[發明專利]一種新型的離子源引出-加速結構

有效

• 申請號: 201710368331.4
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107248490B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 廖斌;歐陽曉平;張旭;張豐收;吳先映;羅軍;龐盼
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01J37/08
• 分類號: H01J37/08;H01J37/147;H01J37/317
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本發明公開了一種新型的離子源引出?加速電極結構，其中，引出電極由圓孔型引出設計為等寬的長條形引出形狀，同時加速電極之間的距離不再恒定，設計為連續變化的引出間距，即加速電極之間的距離由5mm變為可變區間3?7mm。通過實施本發明，離子束斑的形狀發生明顯的改變，由原來的圓形束斑變成長條形束斑，束斑尺寸可為(100?200mm)×(300?800mm)，大大提高了離子束斑的縱向寬度，在處理長條形工件時有著非常明顯的優勢。同時，通過引出?加速電極的改變離子束流大大增加，在相同束流強度下能夠大大增加陰極靶材的壽命。

技術領域

本發明為解決長條形工件金屬離子處理時離子束均勻性的問題而提出的新型的離子源引出-加速結構。

技術背景

金屬蒸汽真空弧離子源(Metal Vapor Vacuum Arc)，簡稱MEVVA源。這項技術是在上世紀80年代中期由美國加州大學伯克利分校的Brown、Adler和Burkhart等人因核物理研究需要研制而成。由于MEVVA源可以產生各種強流金屬和導電化合物的離子束，具有束流強、離子種類多、純度高、電荷態高、引出電壓高以及多孔大面積引出的特點，利用這些離子束可以改善和提高金屬材料表面抗磨損、抗高溫氧化、耐腐蝕和降低表面摩擦系數等性能，也可以改善陶瓷、金剛石表面的焊接性能等，經金屬離子注入處理后的工模具和零部件，使用壽命將大大提高。因此近20年里MEVVA源技術有了快速的發展，是材料表面優化處理的重要技術手段之一，被廣泛的應用于機加工、機器制造、儀器儀表制造等行業，對離子注入材料表面改性研究與應用已經并正在發揮重要的影響。

MEVVA源的工作原理是利用陰極和陽極間的真空弧放電產生大量的金屬等離子體，在電場的作用下被引出而形成的強流金屬離子束。MEVVA源能夠產生元素周期表中從鋰到鈾的所有金屬離子，金屬離子束流強、束斑大，特別適用于科學研究和工業應用。MEVVA源實現強流離子注入，能夠改變材料表面成分及結構，因此種新型的強流金屬離子源問世后很快就被應用于非半導體材料離子注入表面改性，并引起了強流金屬離子注入的一場革命，這種獨特的離子注入機被稱為新一代金屬離子注入機。

MEVVA源技術有點如下：：

(1)對元素周期表上的固體金屬元素(合碳)都能產生10毫安量級的強束流；

(2)離子純度取決于陰極材料的純度，因此可以達到很高的純度，同時可以省去昂貴而復雜的質量分析器；

(3)金屬離子一般有幾個電荷態，這樣可以用較低的引出電壓得到較高的離子能量，而且用一個引出電壓可實現幾種能量的疊加(離子)注入；

MEVVA源技術的缺點：

1、MEVVA要處理大工件時往往是通過掃描系統或者增大陰極尺寸及系統來實現的，使得離子注入機的結構變得更加復雜；

2、為提高處理尺寸，工件一般距離子束出口距離較遠，大大降低了離子束的密度，在同等束流強度的情況下大大減低了陰極的壽命。

發明內容

針對上述問題，本發明基于原有的MEVVA系統，對引出電極以及加速電極重新設計，提出了一種離子源引出-加速電極結構。

本發明實施例的目的之一是通過設計離子源引出-加速結構有效地對離子束流進行調控，實現能處理更寬工件的長條形束斑，同時能夠大幅提高陰極壽命。

進一步來講，離子源引出-加速結構包括：長條形的引出電極，以及梯形截面的加速電極；

在一些實施例中，引出電極包括：引出電極孔為長條形，相鄰兩長條形引出孔間距為1.2-2.0mm，長條形引出電極孔尺寸為(1.5-2.5mm)×(80-100mm)；引出電極厚2-5mm；