[发明专利]液态金属离子源

说明书

离子源配置成形成离子束并且具有电弧室，电弧室围封电弧室环境。储集器装置可以配置为推斥极并且向电弧室环境提供液态金属。偏置电源相对于电弧室对储集器装置进行电偏置，以使液态金属在电弧室环境中蒸发形成等离子体。储集器装置具有杯体和封盖，杯体和封盖限定用于液态金属的储集器环境，储集器环境通过封盖中的孔与电弧室环境流体联接。部件从杯体延伸到储集器中并接触液态金属，以通过毛细作用将液态金属朝向电弧室环境馈送。结构、表面积、粗糙度和材料改变毛细作用。该部件可以是延伸到液态金属中的环形圈、杆或管。

相关申请的引用

本申请要求2019年3月22日提交的名称为“Liquid Metal Ion Source”的美国临时申请62/822,313的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及离子注入系统，更具体地涉及用于为离子源提供源材料的装置、系统和方法。

背景技术

对使用金属离子的离子注入物的需求日益增加。例如，铝注入对于电力器件市场很重要，电力器件市场是一个很小但增长非常快的市场部分。对于许多金属(包括铝)，向离子源供应馈料是有问题的。虽然可以使用含有铝或其它金属的气体分子，但金属原子往往附着于碳和/或氢，这会导致离子源出现问题。先前已经提供了利用蒸发器的系统，该蒸发器是位于离子源的电弧室外部的小烘箱，由此金属盐被加热以产生足够的蒸气压以将蒸气供应到离子源。然而，烘箱远离电弧室并且需要时间来加热到期望的温度、产生蒸气流、启动等离子体、启动离子束等。此外，如果需要从一种金属物质改变为一些其他物质，则需要花费时间等待烘箱充分冷却以用于物质的这种改变。

另一常规技术是在电弧室内放置诸如铝或另一金属的含金属材料。对于铝，含金属材料可以包括氧化铝、氟化铝或氮化铝，所有这些都可以承受等离子体室的大约800℃的温度。在这种系统中，离子直接从等离子体中的材料溅射出来。另一种技术是使用含有诸如氟的蚀刻剂的等离子体来实现金属的化学蚀刻。虽然可以使用这些不同的技术获得可接受的射束电流，但是氧化铝、氯化铝和氮化铝的化合物(所有这些都是良好的电绝缘体)往往会在相对短的时间内(例如，5-10小时)沉积在与离子源相邻的电极上。因此，可以看到各种不利影响，例如高电压不稳定性和被注入的离子剂量的相关变化。

发明内容

本公开的各方面促进了用于增加离子注入系统的离子源在预防性维护周期之间的使用时长的离子注入工艺，从而增加离子注入系统的总体生产率和寿命。

根据一个示例，提供了一种离子源，其配置成形成离子束，其中，离子源包括电弧室，电弧室大体上围封电弧室环境。还提供了储集器装置，其配置成向电弧室环境提供液态金属。一偏置电源还配置成使储集器装置相对于电弧室而电偏置。储集器装置例如包括杯体，该杯体配置成在其中大体上容纳液态金属。例如，杯体配置成通过重力在其中大体上容纳液态金属。

在一个示例性方面中，储集器装置还包括封盖，其中，封盖选择性地与杯体接合并且大体上围封储集器装置的顶部部分，在顶部部分中限定与液态金属相关联的储集器环境。例如，液态金属驻留于储集器环境中，其中，储集器装置还配置成选择性地蒸发其中的液态金属的至少一部分。例如，储集器装置配置成通过经由热源选择性地加热引入装置来选择性地蒸发液态金属的至少一部分。

在一个示例中，热源包括以下中的一者或多者：在电弧室内产生的等离子体、与来自撞击储集器装置的等离子体的离子相关联的能量、辅助加热器。