專利名稱：離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在用于注入離子或離子摻雜的裝置使用的，在導(dǎo)入原料氣的等離子體生成容器內(nèi)具有放出熱電子用的長絲的離子源。具體地說，涉及抑制原料氣中所含元素造成長絲的劣化、用于延長長絲壽命的離子源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的這種離子源的例子和電源一同示于圖3。所述離子源的結(jié)構(gòu)是在導(dǎo)入原料氣4的等離子體生成容器2內(nèi)，采用兩個(gè)導(dǎo)電端子，用其端部12b把U字狀放出熱電子用的長絲12加以支撐。各導(dǎo)電端子8和所述等離子體生成容器2之間，用絕緣物10加以絕緣。在所述等離子體生成容器2的開口部附近設(shè)置電極系14，其在電場(chǎng)作用下，從等離子體生成容器2內(nèi)的等離子體6引出離子束16。長絲12，通常由高熔點(diǎn)金屬制成。例如，由鎢或鎢合金等鎢系材料制成。
原料氣4是含有從作為離子束16的離子源引出的元素的氣體。例如是硼或硼的化合物(即，硼化物)。例如，含B2H6、BF3等硼素的氣體。還有，在本申請(qǐng)中，“氣體”使用的是包括蒸氣在內(nèi)的廣義氣體。下面對(duì)該離子源的工作實(shí)例加以說明。在往排至真空的等離子體生成容器2內(nèi)導(dǎo)入原料氣4的同時(shí)采用長絲電源18使電流流至長絲12。在高溫加熱長絲12的同時(shí)，在長絲12的一端和等離子體生成容器2之間施加來自電孤電源20的電孤放電電壓。從長絲12放出的熱電子在對(duì)著等離子體生成容器2的加速空間內(nèi)與原料氣4碰撞。所述熱電子碰撞的原料氣4電離，在等離子體生成容器2內(nèi)生成原料氣4的等離子體6。而且，從所述等離子體6，通過上述引出電極系14，把離子束16引出。原料氣4的硼或硼化物，含硼的離子束16引出。
在上述離子源中，伴隨著其運(yùn)行(更具體地說，伴隨著等離子體6的生成)，在與各導(dǎo)電端子8的等離子體6接觸部分(a)及在長絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近(b)，如圖3所示，構(gòu)成原料氣4的元素5(例如硼)發(fā)生堆集。該堆集的元素5其大部分為固相。在長絲側(cè)的先端部分上述堆集的元素5為液相。
作為上述元素5以硼為例對(duì)其加以詳細(xì)說明。長絲12的熱通過導(dǎo)電端子8散失。從而，在長絲12先端附近12a溫度最高(例如3000C°以上)形成由此向兩導(dǎo)電端子8溫度降低的溫度梯度。而且，在長絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近構(gòu)成原料氣4的硼(5)存在達(dá)到液相存在溫度的部分13。在該部分13溫度達(dá)到硼的熔點(diǎn)(2080C°)附近。從該部分13至長絲的先端一側(cè)溫度比硼的熔點(diǎn)高。特別是，在長絲的先端附近12a溫度遠(yuǎn)比硼熔點(diǎn)高，所以硼不發(fā)生堆集。與長絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近的上述部分13相比，在導(dǎo)電端子8一側(cè)由于其溫度比硼的熔點(diǎn)低，所以硼以固相堆集。
在上述部分13硼為液相。所述液相的硼滲透到長絲12的組織內(nèi)(換言之，侵入)，使長絲12劣化。因此，長絲12的壽命縮短。還有，在從上述部分13到導(dǎo)電端子8一側(cè)的部分硼以固相堆集。從而，硼向長絲12進(jìn)行滲透，長絲不發(fā)生劣化。液相硼附著在長絲上是本申請(qǐng)必須解決的問題。如上所述，由于構(gòu)成原料氣4的元素5以液相附著在長絲12上，元素5滲透至長絲12的組織內(nèi)。由此引起長絲12的劣化問題在作為上述元素5的硼和作為長絲12材料的鎢系材料組合時(shí)特別大，在其他的組合場(chǎng)合也存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是把原料氣中所含元素滲透至長絲組織內(nèi)對(duì)長絲劣化加以抑制，從而延長長絲的壽命。
本發(fā)明的離子源，是所述長絲的一部分，具有至少使在構(gòu)成上述原料氣的元素存在于液相溫度的部分的周圍與長絲之間空開間隙并覆蓋的覆蓋部件。
原料氣例如是含硼的氣體。此時(shí)在上述原料氣中所含的元素是硼。長絲例如由鎢系材料制成。
按照上述構(gòu)成，構(gòu)成原料氣的元素(例如硼)在達(dá)到以液相存在的溫度的部分周圍，由于至少由覆蓋部件覆蓋，所以，該覆蓋部件變成障礙，在等離子體生成容器內(nèi)生成的等離子體中的上述元素難以到成為上述液相溫度的部分，在其上難以附著。結(jié)果，由于可以減少以液相在長絲上附著的上述元素，所以該元素滲透至長絲組織內(nèi)，可以抑制長絲的劣化，使長絲的壽命延長。


圖1是一同表示本發(fā)明涉及的離子源之一例和電源的示意剖面圖；圖2是表示圖1中覆蓋部件22附近的更詳細(xì)的放大圖；圖3是一起表示現(xiàn)有的這種離子源的一例和電源的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是一起表示本發(fā)明涉及的離子源之一例和電源的示意剖面圖。
與圖3中示出的現(xiàn)有例相同或相當(dāng)?shù)牟糠植捎孟嗤姆?hào)。下面，主要對(duì)與該現(xiàn)有例的不同點(diǎn)加以說明。這里，主要對(duì)原料氣4為含上述硼素的氣體、長絲12為由上述鎢系材料制成的實(shí)例加以說明。
在該離子源中，從分別支撐上述長絲12兩端部12b的各導(dǎo)電端子8的先端，到該先端附近的構(gòu)成原料氣4的元素(硼)5達(dá)到液相存在溫度(換言之，硼熔點(diǎn)附近的溫度)的上述部分13(圖中以圓包圍的部分)以及從該部分到稍前的部分的長絲12，與該長絲12之間空開間隙，并具有分別覆蓋的兩個(gè)覆蓋部件22。在該例中，各覆蓋部件22不僅圍繞上述部分13的周圍，而且構(gòu)成上述長結(jié)構(gòu)的理由將在下面加以介紹。
各覆蓋部件22在與長絲12之間空開間隙加以覆蓋時(shí)，假定當(dāng)各覆蓋部件22接觸長絲12時(shí)，通過該覆蓋部件22使長絲12的熱散失，所以與只延長各導(dǎo)電端子8沒有很大差別，上述部分13從各覆蓋部件22的先端更向前方移動(dòng)，用該覆蓋部件22覆蓋該部分13變得困難。
各覆蓋部件22為筒狀，更具體的為圓筒狀。各覆蓋部件22采用可承受長絲12加熱的材質(zhì)。例如，各覆蓋部件22最好采用熔點(diǎn)比長絲12加熱的最高溫度高的金屬。作為這種金屬之一例可以舉出鎢?；蛘撸部捎锰沾傻冉^緣物形成。各覆蓋部件22既可以用電導(dǎo)體制造也可用絕緣體制造。
按這種離子源，至少構(gòu)成原料氣4的硼(5)達(dá)到以液相存在溫度的部分13的周圍由覆蓋部件22覆蓋。從而，該覆蓋部件22成為障礙，在等離子體生成容器2內(nèi)生成的等離子體6中的硼，難以到達(dá)處于上述液相溫度的部分13，難以在其上附著。結(jié)果可以明顯減少以液相附著在長絲12上的硼。
若詳細(xì)介紹，等離子體6中的硼(5)，如圖1所示，在與各導(dǎo)電端子8的等離子體6的接觸部分以及各覆蓋部件22的外面，由于溫度低而以固相堆集。然而，在各覆蓋部件22中，只有通過與長絲22之間的間隙的通路，所以等離子體6中的硼難以進(jìn)入。另外，硼幾乎不能到達(dá)處于覆蓋部件22深處的上述部分13。因此，覆蓋部件22不僅在上述部分13的周圍，而如該實(shí)施例那樣，最好做成長度從上述部分13至某種程度的前面的部分圍繞。另外，覆蓋部件22的內(nèi)壁和長絲12之間的間隙最好例如達(dá)到1ˉ2mm左右。
另外，各導(dǎo)電端子8的前端和覆蓋部件22之間也可分離，但是這樣一來通過兩者8、22之間的空間硼易于到達(dá)上述部分13，所以最好像該實(shí)施例那樣，連接兩者8、22，使在兩者8、22之間不產(chǎn)生空間。這樣由于可以用各導(dǎo)電端子8支撐各覆蓋部件22，所以各覆蓋部件22的支撐也變得容易。
在這種離子源，通過上述作用可以減少以液相附著在長絲12上的硼。從而，該硼滲透至長絲12的組織內(nèi)可以抑制長絲12的劣化，延長長絲12的壽命。結(jié)果在延長離子源的保守循環(huán)的同時(shí)，可以提高離子源性能的穩(wěn)定性。進(jìn)而，可以降低采用該離子源的離子注入及用于離子摻雜的裝置等的運(yùn)行成本及提高性能穩(wěn)定性。
圖2示出圖1中覆蓋部件22附近的更詳細(xì)的放大圖。在該例中，在導(dǎo)電端子8的前端部分形成把長絲12的端部12b加以固定并保持的突起部9，其外周部制成陽螺紋。9a是裂縫(裂紋)。在該突起部9上螺合，把固定長絲12的螺母24和圓筒狀的上述覆蓋部件22形成整體。
導(dǎo)電端子8(包括突起部9)的材質(zhì)是鉬，覆蓋部件22及螺母24的材質(zhì)是鉭，長絲12的材質(zhì)是鎢。突起部9和螺母24用不同種金屬以防止燒結(jié)。所用的的原料氣24，例如是含有B2H6、BF3等硼化物的氣體。
在該例中，硼達(dá)到以液相存在溫度的部分13的中心和突起部9的先端之間的距離L1約為2mm。但是，該距離L1，根據(jù)長絲12的加熱溫度及支撐結(jié)構(gòu)有時(shí)也在2mm上下。覆蓋部件22的長度約為15mm。正確地說，突起部9的先端和覆蓋部件22的先端之間的距離L2約為15mm。但是，該距離L2達(dá)到10ˉ20mm左右也可。長絲12的直徑D1為1mm。覆蓋部件2的內(nèi)徑D2為4mm，也可以3mm左右。
不具有上述覆蓋部件22的是現(xiàn)有離子源，此時(shí)長絲12發(fā)生折彎(或折斷)的壽命為約30ˉ50小時(shí)。反之，設(shè)置圖2所示覆蓋部件22的本發(fā)明離子源，長絲12的壽命約300小時(shí)，是現(xiàn)有離子源的5ˉ10倍，長絲12的壽命顯著延長。
還有，原料氣4的種類及長絲12的材質(zhì)等也可以是上述例子以外的材質(zhì)。另外，長絲12的形狀也可以是上述例子以外的形狀。例如，也可以作成把直線狀長絲12的兩端部用導(dǎo)電端子8分別固定的結(jié)構(gòu)等。按照本發(fā)明，由于具有上述覆蓋部件，構(gòu)成原料氣的元素滲透至長絲組織內(nèi)，可以抑制長絲的劣化，延長長絲的壽命。
權(quán)利要求
1.一種離子源，其特征在于，具有導(dǎo)入原料氣的等離子體生成容器，在上述等離子體生成容器內(nèi)，具有用于向所述等離子體生成容器導(dǎo)入電流的端子及由該端子支撐的放出熱電子用的長絲，還具有，至少在使上述原料氣中所含的元素達(dá)到液相存在溫度的上述長絲部分周圍，與上述長絲之間空開規(guī)定的間隙覆蓋長絲的覆蓋部件。
2.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述長絲是由鎢系材料制造的。
3.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述原料氣是至少含有硼的原料氣。
4.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述原料氣是至少含有硼的原料氣。
5.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述端子還具有突起部，其具有用于在所述端子的前端部固定長絲端部的裂縫，在該突起部的外周面形成陽螺紋，另外，所述覆蓋部件與螺合在上述突起部的螺母部形成整體。
6.如權(quán)利要求5所述的離子源，所述端子是由鉬制成的。
7.如權(quán)利要求5所述的離子源，所述覆蓋部件是由鉭制成的，所述長絲是由鎢制成的。
全文摘要
一種離子源，其是長絲12的一部分，其具有覆蓋部件22，該覆蓋部件22把至少在構(gòu)成原料氣4的元素5(例如硼)達(dá)到液相存在溫度的部分13的周圍與長絲12之間空開間隙并加以包圍。
文檔編號(hào)H01J27/02GK1453818SQ0312323
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月23日
發(fā)明者前野修一 申請(qǐng)人:日新電機(jī)株式會(huì)社