[發明專利]一種射頻粒子源

有效

• 申請號: 202010155159.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111385956B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 袁學松;朱昀澤;鄢揚;傅文杰;李海龍;王彬;蒙林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01J27/18
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明涉及粒子束產生與中和技術領域，具體提供一種射頻粒子源，包括：射頻信號源、阻抗匹配網絡、射頻線圈、射頻放電腔以及柵網系統，其中，柵網系統包括內層柵網和外層柵網；通過內層柵網和外層柵網電壓調節可以分別實現產生離子束、電子束、或者電子束與離子束同時產生并中和形成中性粒子束；同時，通過調節柵網距離和柵網電極電壓控制抽取束流正負電荷電荷密度和粒子運動速度從而實現束流粒子密度，速度和電荷可調。另外，本發明無需傳統離子源需要使用的外加陰極以及相應電極來中和粒子束，極大程度降低射頻離子源設備的復雜性，避免了陰極高溫及濺射對離子源壽命的影響，保證束流產生效果的穩定。

技術領域

本發明涉及粒子束產生與中和技術領域，更具體地，涉及一種射頻粒子源。

背景技術

射頻等離子體是利用射頻能量產生位移電流，使氣體發生電離，形成等離子體。傳統的射頻離子源可以產生射頻等離子體并從電離的等離子體中抽取離子束流。射頻離子源在材料鍍膜、核聚變、航空推經等領域都有廣泛的使用。射頻離子源中和器向離子源束流發射電子，中和離子束流的電荷，避免束流電荷積累，是射頻離子源的重要組件。

傳統的射頻離子源中和器采用外加電極的熱陰極發射電子，為了克服電子逸出功，陰極常需要很高的工作溫度，高溫會導致陰極熱損耗加大，發射效率下降，同時由于帶電粒子轟擊，陰極溫度還會進一步升高；同時，等離子體加工采用的鎢絲陰極壽命僅有約200小時，陰極的使用壽命也極大影響了等離子體源的壽命。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種無需中和器的射頻粒子源，射頻粒子源可以當作傳統離子源產生中性粒子束，也可以單獨產生電子束或離子束，并且可以調整產生的粒子束電荷量以及粒子密度，同時在產生中性粒子束時無需使用傳統離子源需要使用的外加陰極以及相應電極來中和粒子束，極大程度降低射頻離子源設備的復雜性，避免了陰極高溫及濺射對離子源壽命的影響，保證束流產生效果的穩定。

為達上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種射頻粒子源，包括：射頻信號源、阻抗匹配網絡、射頻線圈、射頻放電腔以及柵網系統；所述射頻信號源通過阻抗匹配網絡與射頻線圈130連接，所述射頻線圈纏繞于射頻放電腔110外側壁，所述射頻放電腔的底部設置進氣通道111、頂部設置柵網系統；其特征在于，所述柵網系統包括：內層柵網、外層柵網及絕緣隔離圈180，所述內層柵網設置于絕緣隔離圈內側，所述外層柵網設置于絕緣隔離圈外側；所述外層柵網包括：外層屏柵140、外層加速柵150，所述外層屏柵140連接于射頻放電腔110的頂部，所述外層加速柵150位于外層屏柵140上方、且兩者之間設置絕緣墊圈170；所述內層柵網包括：內層加速柵190、內層屏柵200，所述內層加速柵190位于內層屏柵200上方。

進一步的，所述絕緣隔離圈180連接位于外層屏柵140下方的接線管112、113，且絕緣隔離圈180內具有走線通道；所述接線管與絕緣隔離圈180內走線通道共同形成內層柵網傳輸線通道，所述內層加速柵190、內層屏柵200分別通過傳輸線與內層加速柵電極、內層屏柵電極連接，所述內層屏柵電極與內層加速柵電極間隔180°設置；所述外層屏柵140、外層加速柵150分別通過連接片與外層屏柵電極、外層加速柵電極連接，所述外層屏柵電極與外層加速柵電極間隔180°設置；所述內層屏柵電極、內層加速柵電極、外層屏柵電極、外層加速柵電極相互間隔90°設置。

更進一步的，所述絕緣隔離圈180內還設置有屏蔽層182，所述內層柵網傳輸線采用帶傳輸線屏蔽網的傳輸線，所述屏蔽層182與傳輸線屏蔽網相連，可以屏蔽外層柵網和內層柵網之間電勢的影響；傳輸線屏蔽網可以防止電流通過傳輸線時電流產生磁場影響放電腔內等離子體內帶點粒子運動軌跡，減少轟擊在放電腔壁或者柵網上的粒子，保證束流抽取效果的同時增強了粒子源的使用壽命。