[发明专利]一种利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法及离子源

权利要求书

1.一种利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)利用气体团簇离子源产生气体团簇正离子，平均团簇尺寸为1000个原子/团簇；

(2)气体团簇正离子轰击纳米靶材，在气体团簇正离子的团簇效应和纳米靶材的有限尺寸效应作用下靶物质被有效溅射出，形成单体和小团簇；所述小团簇为靶材原子结合所成的团簇，单个小团簇的原子数介于1到15之间；

(3)溅射出的单体和小团簇与电子碰撞被电离成离子，离子经过电场加速并进行磁质分离获得离子束流。

2.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(1)所述利用气体团簇离子源产生气体团簇正离子具体采用以下过程：通过超声喷嘴将高纯源气体绝热冷却并超声膨胀后喷出，形成中性团簇，中性团簇经过钨丝放电电离成气体团簇正离子。

3.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(2)所述纳米靶材采用以下过程制备：选取粒径小于100nm的纳米粉末，通过电动压片机压制成密度低于2.0g/cm³的纳米靶材。

4.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(3)所述溅射出的单体和小团簇通过离化器电离成离子。

5.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(3)所述离子通过加速器实现加速。

6.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(3)所述离子经过电场加速后通过单透镜实现聚焦。

7.根据权利要求1所述的利用气体团簇溅射靶材引出离子束流的方法，其特征在于：步骤(3)所述离子经过电场加速后利用电磁铁实现磁偏转，获得射向目标物的离子束流。

8.一种基于权利要求1所述方法的气体团簇溅射固体离子源，其特征在于：包括由依次连通的气体团簇离子源管段、用于放置纳米靶材的溅射室和靶材原子溅射管段组成的真空腔室，所述靶材原子溅射管段依次设有第一离化器、第一加速器、单透镜和电磁铁。

9.根据权利要求8所述的气体团簇溅射固体离子源，其特征在于：所述气体团簇离子源管段设置有与输气管连通的超声喷嘴、第二离化器、第二加速器和E型永久磁铁。

10.根据权利要求8所述的气体团簇溅射固体离子源，其特征在于：所述溅射室中用于放置纳米靶材的靶材底座设有旋转装置。