(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210938796.X (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 何永勇　张哲浩　雒建斌　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 于腾昊 (51)Int.Cl. C23C 8/36(2006.01) C23C 8/38(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 双等离子激发源的离子扩渗设备及其设计 方法 (57)摘要 本申请涉及工业生产技术领域， 特别涉及一 种双等离子激发源的离子扩渗设备及其设计方 法， 其中， 包括： 设备本体； 空心阴极装置， 用于根 据直流辉光放电效应在所述空心阴极装置内部 产生第一等离子体； 至少一个射频放电线圈， 用 于在线圈通 以频率大于预设频率的高频交流电 时， 通过电感耦合等离子体方式在所述空心阴极 装置内部产生第二等离子体， 并与所述第一等离 子体耦合得到第三等离子体， 利用所述第三等离 子体在所述 设备本体内进行渗氮 生成渗氮层， 以 实现离子扩渗。 由此， 解决了相关技术中等离子 激发设备由于等离子体密度不足， 无法有效制备 渗层厚度大且整体变形小的渗氮层， 无法有效提 高扩散速率等问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115305436 A 2022.11.08 CN 115305436 A 1.一种双等离 子激发源的离 子扩渗设备， 其特 征在于， 包括： 设备本体； 空心阴极装置， 用于根据直流辉光放电效应在所述空心阴极装置内部产生第 一等离子 体； 至少一个射频放电线圈， 用于在线圈通以频率大于预设频率的高频交流电时， 通过电 感耦合等离子体方式在所述空心阴极装置内部产生第二等离子体， 并与所述第一等离子体 耦合得到第三等离子体， 利用所述第三等离子体在所述设备本体内进行渗氮生成渗氮层， 以实现离 子扩渗。 2.根据权利要求1所述的设备， 其特 征在于， 所述 射频放电线圈包括： 金属线圈， 所述金属线圈与射频电源相连， 用于根据所述射频电源通入的高频交流电 在所述空心阴极装置内部产生第二 等离子体； 隔离层， 所述隔离层包裹在金属线圈的表面， 用于隔离金属线圈外 部的等离 子体。 3.根据权利要求2所述的设备， 其特 征在于， 所述金属线圈为空心结构， 还 包括： 冷却管， 所述冷却管设置于所述金属线圈内， 且所述冷却管内通入冷却液， 用于对所述 金属线圈进行冷却降温。 4.根据权利要求1所述的设备， 其特 征在于， 所述空心阴极装置包括： 阴极金属， 所述阴极金属与直流电源的负极相连， 其中， 所述直流电源的正极连接有阳 极金属； 空心阴极筒， 所述空心阴极筒设置 于所述阴极金属上； 绝缘支撑板和设置于所述绝缘支撑板上的工件， 用于与 所述空心阴极筒发生直流辉光 放电效应产生第一 等离子体。 5.根据权利要求1所述的设备， 其特 征在于， 还 包括： 出气孔和进气孔， 所述出气孔和所述进气孔设置 于所述设备本体的不同位置处。 6.根据权利要求1 ‑5任意一项所述的设备， 其特征在于， 每个射频放电线圈均设置于所 述空心阴极装置内的预设位置处。 7.根据权利要求1 ‑5任意一项所述的设备， 其特 征在于， 所述设备本体为离 子扩渗炉。 8.一种如权利要求1 ‑7任意一项所述的双等离子激发源的离子扩渗设备的设计方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 确定离子扩渗设备的目标域方程和目标边界条件； 将所述目标域方程和所述目标边界条件定义在预设二维轴 对称模型上， 对所述二维轴 对称模型划分网格， 定义等离子体激发过程的瞬态 时间范围， 求解瞬态时间范围内的离子 渗氮、 等离 子体形成和动态稳定过程， 得到求 解结果； 将所述求解结果绕所述二维轴对称模型的对称轴旋转， 得到伪三维模拟结果， 基于所 述伪三维模拟结果优化离子扩渗设备 的构型和 参数， 得到最优设备构型和最优设计参数， 并基于所述最优设备构型、 最优设计参数和实际设备条件生成所述离子扩渗设备的设计方 案。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 在将所述目标域方程和所述目标边界条件 定义在预设二维轴对称模型 上之前， 包括： 根据所述离子扩渗设备的设计目标建立所述离子扩渗设备的等比例物 理模型， 并利用权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115305436 A 2预设简化策略所述 等比例物理模型简化 为所述预设二维轴对称模型。 10.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述伪三维模拟结果优化离子 扩渗设备的构型和参数， 得到最优设备构型和最优设计参数， 包括： 获取所述离子扩渗设备的优化目标， 其中， 所述优化目标为所述等离子体分布密集程 度满足预设密集条件 且距离样品台的实际距离满足合理距离条件； 根据所述优化目标调整至少一个设备构型参数， 并调 整射频电源的输入功率和直流电 源的输入电压， 直到满足所述优化目标， 得到所述 最优设备构型和所述 最优设计参数。 11.根据权利要求10所述的方法， 其特征在于， 所述设备构型参数包括射频电源所连接 铜制线圈的直径、 环绕圈数、 线圈环绕周长、 线圈在炉内的空间位置 。 12.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器 执行， 以用于实现如权利要求8 ‑11任一项 所述的双等离子激发源的离子扩渗设备的设计方 法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115305436 A 3