Ці випарники використовують не тільки теплоізольований гарячий (а), а й охолоджуваний анод (1) (рис.1.10), що значно розширює вибір робочої речовини, оскільки зменшується взаємодія між нею та стінками холодного тигля-анода (1) (рис.1.10 б, в, г).
Можливість використання холодного тигля-анода досягається завдяки тому, що від тигля-анода порівняно з тиглем-катодом віднімається одна з важливих функцій – генерування термоелектронів, які підтримують розряд і для яких застосовується спеціальний розжарений катод (2) у вигляді спіралі чи кільця. Електрони з катода бомбардують робочу речовину анода, розігрівають її до тиску пари над анодом , коли загорається несамостійний дуговий розряд з розжареним катодом у парі матеріалу анода. При достатній емісійній здатності катода та величині розрядного струму від анода йде високооіонізований потік плазми робочої речовини, який конденсується на підкладці й утворює високоякісну плівку. У пристроях, наведених на рисунку 1.10 а, б, швидкість випаровування та коефіцієнт іонізації плазми пов’язані з однією й тією ж величиною – розрядним струмом. Збільшення величини розрядного струму викликає не тільки збільшення коефіцієнта іонізації плаз-
Рисунок 1.10 - Плазмові випарники з випаровуванням матеріалу анода
ми, а й збільшення швидкості напилення. Це не завжди зручно для технології напилення, коли один із параметрів потоку плазми потрібно підтримувати постійним, а інший змінювати. Щоб досягти цього у пристроях, показаних на рисунку 1.10 в, г, вводиться допоміжний електрод (3) під позитивним стосовно катода потенціалом. Після цього величину швидкості напилення плівки можна регулювати величиною розрядного струму, а величину коефіцієнта іонізації плазмового потоку – величиною струму додаткового електрода. Якщо величини цих струмів недостатні для створення потрібної іонізації плазми пари робочої речовини, можна додати повздовжнє до потоку плазми магнітне поле соленоїда (4) (рис. 1.10 г).
Слід відзначити два основні способи запалювання електричного розряду між катодом і анодом у таких пристроях. Перший з них називається “вакуумним запалюванням” і полягає в тому, що спочатку потік електронів з катода відтягується, як у вакуумному діоді, на анод і розігріває робочу речовину до температури випаровування. Після цього в парі робочої речовини запалюється, як у газотроні, несамостійний дуговий розряд, параметри якого підбираються відповідно до технологічних вимог одержання плівки. Другий спосіб називається “газовим запалюванням” і полягає в тому, що перед запалюванням розряду в технологічний об’єм напускається газ до тиску близько , потім подається анодна напруга і запалюється несамостійний дуговий розряд в газі подібно до газотрона, після цього потужність розряду збільшується до початку випаровування робочої речовини на аноді й вибираються необхідні параметри розряду випарника. Другий спосіб потребує для запалювання розряду менших анодних напруг, але він можливий за умови, якщо випарник працює за електричною схемою із заземленим катодом. У протилежному випадку несамостійний дуговий розряд з катода горить на всю заземлену технологічну розрядну камеру, а не тільки на анод, і робоча речовина останнього не випаровується. Другий спосіб частіше за все використовується у реактивному вакуумно-плазмовому напиленні.
Пристрої, показані на рисунку 1.10, не лише дозволяють розширити вибір робочих речовин, а й забезпечують квазінейтральність плазмового потоку, в якому заряди іонів та електронів скомпенсовані. Тому, якщо в такий потік помістити діелектрик, то його поверхня набуде потенціалу катода, коли на діелектрик йтимуть рівні потоки іонів та електронів, а величина енергії іонів у електрон-вольтах буде близька до величини анодної напруги, тобто дані пристрої працюють як плазмові прискорювачі з робочою речовиною у твердій фазі. Їх зручно використовувати для металізації діелектриків, оскільки „відпадає” потреба компенсації на поверхні діелектрика заряду прискорених іонів, а це забезпечує високу адгезію та поліпшену якість плівок. Основний недолік випарників із випаровуванням матеріалу анода – обмеженість продуктивності, швидкості напилення чи розрядної потужності окремо взятого зразка величиною близькою до 5 кВт, у той час як для синтезу нових плівкових матеріалів бажано мати потужність більшу 100 кВт. Цього можна досягти заміною джерела електронів-катода на електронну гармату.
, коли загорається несамостійний дуговий розряд з розжареним катодом у парі матеріалу анода. При достатній емісійній здатності катода та величині розрядного струму від анода йде високооіонізований потік плазми робочої речовини, який конденсується на підкладці й утворює високоякісну плівку. У пристроях, наведених на рисунку 1.10 а, б, швидкість випаровування та коефіцієнт іонізації плазми пов’язані з однією й тією ж величиною – розрядним струмом. Збільшення величини розрядного струму викликає не тільки збільшення коефіцієнта іонізації плаз-
, потім подається анодна напруга і запалюється несамостійний дуговий розряд в газі подібно до газотрона, після цього потужність розряду збільшується до початку випаровування робочої речовини на аноді й вибираються необхідні параметри розряду випарника. Другий спосіб потребує для запалювання розряду менших анодних напруг, але він можливий за умови, якщо випарник працює за електричною схемою із заземленим катодом. У протилежному випадку несамостійний дуговий розряд з катода горить на всю заземлену технологічну розрядну камеру, а не тільки на анод, і робоча речовина останнього не випаровується. Другий спосіб частіше за все використовується у реактивному вакуумно-плазмовому напиленні.