CN101370957B - 阴极蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阴极蒸发器，其包括蒸发室(2)、阴极元件(3)、阳极(4)、以及用于对阴极元件(3)上电弧进行引导的磁性引导系统。磁性引导系统包括中央磁极(14)和带有端面(12a)的外周磁极(12)。所述端面(12a)与阴极元件(3)之间的距离(A)至少为20mm。

Description

阴极蒸发器

技术领域

本发明属于电弧蒸发器领域，更具体而言，本发明属于这样的电弧器领域：此类电弧蒸发器带有电弧磁性引导系统。

背景技术

电弧蒸发器是用于对导电材料进行蒸发的机器，该机器使得所述材料能移动穿过一种腔室(在该腔室内通常建立了真空状态或非常低的压力状态)，以便于将该材料沉积在要被镀覆的部件的表面上。换言之，这种类型的机器被用于对部件和表面进行镀覆。

除了所述的腔室本身之外，电弧蒸发器通常包括至少一个阳极和至少一个阴极，在阴极与阳极之间建立起电弧。该电弧(在通常情况下，在施加22V电压的条件下，该电弧的电流可达到80A)冲击到阴极的某个位置点(被称为阴极点)上，使得阴极材料在所述位置点处发生蒸发。因而，阴极是用要被用来进行镀覆的材料制成的，其通常为所述材料板件的形式(例如为盘体的形式)。为了维持电弧和/或有助于建立电弧，通常向腔室中引入少量的气体。电弧使得材料在阴极的内表面处(即位于阴极与腔室内部相接触的表面上)发生蒸发，位置对应着电弧对该表面进行冲击的位置点。该内表面可与要被镀覆的部件或表面相对，从而将由电弧蒸发出的材料淀积到所述部件或表面上。为了防止阴极过热，通常地向阴极施加冷却剂流体(例如为水)，冷却剂流体例如被施加到阴极的外表面上。

不论在任何时候，电弧(或者在系统具有多个电弧的情况下，各个电弧)都冲击在特定的位置点上，在该位置点上，阴极发生蒸发。电弧在阴极的内表面上移动，使得所述表面出现的损耗与电弧移动时所遵循的路线相对应。如果对电弧的运动不实施任何类型的控制，则所述运动就将是随机的，使得阴极的损耗呈现相当不均匀的状态，这将导致对阴极材料的利用率较差，阴极材料的单位成本将相当高。

为了防止或减弱电弧运动的随机特性、以使得阴极的损耗更为均匀，人们已开发出了用于对电弧的运动进行控制的控制系统或磁性引导系统。这些引导系统形成了影响电弧运动的磁场，并改变该磁场，由此能使得由阴极蒸发所导致的损耗情况更为均匀。此外，这些磁性引导器有助于增加电弧蒸发器的可靠性，该效果是通过如下的原因实现的：磁性引导器使得电弧难于或不可能意外地移动到并不是蒸发表面组成部分的位置点处。

一些专利文件或专利申请文件已介绍了一些属于此类型的不同系统。

专利文献US-A-4673477公开了一种采用永磁体的磁性引导系统，利用机械装置使永磁体在要被蒸发的板件的后部移动，从而，该永磁体产生的变化磁场将对阴极上的电弧进行引导。可选地是，该机器还可包括磁性绕组，其围绕着阴极的板体，以便于增强或减弱与阴极活性表面相垂直方向上的磁场力，因而改善了对电极的引导。该机器所存在的一个问题是：可移动的永磁体的磁系统在机械上非常复杂，因而，实施成本高，且易于损坏。

专利文件US-A-4724058涉及一种带有磁性引导件的机器，其包括布置在阴极板后部的线圈，引导着电弧在单个方向上移动，该方向与线圈所遵循的方向平行。为了减弱单条路线上的优先损耗效应，采用了一些减弱磁场引导效应的方法，从而在磁场上叠加了随机分量。具体而言，是这样进行设置的：由线圈产生的磁场连接和断开，从而，在大部分时间内，电弧在阴极上的移动都是随机的。该机器存在的一个问题是在：最终情况下，引导作用的发生时间非常少，从而无法保证精确并且有效地控制阴极板的损耗。

专利文件US-A-5861088公开了一种带有磁性引导器的机器，其包括设置在目标体中间及其外表面上的永磁体，该机器还包括围绕着上述永磁体的线圈，该组件构成了磁场集中器。在系统上还补充设置了第二线圈，其被布置在蒸发器的外部。这种机器存在的问题是：所产生的磁场很弱，这会导致对电弧运动的引导效果较弱。

专利文件WO-A-02/077318(授予FUNDACION TEKNIKER等人，该申请对应着ES-T-2228830和EP-A-1382711)公开了一种带有强效力磁性引导器的蒸发器，该蒸发器在对应于腔室内部的前方位置处采用了永磁体，因而，当该腔室被用于执行镀覆而达到高温(例如，对于切割刀具，其所需要的处理温度约为500℃)时，必须要设置对磁体进行冷却的装置。

专利文件US-A-5298136公开了一种用于厚目标体的磁性引导器，其用在圆形的蒸发器中，包括两个线圈和具有特殊构造的磁性部件中，磁性部件的构造适于被蒸发的目标体的边缘，从而，该组件与具有两个磁极的单个磁性元件工作。但是，举例来说，已被证实的是：专利文件US-A-5298136中公开的至少一种备选构造可能不足以或不适于在阴极电弧蒸发器中移动电弧。具体而言，通过对磁场进行有限元分析而实施运算分析，结果表明US-A-5298136中附图5所表示的构造在实际情况中不允许电弧的移动路线多于仅仅几毫米；因而，这样的构造将导致对蒸发目标体的利用效率低下。US-A-5298136中图5所公开的构造是由环形的永磁体构成的，永磁体被布置成围绕着阴极或目标体，且永磁体的端部边缘与阴极或目标体的活性表面处于相同的高度上。第二磁极位于永磁体的内部。线圈被设置成与目标体的下表面相接触，并位于该下表面上，其也位于永磁体的内部，并位于支撑件上，其中的支撑件被制成磁极的基部。在这样的构造中，第二磁极和线圈被布置成抵靠在目标体的下表面上，且永磁体夹住并接触着线圈和目标体。另外，磁体的上边缘与目标体的活性表面平齐。

考虑到现有系统的缺陷和不理想之处，本发明的目的在于提供一种备选构造，其具有相对简单的结构，并能对阴极电弧进行控制，使电弧在阴极板上的宽广区域上移动。更具体来讲，本发明提供了一种系统，其能按照一定的路线对阴极点(电弧冲击到阴极上的位置点)进行引导，其中的路线是从无限条可能的路线中单独地选出的，且该路径可跨越阴极板的整个内表面。

发明内容

本发明涉及一种阴极蒸发器，其包括：蒸发室，其被用于容纳着要被进行镀覆的部件或表面；阴极组件，其包括阴极元件；以及阳极。阴极组件及阳极的结构和位置被设置成这样：使得阴极元件与阳极之间可建立起电弧，以使得阴极元件至少部分地发生蒸发，且阴极组件还包括磁性引导系统，用于对阴极元件上的电弧进行引导。该磁性引导系统包括：磁性装置，其包括中央磁极和外周磁极；以及至少第一磁场发生器和第二磁场发生器，它们被用于产生各自的磁场分量，其中的两个磁场分量有助于对应于阴极元件的总磁场。至少第一磁场发生器至少包括第一线圈，其围绕着磁性装置的至少一个部分进行布置，并被用于在磁场装置中产生出对应的磁场分量，从而，通过改变流经第一线圈的电流，就可以改变对应于阴极元件的总磁场。外周磁极的端面被设计成这样：使得第一磁场发生器与第二磁场发生器产生的对应于所述端面的磁场强于对应于磁性装置邻近表面的磁场。

根据本发明，该端面与阴极元件之间的距离至少为20mm。已经证实，对于所讨论端面与阴极元件之间这样的间隔距离，显著地增大了使电弧冲击点在阴极元件上移动的可能性；原则上，可以使电弧的冲击点在阴极元件的整个表面上移动。

该端面与阴极元件之间的距离至少为30mm、或者至少为40mm。例如，该距离可以大于40mm，但小于150mm，例如，该距离大于40mm、小于75mm。一般情况下，这些距离设定能使得阴极电弧冲击点可在阴极元件的整个表面或大体上整个表面上很好地移动。

根据本发明一个可能的方面，端面与阴极元件最外侧平面之间的间隔距离至少为10mm，其中，该距离是指在与所述平面垂直的第一方向上的距离。另外或作为替换方案，在与所述阴极元件总体延伸方向平行的方向上，所述端面可与阴极元件分离开至少10mm。这样的结构设计使得电弧冲击点在阴极元件的表面上可以具有宽广的运动范围。

磁性装置可包括支撑件，其具有外周磁极和中央磁极，支撑件具有基部，构成了中央磁极的中央凸起从该基部延伸出。支撑件还可具有外周的延伸部，其从基部延伸出，且延伸方向基本上平行于中央凸起，所述外周延伸部构成了外周磁极。所述的至少一个线圈可围绕着中央凸起。中央凸起可包括铁磁体材料。

支撑件可以呈现基本为圆形结构，和/或具有大体上为E形的横截面(在此情况下，E形结构的中间臂对应于中央凸起，而E形结构的侧臂对应着外周磁极)。

支撑件可由铁磁体材料制成。第二磁场发生器可至少包括第二线圈，其围绕着支撑件上非中央凸起的部分，第二磁场发生器包括所述第二线圈。

支撑件可在部分上由铁磁体材料制成，在部分上由永磁体材料制成，在此情况下，第二磁场发生器可包括永磁体材料。例如，外周磁极可包括永磁体材料。

外周延伸部可至少在部分上包括永磁体材料。该永磁体材料的磁化方向与基部垂直，或者，磁化方向例如相对于基部成锐角。

在本发明某些可能的实施方式中，中央凸起可以至少在部分上包括永磁体材料，和/或基部可至少在部分上包括永磁体材料。

凸起的端面可与基部分离开，所述端面基本上是平面，并大体上平行于阴极元件。

凸起可具有至少一个贯通的通道，以允许冷却剂流体(例如为水)通过。

外周磁极所处位置可对应着阴极元件的外周边缘，但与所述外周边缘分离开。

该蒸发器还可包括管道系统，用于使冷却剂流体对应于阴极元件通过，和/或包括可编程的系统，以便于向第一线圈提供电流。

外周磁极和中央磁极可被布置在蒸发室的外部。

附图说明

为了对描述进行完善，并有助于读者更好地理解按照本发明实施方式所述的技术特征，提供了一组附图，这些附图作为所述文字描述的组成部分，在附图中，针对示例性、但非限定性的特性作了如下的介绍；

图1中的示意性剖视图表示了根据本发明一种可能的实施方式的圆形电弧蒸发器，其带有外置的强力磁性引导器；

图2所表示的结构对应于现有技术(具体而言，对应于专利文件US-A-5298136的图5)的状况；

图3中的图像表示了由图1所示结构所产生的磁场，该图像作为利用有限元方法进行计算的结果；

图4与图3类似，是由图2所示结构所产生磁场的图像(用有限元方法进行计算；采用同样的软件包来计算图3和图4所示的磁场)；

图5是与蒸发目标体表面垂直的磁场的图表，该图表是在目标体的表面内进行计算所得的，数值的变化取决于距离目标体中心的距离，该图表是针对流经图1所示线圈的不同电流而作出的；

图6与图5类似，是与蒸发目标体表面垂直的磁场的图表，该图表是在目标体的表面内进行计算所得的，数值的变化取决于距离目标体中心的距离，该图表是针对流经图2所示磁性结构的内部线圈的不同电流而作出的；

图7与图5和图6类似，是与蒸发目标体表面垂直的磁场的图表，该图表是在目标体的表面内进行计算所得的，数值的变化取决于距离目标体中心的距离，该图表是针对流经US-A-5298136中所述磁性结构的外线圈的不同电流而作出的；

图8-14表示了磁性装置的几种备选构造；以及

图15表示了本发明的一种备选构造，在该设计中未使用永磁体；永磁体的功能由位于铁磁体芯外部的线圈来实现。

具体实施方式

图1表示了根据本发明一种优选实施方式的机器，其包括：蒸发室2，其被用于容纳着要被镀覆的部件或表面1；阴极组件，其包括阴极元件3；以及阳极4。阴极元件和阳极分别被连接到电源100的负极和正极上，该电源适于在一定的条件下在阴极元件3与阳极4之间建立起电弧，并维持该电弧。真空泵101系统与蒸发室相连，用于在蒸发室2中形成真空状态(或者更好说成是基本上为真空状态)，气体注入系统102也与蒸发室相连接，用于注入少量气体，气体的作用在于利于在阴极元件3或阴极与系统的阳极4之间建立起电弧。

阴极元件3构成了通常被称为“目标体”的组成部件，该目标体将至少在部分上被阴极电弧所蒸发。阴极元件位于蒸发室2其中一个壁板上的孔洞中，其被布置在旋入到冷却剂部件8中的环体7中，部件8与冷却剂流体的入口管道9、以及冷却剂流体的排出管道10相连，冷却剂流体从所述入口与所述出口之间流过，并与阴极元件的外表面相接触，以对其进行冷却。由塑料或陶瓷材料制成的部件5的作用在于：将阴极组件固定到蒸发室2的壁面上；该部件5在阴极组件与蒸发室2的本体之间实现了电绝缘。此外，该机器具有保护板6，该保护板可由氮化硼或其它合适的材料制成，其所处位置可对阴极元件3以及环体7的侧面进行保护，从而，电弧不会冲击到该组件的这些部分上。必须定期对该保护板进行维护，原因在于：在电弧的工作过程中，该保护板将逐渐被导电材料所镀覆，因而，其电绝缘性以及阻挡电弧冲击的效果将逐渐降低。

从逻辑上讲，尽管附图中没有表示出，但在冷却剂部件8与阴极元件之间要设置至少一个密封接头，以防止冷却剂流体流入到蒸发室2中。

此外，阴极组件还包括磁性引导系统，用于对阴极元件3上的电弧进行引导。具体来讲，在图1所示的实施方式中，该磁性引导系统包括：磁性装置，其包括中央磁极14和外周磁极12；以及第一磁场发生器和第二磁场发生器，它们被用于对应着阴极元件3而产生出各自的磁场分量，其中，这两个磁场分量是对总磁场的分量。第一磁场发生器包括第一线圈13，其围绕着中央凸起14b进行布置，凸起14b从支撑件15的基部15a延伸出，支撑件15构成了磁性装置的组成部件。凸起14b被用来在所述磁性装置中产生出对应的磁场分量，从而，通过改变流经第一线圈13的电流，就可以对应着阴极元件3改变总磁场。中央凸起14b具有与基部15a分离开的端面14a；该端面基本上是平面，且大体上平行于阴极元件3。此外，外周磁极12的端面12a被设计成这样：使得第一磁场发生器和第二磁场发生器对应于端面12a所产生的磁场要强于它们对应着磁性装置的邻近表面所产生的磁场。

支撑件具有外周延伸部12b，其从基部15a延伸出，延伸方向基本上平行于中央凸起14b；该外周延伸部12b构成了外周磁极12。在该优选实施方式中，外周延伸部是由永磁体构成的，且其端部为所述的端面12a。

因而，磁性装置基本上包括永磁体制成的外周环，其叠压在具有T形截面本体(其构成了具有中央凸起14b的支撑件15)的电磁体上，其是由具有高导磁率和低矫顽性的材料(例如软铁或其它合适的铁磁材料)制成的，且T形本体的中央臂被线圈13缠绕着。

另外，阴极组件上设置有可编程的系统18，其用于向第一线圈13供送电流。可编程系统可包括一种放大器，这种类型的放大器通常被用于向直流电机供电，该放大器所输出的电流由编程逻辑控制器(PLC)发送的信号进行控制，从而能按照程控的方式来改变流经第一线圈13的电流。

根据本发明，永磁体对应着阴极元件的外边缘进行布置，但与阴极元件分离开。具体来讲，端面12a(对应于永磁体的端部)与阴极元件3之间的距离A至少为20mm，例如在40mm到150mm之间。可以理解：端面12a与阴极元件3最外侧平面之间的分离距离B至少为10mm，此分离距离是指在与所述平面垂直的第一方向上的距离，而且，如图1所示，在与所述阴极元件3的总体延伸方向平行的方向上，与阴极元件3之间的距离C至少也为10mm。

这样的结构设计能获得这样的电弧冲击点：其可在阴极元件的整个表面上移动，其中，阴极元件的整个表面是指可从蒸发室2内部到达的全部表面，上述的结构设计还使得冷却系统8可被布置在磁性引导系统与阴极元件3之间。

从图中可看出，图1所示的磁性引导系统完全位于蒸发室2的外部，这有利于该蒸发器的设计和制造。

在图1的示意图中，相对尺寸比例类似于用于对直径为100mm的圆形蒸发目标体进行蒸发的蒸发器的尺寸比例。

图2示例性地表示了一种实施方式，该实施方式似乎构成了现有技术的组分部分，更具体来讲，该实施方式似乎被反映在专利文件US-A-5298136中。该系统包括阴极或蒸发目标体72、铁磁体芯75、线圈76、以及永磁体71。永磁体71与阴极元件72的表面处于同一高度，这样的结构被认为不适合于许多应用场合，原因在于：该结构设计看起来并不能在阴极元件的整个表面上有利地对电弧进行合适的引导。

图3表示了在图1所示的根据本发明实施方式的磁设计构造中、当线圈未通电时由永磁体所产生磁场的磁力线。利用通过有限元方法的、用于计算磁场的软件包对该磁场进行了计算。点“P”指代这样的点：在该位置点上，磁场与目标体的内表面平行(也就是说，与阴极元件的表面平行，阴极元件所处位置对应于蒸发室的内部，且在其上阴极电弧必然产生作用)，或者，换言之，该位置点是目标体表面上这样的点：该点处的磁场法向分量(与目标体表面垂直的分量)被抵消掉。在目标体的表面上，这样的点构成了圆形的轨迹，该轨迹构成了电弧运动时所遵循的路线。

图4表示了在图2所示的磁结构中、当线圈未通电时由永磁体所产生磁场的磁力线；利用用于计算图3所示磁场的相同软件来计算该磁场。如图4所示，点“P ”指代了在其处磁场与目标体内表面平行的位置点。

图2中各部件之间的相对比例关系不适合于强力永磁体-例如用钕-铁-硼材料或钴-钐基材料制成的永磁体。专利文件US-A-5298136中图5可能考虑采用的铝镍钴磁体，在该专利申请提交的当时，这种磁体仍然是最为常用的磁体。因而，在进行图3和图4所示的模拟过程时，假定采用的是铝镍钴V型永磁体。为了确保两模拟过程具有可比性，两模拟还都使用了直径为100mm的目标体。以此作为前提，对图2所示结构所作的模拟计算遵守了US-A-5298136中图5所示的各部件间比例。

图5中的图线表示了在目标体的表面上、磁场法向分量(在“y”轴上，单位为特斯拉[T])随距离目标体中心的距离(“x”轴，单位为mm)的变化关系，图中的图线都是基于图1所示的磁性结构设计，但对应于循环流经线圈的不同电流密度值(分别是2A/mm²、0A/mm²、-1A/mm²)。如上文指出的那样，电弧的运动将遵循着这样的路线：该路线是由在其处磁场平行于目标体表面的点组成的，即在这些点上，法向分量被抵消掉了。因而，从该图线可看出，对于不通电的线圈，J＝0A/mm²时，路线是半径为44mm的圆周。类似地，对于J＝-1A/mm²的情况，路线的半径为48mm，该数值非常接近于目标体的边缘，而对于J＝2A/mm²的情况，路线的半径为3mm，因而，该路线实质上是在中心处。

与此相反，图6是对图2所示的磁性结构设计(应用上文针对该附图已提及的内容，但已作必要的修改)所作的相同图线(即磁场法向分量(“y”轴，单位为特斯拉[T])在目标体表面内随距离目标体中心的距离(“x”轴，单位为mm)变化的图线，图中的图线对应于循环流经线圈的不同电流密度值(分别是J＝2A/mm²、0A/mm²、-2A/mm²、以及-5A/mm²))。从图中可看出，对于线圈中电流的所有合理数值，法向的磁场都是在约44mm的半径处被抵消掉，因而，不论流经线圈的电流强度如何，电弧都将遵循该路线移动。通过改变线圈中电流强度所能实现的唯一变化是磁场强度的略微增强或减弱，但这对磁场将电弧约束到所确立路线上的力度的影响小，在改变平行磁场的强度时，还能略微地影响电弧的移动速度。

图7也表示了图2所示磁性结构设计(应用上文针对该附图已提及的内容，但已作必要的修改)的法向磁场(即磁场法向分量(“y”轴，单位为特斯拉[T])在目标体表面内随距离目标体中心的距离(“x”轴，单位为mm)变化的图线，图中的图线对应于流经线圈的不同电流密度值(分别是2A/mm²、0A/mm²、-2A/mm²、以及-5A/mm²))，但这次却采用了线圈位于铁磁体芯外部的设计。在此情况下，电弧路线的半径出现了微小的变化，从40mm的半径值变化到45mm-尽管为此目的必须使电流强度在-2A/mm²到5A/mm²之间变动，也就是说，电流强度的变化范围远大于图1所示构造的范围。这就意味着：如果采用了基于图2所示系统的设计，则可能就必须要采用有水的冷却系统，用以防止由于电流的勉强通过而导致的线圈过热。

在图2所示构造的情况下，无法利用线圈的作用来改变电弧路线的主要原因可能在于如下的事实：永磁体(其磁场几乎不会被线圈所改变)接近目标体表面使得在该位置点处的磁场几乎不会受到线圈所产生磁场的影响。因而，本发明通过将所述永磁体(或磁性装置中具有对应功能的元件)移离蒸发目标体解决了这一问题。为了补偿与移离永磁体相关的磁场减弱问题，合适的做法是增大永磁体的尺寸。据估计：在图1所示的情况中，永磁体与目标体之间20mm的分离距离就可以是足够的，该距离使得经过合适设计的线圈的作用可全面影响实际应用范围内的电弧路线。将永磁体移动更远可带来更大的作用范围，但反过来会减弱磁场，因而，永磁体对电弧性能的有益影响减弱了，或者作为备选方案，必须要采用更大或更强的磁体。通常认为：具有在电弧路线上约15高斯(0.0015特斯拉)平行磁场的引导器就足以对电弧进行合适的引导，但磁场强度的增大通常能带来镀覆质量的改善。反过来，这就要求使用更大的磁体或具有更大能量的磁体，甚至电弧电源也需要具有更好的质量，这是因为：电弧移动速度的增大也会涉及到电弧电压的升高，因而，必须要使用质量更好、反应性更好的电源来对不稳定性进行补偿。因而，所必须选用的磁场强度取决于上述不同因素之间的相对重要性。

图8-15表示了用于制造磁性引导器的磁性部件的一些备选构造，这些备选构造是从所能想到的许多构造中选出的，它们基本上保持了本发明的特点。

图8对应于磁性引导器的一种备选实施方式，在该实施方式中，铁磁体芯具有中间的通孔17，冷却剂流体的供送管9和回流管10从该通孔中穿过，电弧电流的供应线路(图中未示出)也从此穿过。该通孔仅改变了磁场在目标体表面内的分布，其对表面作用范围的影响很小，但按照这种形式来供送冷却剂流体和电弧电流却能实现对称、均匀地供送，不会影响目标体型廓的损耗。可采用径向或螺旋形的通道来使冷却系统复杂化。如图1所示，外周延伸部12b可由永磁体来构成。

图9表示了一种结构设计，在该设计形式中，模拟计算中使用的铝镍钴磁体(其构成了图8中的外周延伸部)被顶上盖着高能磁体12c的铁磁体部件(其构成了实际支撑件15的一部分)取代，其中的磁体12c是用钕-铁-硼材料或钴-钐基材料制成的，该设计的优点是：具有更大的能量，并避免了铝镍钴磁体的退磁问题。

图10所示的构造与图9所示构造类似，但在该构造中，还在中央磁极上增设了磁体14c，其有助于增大磁场的强度。

图11是图10所示构造的替换结构，在该结构中，中央磁极的磁体14d被径向磁化，因而可布置数目更多的磁体，这有助于进一步增大磁场。

在这些构造中，位于中央磁极处的永磁体的磁化被设计成这样：使得其与外周磁体12c所产生磁力线到达此处的方向一致，从而可增强磁力线，且不会对外周磁体12c所产生磁力线的分布造成显著改变。如果中央磁极14c、14d的这些磁体被按照相反的方向磁化，则它们将逆反着外周磁体12c所产生的磁通量，并将显著地改变磁场的特性。

图12表示了一种构造，在该构造中，外周磁体12d没有被垂直地磁化，但朝向蒸发器的中心具有一定的倾斜度。这样的改型利用外周磁体就简单地改变了所形成路线的位置，这样的设计可被有利地用来对线圈要在两个方向上必须施加的磁场强度进行均衡，以将路线牵拖到其实际界限处。

图13表示了一种构造，在该构造中，永磁体12e被布置在水平面内，而不是布置在垂直臂上。这种构造的优点在于：其为磁体的布置提供了更大的空间，因而，磁体可以是能量低于其它构造中所使用磁体的低能磁体。例如，这些磁体可以是硬铁氧体，而不是其它构造中使用的钕-铁-硼磁体。

图14表示了一种构造，在该构造中，未在外周磁极处使用磁体，中央磁极是由永磁体14e构成的，该磁体的磁化方向并非是严格垂直的，而是向内侧倾斜的。

图15表示了一种构造，在该构造中，取消了永磁体，利用位于磁性组件外部的线圈16来完成该磁体的功能，其中，磁性组件是由构成了支撑件15的铁磁体芯制成的。尽管该构造的实际应用性要弱于上文所述的其它构造，但可能会出现这样的情况：可有利地使用由外部线圈获得的极大的灵活性。

另外，所有这些构造都可通过一插入件被制得与气体注射系统相适配，其中，插入件位于蒸发目标体的中心，以便于对电弧执行电子引燃。

上文描述的各种结构甚至可相互结合起来以形成充分有效的构造，因而，很显然：所述的各种构造决不排除制造其它不同的磁性引导器的可能性，所述引导器基本上符合本发明中所描述的原理即可。在对本发明的几种可行的实施方式作详细描述时，相同或类似的元件用相同的数字标号指代。

在这样的条件下，词语“包括”及其变换词语(例如“包含”等)不应被理解为排除性的，也就是说，这些词语没有排除这样的可能性：被描述的事项包括其它的元件、步骤等。

此外，本发明并不限于上文描述的具体实施方式，而是还包括各种改型，例如由本领域技术人员设计出的、可从权利要求推导出的其它改型(例如针对于材料选择、尺寸、部件、结构等的改型)。

Claims (28)

1.一种阴极蒸发器，其包括：蒸发室(2)，其被用于容纳着要被进行镀覆的部件或表面(1)；阴极组件，其包括阴极元件(3)；以及阳极(4)，

阴极组件及阳极的结构和位置被设置成这样：使得阴极元件(3)与阳极(4)之间可建立起电弧，以使得阴极元件(3)至少部分地蒸发，

阴极组件还包括磁性引导系统，用于对阴极元件(3)上的电弧进行引导，

所述磁性引导系统包括：磁性装置，其包括中央磁极(14)和外周磁极(12)；以及至少第一磁场发生器和第二磁场发生器，它们被用于产生各自的磁场分量，两磁场分量有助于形成对应于阴极元件(3)的总磁场，至少所述的第一磁场发生器至少包括第一线圈(13)，其围绕着磁性装置的至少一个部分(14b)进行布置，并被用于在所述磁场装置中产生对应的磁场分量，从而，通过改变流经所述第一线圈(13)的电流，可改变对应于所述阴极元件(3)的所述总磁场，

外周磁极(12)的端面(12a)被设计成这样：使得第一磁场发生器与第二磁场发生器产生的对应于所述端面(12a)的磁场的强度大于对应于磁性装置邻近表面的磁场；

其特征在于：

所述端面(12a)与阴极元件(3)之间的距离A至少为20mm。

2.根据权利要求1所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述距离A至少为30mm。

3.根据权利要求2所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述距离A至少为40mm。

4.根据权利要求3所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述距离A大于40mm，小于150mm。

5.根据权利要求4所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述距离A大于40mm，小于75mm。

6.根据权利要求1-5之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：在与阴极元件(3)最外侧平面垂直的第一方向上，所述端面(12a)与阴极元件(3)最外侧平面之间间隔至少为10mm的距离B。

7.根据权利要求1-5之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：在与所述阴极元件(3)总体延伸方向平行的方向上，所述端面(12a)与阴极元件(3)分离至少10mm的距离C。

8.根据权利要求1所述的阴极蒸发器，其特征在于：磁性装置包括支撑件(15)，其具有所述的外周磁极(12)和所述中央磁极(14)，所述支撑件具有基部(15a)，构成了所述中央磁极(14)的中央凸起(14b)从该基部延伸。

9.根据权利要求8所述的阴极蒸发器，其特征在于：支撑件还具有外周延伸部(12b)，其从基部(15a)延伸出，且延伸方向基本上平行于中央凸起(14b)，所述外周延伸部(12b)构成了外周磁极(12)。

10.根据权利要求9所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述的至少一个线圈(13)围绕着所述中央凸起(14b)。

11.根据权利要求10所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述中央凸起(14b)包括铁磁体材料。

12.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述支撑件(15)总体上为圆形结构。

13.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述支撑件(15)具有大体上为E形的横截面，E形结构的中间臂对应于中央凸起(14b)，而E形结构的侧臂(12b)对应着外周磁极(12)。

14.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述支撑件(15)由铁磁体材料制成。

15.根据权利要求14所述的阴极蒸发器，其特征在于：第二磁场发生器至少包括第二线圈(16)，其围绕着支撑件上非中央凸起的部分。

16.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：支撑件在部分上由铁磁体材料制成、在部分上由永磁体材料制成，所述第二磁场发生器包括所述永磁体材料。

17.根据权利要求16所述的阴极蒸发器，其特征在于：外周磁极(12)包括永磁体材料。

18.根据权利要求16所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述外周延伸部(12b)至少在部分上包括永磁体材料。

19.根据权利要求18所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述永磁体材料的磁化方向与基部垂直。

20.根据权利要求18所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述永磁体材料的磁化方向相对于基部成锐角。

21.根据权利要求16所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述凸起(14b)至少在部分上包括永磁体材料。

22.根据权利要求16所述的阴极蒸发器，其特征在于：所述基部(15a)至少在部分上包括永磁体材料。

23.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：凸起的端面(14a)与基部分离开，所述端面基本上是平面，并大体上平行于阴极元件(3)。

24.根据权利要求8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：凸起(14b)具有至少一个贯通的通道(17)，以允许冷却剂流体通过。

25.根据权利要求1-5和8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：外周磁极(12)对应着阴极元件(3)的外周边缘设置，但与所述外周边缘分离。

26.根据权利要求1-5和8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于还包括：管道系统(9、10)，用于使冷却剂流体对应于阴极元件(3)通过。

27.根据权利要求1-5和8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于还包括：可编程控制的系统(18)，以便于向第一线圈(13)提供电流。

28.根据权利要求1-5和8-11之一所述的阴极蒸发器，其特征在于：外周磁极(12)和中央磁极(14)被布置在蒸发室的外部。

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