CN101147227A - 离子源中的阴极和反阴极装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适合于离子注入机(10)的离子源(14)，其包括阴极(20)和反阴极(44)。典型的，离子源保持在真空下并使用弧室(16)中产生的等离子体制造离子。从弧室提取等离子体离子，之后将其注入到半导体晶片(12)中。根据本发明的离子源进一步包括发射电子到弧室中的阴极(40)；安置在弧室使得由此阴极发射的电子是入射在其上的电极(44)；用于给该电极加偏压的一个或一个以上的电压电位源(76)；和电压电位调节器(82)，其可操作用于在正向偏压电极从而作为阳极的电压电位源和负向偏压电极从而作为反阴极的电压电位源之间转换。

Description

离子源中的阴极和反阴极装置

发明领域

【0001】本发明涉及适合于离子注入机的离子源，其包括阴极和反阴极。

背景技术

【0002】本发明的预期应用是在离子注入机中，其可用于半导体器件或其他材料的加工，也可用于许多其他应用。在这样的应用中，通过将期望掺杂种类的原子注入到晶片体中以形成改变传导率的区域，半导体晶片得到改进。普通掺杂剂的例子为硼、磷、砷和锑。

【0003】典型的，离子注入机包括在真空室内在真空下保持的离子源。离子源使用在弧室内部产生的等离子体制造离子。从弧室中提取等离子体离子，且以“离子雨”模式，离子移动从而注入到比如半导体晶片的目标中。替代地，提取出的离子可通过质量分析台，这样可选择期望质量和能量的离子向前移动以注入到半导体晶片中。在美国专利第4,754,200号中可找到关于离子注入机的更详细的描述。

【0004】在典型的Bemas类型源中，在来自阴极的电场影响下，热电子被发射并加速，且受磁场束缚从而沿螺旋路径朝反阴极行进。弧室中和前体气体分子的相互作用制造了期望的等离子体。

【0005】在一个已知的装置中，反阴极与阴极连接，由此它们处于共同的电位(美国专利第5,517,077号和第5,977,552号)。反阴极是负向偏压的，这样它将排斥从阴极移动的电子，增加跨过离子源的螺旋路径数量，由此增加了弧室中的电离效率。

【0006】在另一个公知的装置中，反阴极被电气隔离，这样它将浮动以靠近等离子体的电位(美国专利第5,703,372号)。

【0007】注入机的质量分析台通过控制磁场来操作，以允许选择期望质量的离子(通过其动量或质量与电荷状态的比)并拒绝不需要的离子(在此意义上它们在磁场中遵循不同路径)。

【0008】在掺杂硼的例子中，例如一般使用BF₃作为前体气体。弧室中的电离导致产生典型包含B⁺、F⁺、BF⁺和BF₂ ⁺离子的等离子体。这个离子的混合物被提取并进入到质量分析台，所述质量分析台确保只有优选的B/BF_x种类被传递到半导体晶片。尽管许多注入方法要求注入B⁺离子，但其他方法使用BF₂ ⁺离子。由于BF₂ ⁺离子撞击半导体晶片时分离，所以如一些应用中要求的，以产生较浅掺杂层的减少的能量注入所产生的硼原子。

发明内容

【0009】本发明的目的在于增加离子源操作的灵活性，例如最优化不同种类的注入源或者最优化来自特定供给材料的特殊离子种类的输出，所述不同种类从公共源材料中获得。

【0010】从第一方面，本发明在于用于离子注入机的离子源，其包括：弧室，用于产生和包含等离子体；阴极，用于发射电子到弧室中；安置在弧室中使得由此阴极发射的电子是入射在其上的电极；用于向电极加偏压的一个或一个以上电压电位源；以及电压电位调节器，其可操作用于在给电极正向偏压从而作为阳极的电压电位源和给电极负向偏压从而作为反阴极的电压电位源之间转换。

【0011】“反阴极”看起来并不是一个普遍认可的术语。术语“对阴极”和“反射器”在技术领域内看起来可以作为同义词使用。在下文中将使用术语“反阴极”指代这个电极，且应该相应地解释权利要求中出现的术语“反阴极”。实质上，在弧室的另一边有面对阴极的电极，该电极先前被束缚到阴极电位，或被电气隔离(电隔离)以允许其漂移到等离子体电位附近。

【0012】使用本发明提供的装置，在阴极和反阴极之间撞击弧，其中反阴极充当阳极。此外，反阴极上的被正向偏压的电位吸引阴极发射的电子，由此它们移动到反阴极，在此处被收集起来。因此，电子仅横穿弧室一次(假定使用有相对的阴极和反阴极的传统装置)。与有被负向偏压的阴极和反阴极的现有技术的装置(反射操作模式)相比，电子在弧室中的平均寿命较短。

【0013】在反射操作模式中，反阴极被维持在与阴极相同的电位，这样电子被重复反射。这增加了由阴极发射的电子在弧室中的寿命，以制造更加密集的等离子体，增强了源气体分子的电离和裂化。在新的非反射操作模式中，电子被吸引到正的反阴极，在此处被收集起来。结果，电子在弧室中的寿命变短。

【0014】然而，已经认识到电子寿命变短导致分子裂化降低。例如，如果BF3作为前体气体使用，会产生较少B⁺和BF⁺离子。这意味着尽管在等离子体中产生较少离子，但其中较大部分仍是BF₂ ⁺离子。令人惊讶的是，已经发现减少的裂化在生产较大离子比如BF₂ ⁺时提供足够的增益，以不仅仅补偿全体离子生产中的任何减少。使用BF₃作为前体气体的实验指出BF₂ ⁺离子束电流的增益高达70％(这是从质量分析台射出的BF₂ ⁺离子的测量结果)。

【0015】因此，该新装置的优点在于，注入中使用较大质量的分子离子，比如BF₂ ⁺，而不是较低质量的裂化产品。

【0016】此外，其允许根据需要的注入来选择最适合的操作模式。每一个模式可以根据注入方法来选择，例如，分别更青睐B⁺产品或BF₂ ⁺产品。

【0017】可选的，离子源进一步包括真空室和位于空气中的电压电位调节器。这允许在操作模式之间转换，而不需要将真空腔通风到大气，从而能够使用电压电位调节器。

【0018】当在非反射模式操作时，优选的是给弧室壁加负向偏压以激励电子移动到反阴极。替代地，弧室壁可以是被加正向偏压，或者它们被电气隔离，以允许漂移到等离子体的电位附近。在反射模式中，室壁是被正向偏压而提供阳极以撞击所需的弧。结果，离子源可便利地包含另外的电压电位调节器，其可操作用于给弧室壁加正向或负向偏压。此外，为排除给真空室通风的需要，在空气中有另外的电压电位调节器。

【0019】优选的，离子源进一步用于与电压电位调节器一起操作，另外的电压电位调节器为至少第一和第二离子产生模式设置，这样反阴极被加正向偏压，而弧室壁被加负向偏压，反之亦然。这分别与非反射和反射模式相对应。虽然是可选的，但也是有利的，离子源进一步在第一和第二离子产生模式之间改变，并且通过依次操作电压电位调节器和另外的电压电位调节器而被支持，这样第一转换通常是从负向偏压到正向偏压。这确保了总有可用的阳极，这样弧可继续撞击，由此维持弧室中的等离子体。以这种方式，弧室维持在提高的操作温度。

【0020】可选地，电压电位调节器进一步电气隔离反阴极，其中离子源进一步用来与电压电位调节器一起操作，另外的电压电位调节器设置用于第三离子产生模式，这样反阴极被电气隔离，而弧室壁被正向偏压。

【0021】提供了第三操作(漂移)模式，其中允许反阴极的电位漂移到等离子体设置的电位。这提供了反阴极的电子反射的中间级，因此提供了裂变的中间级。

【0022】可选的，电压电位调节器可以是双路开关，用于在正向偏压反阴极的第一位置和负向偏压反阴极的第二位置之间转换。替代地，电压电位调节器可以是三路开关，用于在正向偏压反阴极的第一位置、负向偏压反阴极的第二位置和电气隔离反阴极的第三位置之间转换。

【0023】可选的，另外的电压电位调节器是在正向偏压所述弧室壁的第一位置、负向偏压所述弧室壁的第二位置之间切换的开关。电压调节器或开关可选地设计为使弧室壁和反阴极处于同样的电位。

【0024】可选的，离子源进一步包括磁体装置，用于在弧室中提供磁场，所述磁场限定了阴极发射的电子的电子路径。此为热电子提供了更长的电子路径长度，否则当在壁处于相对阴极的正电位的模式下操作时，热电子会被直接吸引到邻近的弧室壁。磁场束缚电子沿弧室长度方向通过，在弧室中例如，阴极和反阴极定位在弧室的相对端。

【0025】从第二方面，本发明延展到包含任何上述离子源的离子注入机。可选的，弧室进一步包括出口孔，离子注入机进一步包括提取电极，其可操作用于通过所述出口孔从包含在弧室中的等离子体提取离子，之后传输提取的离子，用于注入到目标中。可选的，离子注入机可以进一步包括质量分析台，其被定位用来接收从所述弧室提取的离子，并且可操作用于在特定能量下传递选定质量和电荷状态的离子，用于注入到目标中。

【0026】从第三方面，本发明在于一种操作离子源的方法，其中所述离子源包括有阴极和反阴极的弧室，所述方法包括：第一，反射操作模式，其包括负向偏压阴极，正向偏压室壁，由此在阴极和室壁之间撞击等离子体，以及负向偏压反阴极以排斥电子；第二，非反射操作模式，其包括负向偏压阴极，正向偏压反阴极，由此在阴极和反阴极之间撞击等离子体。本方法的优选特性在所附的权利要求中被限定。

附图说明

【0027】根据本发明方法和设施的示例将参照附图进行描述，其中

【0028】图1是离子注入机的示意图；

【0029】图2是第一离子源的侧视图；

【0030】图3是第二离子源的侧视图，其包括间接加热的阴极装置；

【0031】图4是有间接加热的阴极装置的离子源的简化图，显示了根据本发明第一实施例的偏压装置；

【0032】图5是有简单丝极装置的离子源的简化图，显示了根据本发明的第二实施例的偏压装置；

【0033】图6对应图4，显示了本发明的第三实施例，其包括设置反阴极电位的三路开关；和

【0034】图7对应图5，显示了本发明的第四实施例，其包括设置反阴极电位的三路开关。

具体实施方式

【0035】为说明本发明，示例应用如图1所示，但应该意识到其仅为本发明的示例性应用而非限制。

【0036】图1显示了向半导体晶片12注入离子的已知离子注入机10，其包含根据本发明的离子源14。在本实施例中，离子由离子源14产生，被提取并通过质量分析台30。期望质量的离子被选择通过质量分解狭缝32，并撞击半导体晶片12。

【0037】离子注入机10包含定位在真空室15内的离子源14，其产生期望种类的离子束。离子源14一般包括弧室16，弧室16包含位于其一端的阴极20。根据现有技术操作离子源14，使弧室16的壁18提供阳极。充分加热阴极20以产生热电子。

【0038】由阴极20发射的热电子被阳极吸引，在本示例中阳极是邻近的室壁18。当热电子横穿弧室16时，其离子化或电离气体分子，由此形成等离子体并产生期望的离子。

【0039】根据现有技术，热电子遵循的路径是被控制的，以防止电子只沿最短路径到室壁18。磁体装置46提供延伸通过弧室16的磁场，这样热电子沿弧室16的长度方向遵循螺旋路径，朝定位在弧室16相对端的反阴极44前进。

【0040】气体供给22用前体气体种类比如BF3填充弧室16。弧室16在真空室15内保持在减小的压力。经过弧室16的热电子电离前体BF₃气体分子，并裂化BF³分子以形成BF₂、BF和B分子和离子。等离子体产生的离子还包含微量污染物离子(例如从室壁材料中产生)。

【0041】来自弧室16中的离子使用负向偏压的提取电极26通过出口孔28被提取。在离子源14和之后的质量分析台30之间通过电源21施加电位差，以加速提取的离子，离子源14和质量分析台30通过绝缘体(未显示)互相电气隔离。然后提取的离子混合物通过质量分析台30，这样它们在磁场的影响下围绕曲线路径通过。任何离子所通过的曲线半径由其质量、电荷状态、能量决定，并且磁场被控制使得对于一规定的束能量，只有那些有期望质荷比和能量的离子沿与质量分解狭缝32相重合的路径出去。出去的离子束之后传输到目标即待注入的衬底晶片12，或者当目标位置没有晶片12时就传输到离子束截止器38。在其他模式中，该束可以通过安置在质量分析台30和目标位置之间的透镜装置来加速或者减速。

【0042】半导体晶片12装在晶片固定器36上，晶片12连续传送到晶片固定器36并从晶片固定器36传送出来以实现连续注入。替代地，当许多晶片12安置在转盘36上(转盘36旋转使晶片12轮流对着入射离子束)时，可使用并行处理。

【0043】图2和3更详细显示了图1离子注入机1 0中可使用的两个已知离子源14：图2对应丝极装置，图3对应间接加热的阴极装置。

【0044】首先参照图2，丝极40作为阴极位于在电子反射器42前面的弧室16的一端。电子反射器42保持在和丝极40同样的负电位，这样它们都是被负向偏压的并排斥电子。在电子反射器42和包括弧室16最里面部分的衬垫56之间有小间隙。这个间隙确保电子反射器42与通常作为阳极的衬垫56电气隔离。这个空隙被最小化，以避免了来自弧室16的前体气体的损耗。反阴极44位于弧室16的远端，也与衬垫56有小隔离以确保电气隔离和最小化气体泄漏。磁体装置46(只在图1中显示)可操作用以提供磁场，该磁场使丝极40发射的电子沿弧室16长度方向按照螺旋路径朝反阴极44前进。弧室16由气体供给22用前体气体种类填充，还可由一个或一个以上加热固体或液体的蒸发器23进行填充。

【0045】丝极40由两个夹具48适当固定，每个都使用绝缘块52连接到离子源14的主体50上。绝缘块52和护罩54一起安装，以阻止从弧室16逃逸的任何气体分子到达绝缘体块。

【0046】很明显，图3很大程度上与图2对应，为简化描述，相同部分将不再描述。另外，相同参考数字用于表示相同部件。

【0047】图2和图3的不同在于弧室16的顶部，其中图3显示间接加热的阴极装置。阴极由管60的端帽58提供，其微微凸出到弧室16中，管60包含加热丝极62。加热丝极62及端帽58保持在不同电位以确保丝极62发射的热电子加速进入到端帽58，管60和弧室16的衬垫56之间留有间隙以维持电气隔离。电子加速进入到端帽58中就传输能量给端帽58，这样端帽充分加热以发射热电子到弧室16。

【0048】本装置是对图3丝极装置的改进，因为通过等离子体的活性离子和离子轰击，丝极40受腐蚀更快。为减轻此问题，间接加热的阴极的加热丝极62容纳在封闭管60内部，这样离子不会接触加热丝极62。

【0049】有新偏压装置的离子源14将参考图4到7进行描述。

【0050】首先看图4，显示了图3的弧室16的简化图，旁边是电源64。虚线框66表示容纳在真空室15内部的元件和位于空气70中的元件之间的分界线。很清楚，位于空气70中的元件可容易地进行调节而不需要破坏真空68。

【0051】从图4可以看到，位于空气70中的一系列三个电源为处于不同电位的离子源14的各种元件提供电流。离子源14包含间接加热的阴极。丝极电源72为间接加热的阴极的丝极62提供相对高的电流。偏压电源74用于相对丝极62正向偏压端帽58，这样丝极62发射的热电子被加速朝向端帽58前进。弧电源76用于通过设置相对于端帽58的高正电位产生阳极，所述端帽撞击等离子体并维持等离子体。

【0052】根据现有技术，离子源14应该以反射模式操作，室壁18被正向偏压以提供阳极，而反阴极44被负向偏压以排斥电子。

【0053】本发明提供新的、非反射操作模式，其中反阴极44被正向偏压使得它充当阳极，室壁18被负向偏压从而排斥电子。所述电位用于引导由端帽58发射的电子，使其传输到反阴极44，在此它们将电路接通。替代地，室壁18可以被正向偏压，或者室壁18可以被电气隔离，这样它们漂移到等离子体设置的电位。

【0054】图4的离子源可以在反射(如图4所示)或非反射操作模式(图4未显示，但只与相反切换的开关82和开关84对应)的任意一个模式中操作。这种灵活性由一对开关82和84激活，所述开关允许在反阴极44和室壁18上施加正偏压或负偏压。

【0055】电连接从反阴极44和室壁18延展，以分别提供到开关82和84的电连接。开关82和84位于空气70中，因此电连接延展通过处于真空/空气界面66的真空供给接口80。在空气70中放置开关82和84，就不需要将真空室15通风到空气中而允许在操作模式之间切换。可以使用分开的供给接口80或者公用的供给接口80。来自丝极电源72和偏压电源74的电连接也通过真空供给接口80。尽管优选的使用单独的供给接口80传送所有这些电连接，但也可使用分开的供给接口80。替代地，开关82、84可以定位在真空室15中。

【0056】开关82是连接反阴极44到一对终端其中之一的两路开关。这些终端电连接到弧电源76的任一侧，由此给反阴极44提供正向和负向偏压。相似装置用于开关84，即开关84通过连接到弧电源76任一侧将室壁18偏压到正或负电位。

【0057】图4显示了在反射模式操作的离子源14。因此，开关82设置到它的负终端，这样反阴极44被负向偏压。开关84设置到它的正终端，这样室壁18被正向偏压。

【0058】对于在新的非反射模式中的操作，图4所示开关82和84的位置是颠倒的，这样反阴极44变成被正向偏压，室壁18变为被负向偏压。当以这种模式操作时，优选是关闭磁体46，或以低电流操作磁体46。

【0059】如下所述，两种模式之间的操作可以不必根除等离子体而转换。从图4说明的反射操作模式开始，开关82首先被切换以正向偏压反阴极44，之后开关84被切换以负向偏压室壁18。由于在阳极和阴极之间总是有足够的电位差，这确保了等离子体被维持。为从非反射操作模式向反射模式转变，开关84首先被切换，以正向偏压室壁18，之后开关82被切换以负向偏压反阴极44。同样的，这也确保了等离子体被维持。

【0060】图5基本与图4对应，所以为简化描述相同部分将不再描述。另外，相同参考数字用于表示相同部件。

【0061】图5说明了类似图4的装置，但其有丝极40而不是间接加热的阴极。图5的离子源14包括位于电子反射器42前面的丝极40。丝极40和电子反射器42在任意时刻经由在真空68中进行的电连接83保持在公共的负电位。此外，不需要单独的偏压电源74，原因是在丝极40和电子反射器42之间没有电位差。相应的，单个弧电源76相对于壁18(或衬垫56)设置电子反射器42和丝极40的电位。

【0062】在其他方面，图5的实施例与图4的实施例对应。相应的，反阴极44和室壁18的电位可以和以前一样被转换，以允许两种操作模式。

【0063】图6基本与图4对应，并且相同部分将不再描述。另外，相同参考数字用于表示相同部件。图6与图4的不同在于两路开关82以三路开关82′替代。开关82′有相同的正和负终端，以允许反阴极44既被正向偏压又被负向偏压。然而，提供的第三终端仅用于电气隔离反阴极44。这个漂移操作只在室壁18为正时使用。离子源14被配置用于漂移操作模式。这个漂移操作模式提供中间的电子寿命，其中电子不再象当反阴极44保持为负时那样被反阴极44强烈反射，但是相对于反阴极44保持为正时反射更多。

【0064】当反阴极44的电位保持为负时，由于弧室16中更高的电子密度，弧室16中BF₃分子裂化的可能性增加。相应的，相对于全体其他离子类型，等离子体中硼离子的百分比增加(例如BF和BF₂离子)。当反阴极44被隔离并允许漂移到等离子体设置的电位时，裂变减少，这样在等离子体中残余了更多的分子离子(例如BF⁺和/或BF₂ ⁺)。当反阴极44被正向偏压，裂变进一步减少。如上面描述的，对于半导体晶片12的离子注入，硼或BF₂ ⁺离子是优选的。转换反阴极44的电位可最大化入射到质量分析台30上的优选离子数量，由此用于向前传输到半导体晶片12。因此，可以将反阴极44偏压以优先产生特定掺杂剂。

【0065】图7显示了应用到图5的离子源的同样的三路开关82(和必然的三种操作模式)。当开关82如显示设置到第三终端时，反阴极44可自由漂移到弧室16中的等离子体的电位。

【0066】技术人员将认识到在不偏离本发明范围的情况下可对上述实施例作出改变。

【0067】应注意室壁18可操作为处于正向偏压，负向偏压或电气隔离。图4到7显示了两路开关84、84′，其允许偏压从正到负改变或从负到正改变。以与图6和7的开关82′类似的三路开关替代开关84、84′就允许在正向偏压、负向偏压和电气隔离之间三路转换。

【0068】虽然上面的实施例使用开关82和84以允许反阴极44和室壁18的电位通过连接到弧电源76的任一侧而改变，但也存在其他的可能设置。例如，可使用开关将反阴极44和/或室壁18连接到一个或一个以上替代电源。替代电源可以是图4到7中显示中的一个，或可以是其他的电源。上面说明的开关设备由于其简单性而优选的。另外的替代为被连接以提供分压电位的电位分压器，以及可操作用于将反阴极44连接到阴极20或分压电位其中之一的开关。另外，可变电源或可变电阻或可变分压计可用于向反阴极44和/或室壁18提供选择的电压。

【0069】开关82和84可以任意数量的标准方式实现。开关仅为示例，可以有许多其他装置。

【0070】很明显，离子源14的结构中使用的材料和特定组件装置都可以按需要选择。

【0071】虽然上述实施例以离子注入机10的离子源14说明本发明，但本发明可用于许多其他应用，比如离子雨系统，其中从离子源14提取的离子不需经过质量分析而注入到目标中，或利用反阴极44的任何其他离子源14，其中需要可选择的离子化和/或分子裂变。

Claims (24)

1.一种用于离子注入机的离子源，其包括：弧室，用于产生和包含等离子体；阴极，用于发射电子到所述弧室中；安置于所述弧室中使得所述阴极发射的电子被引导到那的电极；一个或一个以上电压电位源，其用于偏压所述电极；以及电压电位调节器，其可操作用于在正向偏压所述电极以作为阳极的电压电位源和负向偏压所述电极以作为反阴极的电压电位源之间切换。

2.根据权利要求1所述的离子源，进一步包括真空室，并且其中所述电压电位调节器位于空气中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的离子源，进一步包括另外的电压电位调节器，其用于在正向偏压弧室壁和负向偏压所述弧室壁之间切换。

4.根据权利要求3所述的离子源，包括真空室，并且其中所述另外的电压电位调节器位于空气中。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的离子源，进一步与所述电压偏压调节器一起操作，并且另外的电压电位调节器为至少第一和第二离子产生模式设置，这样所述电极被正向偏压，且所述弧室壁被负向偏压，反之亦然。

6.根据权利要求5所述的离子源，进一步用来在第一和第二离子产生模式之间改变，并且通过依次操作所述电压电位调节器和所述另外的电压电位调节器支持，这样第一切换是从负向偏压到正向偏压。

7.根据权利要求1到6中任意一项所述的离子源，其中所述电压电位调节器还用来电隔离所述电极。

8.根据权利要求3或从属于它的任何其他权利要求所述的离子源，其中所述另外的电压电位调节器还用来电隔离所述弧室壁。

9.根据从属于权利要求5或者6的权利要求7所述的离子源，其中所述电压电位调节器还用来电隔离所述电极，并且其中所述离子源还用来与所述电压电位调节器一起操作，而另外的电压电位调节器进一步为第三离子产生模式设置，使得所述电极被电隔离，而所述弧室壁为正。

10.根据权利要求1到9中任意一项所述的离子源，其中所述电压电位调节器是用来在正向偏压所述电极的第一位置和负向偏压所述电极的第二位置之间切换的开关。

11.根据权利要求7到9中任意一项所述的离子源，其中所述电压电位调节器是在用于正向偏压所述电极的第一位置、用于负向偏压所述电极的第二位置和用于电隔离所述电极的第三位置之间切换的开关。

12.根据权利要求3或从属于它的任意其他权利要求所述的离子源，其中所述另外的电压电位调节器是在相对于所述阴极向所述弧室壁提供正电位的第一位置和相对于所述电极向所述弧室壁提供负电位的第二位置之间切换的开关。

13.根据权利要求8所述的离子源，其中所述另外的电压电位调节器是在正向偏压所述弧室壁的第一位置、负向偏压所述弧室壁的第二位置和电隔离所述弧室壁的第三位置之间切换的开关。

14.根据任何前述权利要求所述的离子源，其中所述阴极是丝极，或者是离子源间接加热的阴极管的端帽。

15.根据权利要求14所述的离子源，进一步包括可操作作为电子反射器、位于离子源的所述丝极附近的电极。

16.根据任何前述权利要求所述的离子源，进一步包括磁体装置，其在所述弧室中提供磁场，所述磁场限定了所述阴极发射电子的电子路径。

17.一种离子注入机，其包含了任何前述权利要求的离子源。

18.根据权利要求17所述的离子注入机，其中所述弧室进一步包括出口孔，且所述离子注入机进一步包括提取电极，其可操作用于从包含在所述弧室中的所述等离子体通过所述出口孔提取离子，之后传输提取的离子以注入到目标中。

19.根据权利要求18所述的离子注入机，进一步包括质量分析台，其被定位用来接收从所述弧室提取的离子，并可操作用来在特定能量下传输选定质量和电荷状态的离子，用于注入到目标中。

20.一种操作离子源的方法，其中所述离子源包括有阴极和反阴极的弧室，所述方法包括：第一、反射操作模式，其包括负向偏压所述阴极，正向偏压弧室壁，由此撞击阴极和所述室壁之间的等离子体，和负向偏压所述反阴极，由此排斥电子；以及第二、非反射操作模式，其包括负向偏压所述阴极和正向偏压所述反阴极，由此撞击所述阴极和反阴极之间的等离子体。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在非反射操作模式下电隔离弧室壁。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，进一步包括通过将所述弧室壁上的所述偏压从负到正切换，及之后将所述反阴极上的所述偏压从正到负切换，而从所述非反射模式向所述反射模式切换。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括断开所述反阴极，这样它被电隔离。

24.根据权利要求20到23中任意一项所述的方法，进一步包括通过确保所述弧室壁上所述偏压为正，且断开所述反阴极使得它被电隔离而切换到第三操作模式。

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