本發(fā)明涉及離子源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚焦式陽極層離子源裝置。

背景技術(shù)：

線性離子源最早是俄羅斯研究人員研制成功的，上世紀(jì)90年代美國AE公司獲得了該項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)原理，對(duì)其進(jìn)行了深入研究和產(chǎn)品開發(fā)，不但使線性離子源在工作性能上得到了極大的提高，而且還推出了多個(gè)系列的改進(jìn)型產(chǎn)品，如基本型、多單元型和線性離子源等。該類離子源在基底的離子束刻蝕清洗、輔助薄膜沉積和直接薄膜沉積方面，取得了巨大成功。但該類離子源產(chǎn)生的離子束是平行的，當(dāng)需要聚焦離子束時(shí)，該類離子源無能為力，同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中，離子源裝置通常僅采用單水冷的方式對(duì)裝置進(jìn)行降溫，降溫效果有限，極大影響離子源壽命及有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦離子束的聚焦式陽極層離子源裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn)：

一種聚焦式陽極層離子源裝置，包括殼體，在所述殼體內(nèi)間隔相對(duì)設(shè)置有陽極環(huán)與陰極環(huán)，在所述殼體上還固定設(shè)置有進(jìn)氣管，所述陽極環(huán)與所述陰極環(huán)表面均為圓錐面，所述陰極環(huán)包括外陰極環(huán)與內(nèi)陰極環(huán)，所述外陰極環(huán)與所述內(nèi)陰極環(huán)設(shè)置在同一圓錐面內(nèi)，所述陽極環(huán)表面錐面與所述陰極環(huán)表面錐面相互平行。

進(jìn)一步地，所述外陰極環(huán)與所述內(nèi)陰極環(huán)之間設(shè)置有環(huán)狀空間，所述陽極環(huán)與所述環(huán)狀空間位置相對(duì)。

進(jìn)一步地，在所述陰極環(huán)一側(cè)設(shè)置有磁鋼，還包括水冷系統(tǒng)，所述水冷系統(tǒng)對(duì)殼體、陽極環(huán)與磁鋼進(jìn)行冷卻。

進(jìn)一步地，所述水冷系統(tǒng)包括第一水冷系統(tǒng)、第二水冷系統(tǒng)與第三水冷系統(tǒng)，所述第一水冷系統(tǒng)設(shè)置在所述殼體外側(cè)，所述第二水冷系統(tǒng)與所述陽極環(huán)連接，所述第三水冷系統(tǒng)設(shè)置在所述磁鋼周圍。

進(jìn)一步地，所述所述第二水冷系統(tǒng)包括陽極水冷進(jìn)水管與陽極水冷出水管，所述陽極水冷進(jìn)水管與所述陽極水冷出水管通過絕緣套管固定在所述殼體上，并與所述陽極環(huán)固定連接。

進(jìn)一步地，所述第三水冷系統(tǒng)包括固定在殼體上的磁鋼水冷進(jìn)水管與磁鋼水冷出水管，在所述磁鋼周圍，還設(shè)置有水冷空間，所述磁鋼水冷進(jìn)水管、水冷空間以及磁鋼水冷出水管均連通設(shè)置。

進(jìn)一步地，還包括磁軛，所述磁軛設(shè)置在所述內(nèi)陰極環(huán)與所述磁鋼之間。

進(jìn)一步地，還包括蓋碗件，所述蓋碗件將所述內(nèi)陰極環(huán)固定在所述殼體上，并與所述內(nèi)陰極環(huán)形成氣體緩沖空間，所述進(jìn)氣管與所述氣體緩沖空間連通設(shè)置。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚焦式陽極層離子源裝置，其特征在于：還包括卡箍，所述卡箍將所述外陰極環(huán)固定在所述外殼上。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚焦式陽極層離子源裝置，其特征在于：所述陽極環(huán)與所述陰極環(huán)的圓錐面錐度均為150°。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所公開的聚焦式陽極層離子源裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，將陽極環(huán)與陰極環(huán)均設(shè)置為平行的圓錐面，使產(chǎn)生的離子束向軸心方向聚焦，在聚焦點(diǎn)以遠(yuǎn)的距離范圍形成截面為實(shí)心圓的離子束，束流密度集中且截面均勻性好。可有效改善離子束加工、加熱、清洗、刻蝕、濺射和離子注入等工藝過程的束流密度精準(zhǔn)性。同時(shí)，多組水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠有效避免內(nèi)陰極環(huán)由于水冷不充分導(dǎo)致經(jīng)常被嚴(yán)重刻蝕濺射，須定期更換，濺射出來的金屬粉體污染離子源內(nèi)部絕緣，造成離子源發(fā)生短路故障等問題的發(fā)生，本裝置水冷系統(tǒng)對(duì)磁路和內(nèi)陰極環(huán)的冷卻效果明顯，可延長內(nèi)陰極環(huán)的使用壽命，增加離子源連續(xù)高強(qiáng)度工作時(shí)間和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所公開的一種聚焦式陽極層離子源裝置主視剖面圖；

圖2為本發(fā)明所公開的一種聚焦式陽極層離子源裝置右視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種聚焦式陽極層離子源裝置，包括殼體18，殼體18為空心圓柱狀，由鋼Q235-B材料制成，具有導(dǎo)磁作用。在殼體18內(nèi)壁上，設(shè)置有絕緣套5，絕緣套5為聚四氟乙烯材料制成，保證等離子體與殼體18保持絕緣。在殼體18外壁上，沿殼體18外壁周向設(shè)置有第一水冷系統(tǒng)7。第一水冷系統(tǒng)包括進(jìn)水管路27、出水管路28，以及設(shè)置在進(jìn)水管路27與出水管路28之間的與外殼18點(diǎn)焊環(huán)繞固定的水冷管7，第一水冷系統(tǒng)能夠有效保證殼體18的冷卻。

在所述殼體18內(nèi)間隔相對(duì)設(shè)置有陽極環(huán)6與陰極環(huán)，所述陽極環(huán)6與所述陰極環(huán)均為表面為圓錐面的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具體的，陽極環(huán)6由不銹鋼材料制成，與第二水冷系統(tǒng)的水冷管17焊接成一體，第二水冷系統(tǒng)還包括陽極水冷進(jìn)水管1與陽極水冷出水管21，陽極水冷進(jìn)水管1與陽極水冷出水管21與水冷管17連通，并通過殼體18固定設(shè)置。具體的，陽極水冷出水管21與陽極水冷進(jìn)水管1與殼體18之間，還設(shè)置有絕緣管道，所述絕緣管套包括絕緣管內(nèi)套4與絕緣管外套20，在絕緣管內(nèi)套4與絕緣管外套20之間設(shè)置有密封圈19。絕緣管能夠有效保證陽極水冷進(jìn)水管1與陽極水冷出水管21與殼體18保持絕緣。

所述陰極環(huán)包括外陰極環(huán)10與內(nèi)陰極環(huán)11，所述外陰極環(huán)10與所述內(nèi)陰極環(huán)11設(shè)置在同一圓錐面內(nèi)，所述陽極環(huán)6表面錐面與所述陰極環(huán)表面錐面相互平行，所述陽極環(huán)6與所述陰極環(huán)的圓錐面錐度均為150°。所述外陰極環(huán)10與所述內(nèi)陰極環(huán)11之間設(shè)置有環(huán)狀空間16，所述陽極環(huán)6與所述環(huán)狀空間16位置相對(duì)。外陰極環(huán)10通過卡箍9固定在殼體18上。

在殼體18內(nèi)，還設(shè)置有磁鋼15，由釤鈷或釹鐵硼材料，能夠產(chǎn)生磁勢和磁力線。磁鋼15設(shè)置在陰極環(huán)一側(cè)，并與陽極環(huán)6處于同一側(cè)，在磁鋼與內(nèi)陰極環(huán)11之間，還設(shè)置有磁軛13，由鋼Q235-B材料制成，起到導(dǎo)磁作用。

導(dǎo)氣管23設(shè)置在殼體18軸線位置，并貫穿殼體18、磁鋼15、磁軛13以及內(nèi)陰極環(huán)11，并在內(nèi)陰極環(huán)11的另一側(cè)與蓋碗件12通過螺母和墊圈14固定連接設(shè)置。蓋碗件12將內(nèi)陰極環(huán)11固定在殼體18上，同時(shí)，在蓋碗件12與內(nèi)陰極環(huán)11之間形成一個(gè)通入氣體的緩沖空間，導(dǎo)氣管23與蓋碗件12的緩沖空間連通，緩沖空間使離子源內(nèi)的氣體分布更為均勻。

第三水冷系統(tǒng)包括固定在殼體18上的磁鋼水冷進(jìn)水管22與磁鋼水冷出水管25，在所述磁鋼15周圍，還設(shè)置有水冷空間24，所述磁鋼水冷進(jìn)水管22、水冷空間24以及磁鋼水冷出水管25均連通設(shè)置。如圖所示，第三水冷系統(tǒng)的水冷通路距離內(nèi)陰極環(huán)11的熱傳導(dǎo)距離很近，對(duì)磁路和內(nèi)陰極環(huán)11的冷卻效果明顯，可延長內(nèi)陰極環(huán)11的使用壽命，增加離子源連續(xù)高強(qiáng)度工作時(shí)間和可靠性。

下面對(duì)本發(fā)明所公開的聚焦式陽極層離子源裝置生產(chǎn)聚焦離子束的過程進(jìn)行介紹：

(1) 化學(xué)清洗：首先將聚焦離子源裝置拆解，采用棉布蘸丙酮/乙醇對(duì)離子源各個(gè)部件表面進(jìn)行多遍擦洗，直到綢布顏色不再發(fā)生明顯變化為止，然后將其放置于超聲清洗裝置中，用丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑對(duì)其超聲清洗，待自然風(fēng)干后裝配聚焦離子源。

(2) 工作環(huán)境準(zhǔn)備：由于聚焦離子源的工作環(huán)境須在真空環(huán)境下工作，因此將其裝配在真空室后，準(zhǔn)備預(yù)真空。

(3) 通入工作氣體：根據(jù)工作需要的聚焦離子束種類，通過進(jìn)氣管23通入相應(yīng)的氣體，保持真空室氣壓在5.0×10-3Pa~1.0×10-1Pa為宜，具體根據(jù)實(shí)際使用需求調(diào)節(jié)。

(4) 通入水冷：在離子源工作之前，通過第一水冷系統(tǒng)、第二水冷系統(tǒng)以及第三水冷系統(tǒng)通水，保證離子源低溫工作。

(5)產(chǎn)生聚焦離子束：給陽極環(huán)6和外陰極環(huán)10，內(nèi)陰極環(huán)11加壓，則離子束從外陰極環(huán)10和內(nèi)陰極環(huán)11之間引出，形成聚焦離子束。

本裝置的陽極環(huán)6、內(nèi)陰極環(huán)11和外陰極環(huán)10均設(shè)計(jì)為圓錐面結(jié)構(gòu)，這些圓環(huán)的端面是向內(nèi)凹的圓錐面，錐角約150度，產(chǎn)生的離子束向軸心方向聚焦，在聚焦點(diǎn)以遠(yuǎn)的距離范圍形成截面為實(shí)心圓的離子束，束流密度集中且截面均勻性好?？筛纳齐x子束加工、加熱、清洗、刻蝕、濺射和離子注入等工藝過程的束流密度精準(zhǔn)性。

本裝置增加了離子源內(nèi)部磁鋼周圍的水冷通路設(shè)計(jì)，避免了普通陽極層離子源的內(nèi)陰極環(huán)由于冷卻不充分，經(jīng)常被嚴(yán)重刻蝕濺射，須定期更換，濺射出來的金屬粉體污染離子源內(nèi)部絕緣，造成離子源發(fā)生短路故障等諸多缺陷能夠有效保證對(duì)磁路和內(nèi)陰極環(huán)的冷卻效果，延長內(nèi)陰極環(huán)11的使用壽命，增加離子源連續(xù)高強(qiáng)度工作時(shí)間和可靠性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。