Tiêu chuẩn lựa chọn nguồn ion là: mật độ dòng ion cao, năng l−ợng của ion thấp, và khả năng hoạt động lâu dài với khí phản ứng (oxy, nitơ). Có một số nguồn ion th−ơng mại đáp ứng yêu cầu là: Mark I/II(Commonwealth Scientific Corporation)-[64]; CC-105 (Denton Vacuum,. Inc) và APS (Leybold AG)-[56]. Công trình nghiên cứu [75] [28] cho thấy tính chất quang học của các màng mỏng TiO2 và SiO2 chế tạo bằng các nguồn ion nêu trên không khác nhau đáng kể. Phụ kiện phải thay thế th−ờng xuyên đối với nguồn ion CC-105 và MarkI/II là sợi đốt Wolfram. Nguồn ion APS sử dụng cathode riêng biệt chế tạo từ vật liệu LaF6 t−ơng đối đắt tiền.
Nguồn ion đ−ợc lựa chọn để xây dựng hệ IAD thử nghiệm là nguồn ion CC-105 [12].của công ty Denton Vacuum., Inc.
Nguồn ion CC-105 hoạt động theo nguyên lý của nguồn ion End-Hall đã trình bày trong mục 1.5.4, với một số cải tiến ở kết cấu cụ thể (hình 2.7). Một vòng cathode bổ sung có điện thế nối đất nằm phía trên anode và hệ từ tr−ờng. Từ tr ờng −
của CC-105 đ−ợc tạo ra bởi 10 cặp nam châm vĩnh cửu bố trí đối cực xếp thành vòng tròn phía trên và d−ới anode
T−ơng tự nh− nguồn ion End-Hall, nguồn điện cấp cho nguồn ion CC-105 cũng bao gồm: bộ nguồn cấp cho quá trình phóng điện khí, bộ nguồn cấp cho sợi đốt trung hoà. Vì cathode và một cực của sợi đốt trung hoà đ−ợc nối với vỏ máy và
nối đất nên điện áp của anode và một cực của sợi trung hoà so với vỏ máy là hai thông số quyết định.
Nguồn ion CC-105 hoạt động nh− sau: khí Oxy qua hệ thống các rãnh ở đáy nguồn ion đ−ợc đ−a vào bên trong khoang phóng điện giới hạn bởi vành anode. Trong khoang phóng điện nhờ có tr−ờng điện áp cao đặt giữa anode và vành cathode và thân của nguồn ion, các phân tử khí đ−ợc ion hoá bởi các điện tử phát ra từ sợi đốt trung hoà. Sợi đốt trung hoà bằng Wonfram đ−ợc đốt nóng tới nhiệt độ phát xạ điện tử bởi một dòng điện c−ờng độ lớn. Các điện tử chịu tác động của lực Lorenz và đ−ợc gia tốc bay theo quĩ đạo xoáy trôn ốc về phía anode. Trên đ−ờng bay các điện tử va chạm và làm ion hoá các phân tử khí. Quá trình gia tốc các ion đ−ợc thực hiện bởi nhiều cơ chế. Cơ chế gia tốc và các công thức mô tả đ−ợc trình bày trong công trình của G.Krulle [77] với tiêu đề: " Bàn về động học của cơ cấu gia tốc kiểu động học magnetoplasma đối xứng trục (động cơ phản lực MPD ) có sử dụng từ tr−ờng xếp chồng". Từ tr ờng đóng vai trò nâng cao xác suất va chạm điện tử-phân − tử khí, phân bố không gian của chùm ion [77].
Sợi đốt trung hoà có 2 chức năng: cung cấp điện tử cho quá trình ion hoá các phần tử khí, và bù điện tích không gian của chùm dòng ion. Vì sợi đốt trung hoà là phẩn tử duy nhất phải thay thế, nên chi phí cho hoạt động của nguồn ion t−ơng đối rẻ tiền. Tuỳ thuộc vào loại dây sử dụng và các tham số công tác, mà tuổi thọ trung bình của sợi đốt trung hoà là 5-8 giờ (dây đ−ờng kính 0,63mm). Khi sử dụng ở qui mô công nghiệp, trung bình sau 3 tháng hoạt động cần phải dừng máy để làm vệ sinh hoặc thay thế điện cực đáy của buồng ion do bị ăn mòn bởi hiện t−ợng phún xạ.
Bảng 2.6. Thông số kĩ thuật nguồn ion CC-105[12 ].
Đặc tính Thông số
Kích th−ớc ∅90x70mm
Năng l−ợng của ion 40ữ800eV
Dòng ion cực đại 4A
Mật độ dòng ion (ở áp suất 3.10-4Torr, dòng ion 3A, khoảng cách tới nguồn ion 30cm)
200àA/cm2.
áp suất tối thiểu trong buồng chân không 1.10-4Torr L−u l−ợng khí cần thiết 5ữ50sccm
Kết cấu của nguồn ion CC-105 có −u điểm cơ bản là không cần l−ới gia tốc. Kích th−ớc hình học của điện tr−ờng và từ tr−ờng đ−ợc tính toán thiết kế tối −u nên nguồn ion kiểu này tạo ra chùm ion mật độ cao, năng l−ợng nhỏ và phân bố trên góc rộng. Đây là các tính năng thiết yếu cho quá trình IAD. Thông số kĩ thuật của nguồn ion CC-105 đ−ợc ghi trong bảng 2.6.