Page 51 - 《真空与低温》2026年第1期

48 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

磁通密度/mT 磁通密度/mT
236 387
350
200
300
150 250
200
100
150
100
50
50
z y
y 0.951 x 1.21
（a）沿放电室轴线纵向磁场分布 （b）磁棒高度中心横向磁场分布
图 8 磁棒、线圈磁场耦合分布图
Fig. 8 Magnetic field coupling distribution diagram of magnetic rod and coil

结果表明，引入磁棒后，整体磁场分布不再呈 3 工艺实验验证
现简单的条形磁体感应线模式，而是形成了多磁体 3.1 实验样品制备与性能测试
间磁场相互耦合、横向与纵向分量交错分布的复 基于前述优化得到的设计参数，研制了聚焦型
杂形态。此类磁场构型能够有效延长放电室中电 射频离子源，如图 10 所示。为系统评估该离子源
子的运动路径，促使其沿磁场线作螺旋运动，从而 在光学元件加工中的实际性能，搭建了包含转盘式
增强其与气体分子的碰撞概率，提升电离效率，最 工件台、工件挡板及三维运动平台在内的完整测
终实现等离子体浓度的显著提高。 试系统，并利用分子泵组将真空腔室抽至极限真空，
结果表明，放电室内的磁场分布存在一定的不 压力为 4×10 Pa，为后续工艺实验提供了必要的环
−4
均匀性，其中中心区域磁场相对较弱。为降低工艺 境基础。
实现难度并进一步提高等离子体密度，本研究在放
电室周围布置了永磁体，以增强对电子的约束作用，
促使电子沿磁场线做螺旋运动，从而延长其在放电
过程中的运动路径，提升与气体分子的碰撞电离
概率。
基于该目标，本研究设计了一种由 12 根磁棒
构成的环形永磁组件，其结构如图 9 所示。磁棒材
料选用铝镍钴永磁体，该材料具备优良的抗腐蚀与 （a）离子源样机 （b）样机参数

耐高温性能，其居里温度高达 760 ℃，可有效避免
图 10 离子源样机
因放电室中等离子体热负荷而引起的性能退化。
Fig. 10 Ion source prototype

实验用基体材料为单晶硅，尺寸为 Φ100 mm×
40 mm，面形精度为 1/2 波长，表面粗糙度为 0.5 nm。
实验中，离子束轴线与基片平面垂直（90°入射），轰
击距离为 10 mm，单点轰击时间为 1 min。
开启聚焦型射频离子源后，首先按照工艺规范
进行预热，待工艺气体流量、射频功率等参数达到
设定值并稳定后，使用位移平台将离子束焦点移动
至样品预定位置，进行去除函数斑点的制备。具体
图 9 环形永磁组件 流程有：在初始时刻 T 0 （0 h）执行定点轰击 1 min，
Fig. 9 Annular permanent magnet assembly 制备第一个去除函数斑点；随后立即移开离子源并