[实用新型]一种空心阴极宽束考夫曼离子源

说明书

本实用新型提供了一种空心阴极宽束考夫曼离子源，涉及一种离子源，其包括放电室筒、阴极组件、阳极、充气嘴、离子引出系统和中和器，阴极组件包括阴极、阴极座和阴极靴，阴极座的底部侧面连接后磁钢座，阴极为空心阴极钽管且设置在阴极座的中心，阴极靴镶嵌在阴极座上部的圆柱形筒内，阴极靴的上部为倒锥形空心结构，阴极靴的中心与阴极的内部连通，充气嘴与阴极和阴极靴的中心连通，阳极设置在阴极组件的上部，离子引出系统的下表面中心设置散流器。本实用新型可以在较宽的高真空范围内的本底真空环境下稳定输出大口径均匀性较好的离子束。

技术领域

本实用新型涉及一种离子源，具体涉及一种空心阴极宽束考夫曼离子源。

背景技术

考夫曼（Kaufman）离子源是最早出现、最基本的离子源，经历了半个世纪的发展，考夫曼离子源已经演变出多种结构，目前己广泛应用于光学、微电子、材料研究及工业生产的各个领域中。考夫曼离子源主要由供电电源、放电室与离子引出系统组成。考夫曼离子源的产生机理为：灯丝发射的电子在飞向阳极的过程中受到磁场的洛仑兹力作用，在放电室中沿磁力线做回旋振荡运动，与气体分子发生碰撞，导致气体电离，形成等离子体，其中的离子在等离子体与屏极的电势差的作用下被发射进入离子光学系统，再由屏极与加速之间的静电场加速获得能量，形成离子束流。

下表为考夫曼离子源与其它几种离子源的性能对比：

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与其它离子源相比，考夫曼离子源存在阴极灯丝，并且置于一个封闭的放电室内，灯丝热量经辐射传至阳极及外侧的磁铁，工作一段时间后磁铁即可达到高于居里点的温度，磁感应强度降低，限制等离子体的能力随之变差，放电变得不稳定，最终“熄火”。放电室中的正离子在阴极鞘层电势差的作用下会轰击阴极，溅射出金属粒子，对引出离子束产生污染。另外，灯丝及等离子体的热辐射、离子与电子在极板上复合、等离子体到达极板传递的能量等会使极板产生温升，使极板发生热变形，使离子束的发散度变大，甚至发生短路。因此，对考夫曼离子源的缺陷进行改进是十分必要的。

公告号为CN86201075U的专利提供了一种表面改性用高能宽束发散场考夫曼离子源，放电室外部有绝缘陶瓷和处于正高电位的后盖板，控制后极靴和阴极伸进放电室的长度得到发散场，并提高了离子源的引出电压。该离子源可以直接加速离子到达离子注入所需要的高能量，在材料表面处理中可以提高金属表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳性，并对基体外形尺寸无明显影响。

公告号为CN204706536U的专利涉及一种金属阴极结构的考夫曼离子源，所述阴极呈空心桶结构，装置的阳极位于桶装结构的中心位置，经过改进结构的新型离子源，易断的灯丝阴极，替换为金属网状结构，提高了阴极的使用寿命。

公布号为CN103871809A的专利文献公开了一种用于离子注入机的宽束离子源装置，包括源磁场铁芯、源磁场线圈、弧室和引出电极，弧室的一端设有第一灯丝和第一阴极，弧室的另一端设有第二灯丝和第二阴极，第一灯丝和第二灯丝分别连接灯丝电源，第一灯丝和第一阴极之间连接第一偏置电源，第二灯丝和第二阴极之间连接第二偏置电源，第一阴极与弧室之间连接第一弧压电源，第二阴极与弧室之间连接第二弧压电源。由于弧室采用了双灯丝、双阴极的双间热式阴极结构，使气体介质与阴极发射出的热电子充分发生碰撞，能够产生较宽的离子束以及较强的束流强度，所以可以方便地扩大离子束宽度，直接获得覆盖目标注入硅片宽度的平行宽带束流。

公开号为CN108417472A的专利公开了一种多场增强空心阴极离子源，包括有阴极总成和阳极总成，所述的阴极总成包括有放电体、水冷盘和绝缘外壳，放电体安装于水冷盘的中心位置，绝缘外壳固定于水冷盘上且套设于放电体外，阴极总成上设置有连接绝缘外壳内腔的进气口，所述的放电体包括有金属连接座、钽空心管、外金属套管、硼化铼片和电子出射盖，所述的阳极总成包括有阳极水冷套管，该阳极水冷套管的内腔为空气电离区，气体离子出射口的外端设置有引出极栅网。该离子源通过空心阴极效应、热效应、磁场约束、硼化铼增强等多重效应，大大提高了离子源的离化率和离子浓度。

实用新型内容