[發(fā)明專利]高能量離子源

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011080535.6
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112086330A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 郭方準;石曉倩;朱美強
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: H01J3/04
• 分類號: H01J3/04;H01J3/18;H01J3/08;H01J3/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發(fā)明提供一種高能量離子源。本發(fā)明涉及超高真空設備開發(fā)領域。高能量離子源主要由離子聚焦機構、離子產生與引導機構、電子發(fā)射機構、氬氣進入機構和角度可調機構組成。在這個核心構造里要產生氬離子，并完成對離子的加速和聚焦。本發(fā)明的離子產生與引導機構是由引出上覆蓋柵網(wǎng)構成，該引導孔相對于氬離子處于負電壓，電壓值在數(shù)百至數(shù)千伏特之間可調。離子引導孔不僅可以加速氬離子，也可以約束離子束流的指向；本發(fā)明的離子聚焦機構采用三個互相絕緣的靜電透鏡，通過調節(jié)中間透鏡可變電阻來調節(jié)離子束，進行進一步的約束；本發(fā)明的角度可調機構采用還可保證進氣管與進氣孔同軸心調形成團簇原子。本發(fā)明能夠很好地約束離子束流的指向。

技術領域

本發(fā)明涉及產生、發(fā)射和聚焦氬離子的裝置，尤其涉及種高能量離子源。

背景技術

固體表面的原子由于失去了本體原子的排列周期性，會表現(xiàn)出一系列不同的物理和化學性質。表面科學的研究內容主要包括表面狀態(tài)、表面擴散、表面重建、表面聲子、表面等離子激元、電子的發(fā)射和隧道效應、自旋電子、以及自組裝和納米結構等。獲得和控制表面原子精度的構造，是表面科學的基礎，也是納米科技的前提。典型的表面處理手段有解離、退火和離子濺射，而退火和離子濺射幾乎是表面分析儀器的標準配置。退火相對簡單，只要能實現(xiàn)精準的溫度控制即可。離子濺射需要通過離子槍來實現(xiàn)，離子槍將質量大且不活性的氬(Ar)原子離子化后加速到數(shù)千電子伏特，聚焦照射到樣品表面，用于樣品的表面清潔處理、表面刻蝕或深度分析，是表面分析和納米科技裝置中的重要構成之一，但是現(xiàn)有的離子設備離子束聚焦程度偏低，實驗效果不佳。

發(fā)明內容

根據(jù)上述提出的技術問題，而提供一種結構簡單、使用壽命長、束流方向可調、耐高溫烘烤和使用方便的高能量離子源。本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種高能量離子源，包括離子聚焦機構、離子產生與引導機構、電子發(fā)射機構和氬氣進入機構，所述氬氣進入機構的輸出端與準備腔室相連，所述氬氣進入機構用于將氬氣采用脈沖方式通入到準備腔室中，所述準備腔室的上方通過第二進氣孔與電子發(fā)射機構相連，所述電子發(fā)射機構包括離子發(fā)生網(wǎng)和用于通電釋放出熱電子的燈絲，所述電子發(fā)射機構用于通過燈絲與離子發(fā)生網(wǎng)之間存在的電位差將電子束縛在離子發(fā)生網(wǎng)內部，所述離子產生與引導機構包括設置于所述電子發(fā)射機構輸出端的引出極，其相對于氬離子處于負電壓，所述離子產生與引導機構的輸出端與離子聚焦機構相連，所述離子聚焦機構包括聚焦透鏡，其用于對經過電子發(fā)射機構、離子產生與引導機構的離子束進一步約束。

進一步地，所述燈絲包括直徑為0.125mm的鉭絲，處于負高壓，兩端與燈絲桿相連。

進一步地，燈絲為兩根，共同使用一個公用電極。

進一步地，所述離子發(fā)生網(wǎng)為不銹鋼柵網(wǎng)，圍成一個圓柱形狀，離子發(fā)生網(wǎng)對于燈絲處于正電位，電壓值在數(shù)百至數(shù)千伏特之間可調。

進一步地，電子發(fā)射機構的輸入端、輸出端均安裝有法蘭，所述第二進氣孔與法蘭連接，法蘭的外側套接有外罩。

進一步地，所述引出極為外罩前端的離子引導孔上覆蓋的柵網(wǎng)，其與聚焦透鏡相鄰。

進一步地，所述聚焦透鏡包括第一圓筒電極、第二圓筒電極和第三圓筒電極構成，相鄰圓筒電極之間設有絕緣片，聚焦透鏡的外側設有絕緣外罩，所述第二圓筒電極處于正電壓，其可以通過電壓改變電阻進行調節(jié)離子束，第一圓筒電極和第三圓筒電極接地處于零電位。

進一步地，還包括角度可調機構，所述角度調節(jié)機構用于將第一進氣孔和第二進氣孔調整為同軸。

進一步地，高能量離子源選用的材料為304不銹鋼和聚四氟乙烯。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、引出極是在外罩的前端離子引導孔上覆蓋柵網(wǎng)，相對于氬離子處于負電壓，氬離子被聚焦透鏡吸引飛出引出極，部分被引出極捕捉，大部分穿過引出極噴射出去，引出極不僅可以加速氬離子，也可以約束離子束流的指向；