磁気的偏向コイルが配置されたチューブセグメントは存在しない。アーク直流モードにおける非線形プラズマ−光学システムの動作は、アノードを取り囲む追加の電磁気的コイルの励起方法において異なる。この違いは、より具体的には、コイルは、別に制御される電源から励起されることにあり、この電源は、アークのアノード電位低下Ｕａに関連して次の比率に対応する負帰還の直流増幅器を備える：Ｕａ＝Ｕａｒｃ−Ｕｃ。この式中、ＵｃおよびＵａｒｃは、カソードアーク電位低下および前アーク電位低下である。
【００４０】
この特定の形態において、Ｕａは、コンパレータを通して決定され、このコンパレータは、特定のカソード材料について選択される一定値のＵｃを設定する。アーク放電が存在しない場合、Ｕａｒｃ＝Ｕｏｃｖであり、Ｕｏｃｖは、アーク電源の開回路電圧となる。
【００４１】
この条件下で、追加の電磁気的コイルの電源は、切断されており、コイルの電流はゼロである。アークが着火されている間、Ｕａは低下し、コイル電源が起動される。この結果、コイルを通じた電流は、アノードの電位低下Ｕａに対して逆比例し、この結果、対応する追加磁界を生成する。ブラズマジェットがアノードの内側面に接近する場合、Ｕａは減少し、アノード内の追加磁界強度は対応して増加する。プラズマジェットがアノードの内側面からその軸に向かって引き出される場合、Ｕａは、増加し、アノード内の追加磁界強度は対応して減少する。
【００４２】
プラズマ流に対する追加磁界の影響は、アーク放電の安定性を損なわず、かつアノード内の平均のプラズマ輸送損失が低減する。プラズマガイド内におけるプラズマ流のさらなる輸送の間には、アノードに対して正の電位がプラズマガイドを取り囲む追加の電磁気的コイルを通して非線形プラズマガイドに供給される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
線形フィルタプラズマ−光学システムにおいて真空アークプラズマを輸送するための提案した方法および利用できる構造要素を実装して製造した装置による実験は、プロトタイプに比較してアーク電流が１００Ａで、平均イオンフラックスにおいて、少なくとも１．５倍増加した。さらに出力イオンの最小および最大は、それぞれ３．５Ａ〜４Ａであった。アーク電流を１１０Ａとする場合、出力イオン電流は、４Ａ〜５Ａにそれぞれ増加した。
【００４４】
したがって、提案した本発明が種々の用途のための高品質コーティングを堆積させるように実装することができことが実証された。上述したプラズマ流輸送条件は、粗大粒子により生じる欠陥を防止し、顕著にコーティング堆積プロセスの製造性を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】Ukrainian Patent 87880. International Patent Classification C23C14/00. Vacuum Arc Plasma Source, 2009 (prototype).
【非特許文献】
【００４６】
【非特許文献１】I.I. Aksyonov, V.A. Belous, V.G. Padalka, V.M. Khoroshikh. Device for Vacuum Arc Plasma Cleaning from Macroparticles／／Instruments and Experimental Techniques, No. 5, 1978, p. 236-237.
【図１】
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