CN104217911A - 一种侧引出mevva金属离子源 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种新型金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)离子源的新结构。MEVVA离子源通过真空弧放电的方式使阴极材料变成离子，这些离子通过热扩散和低压引出到达引出电极，在引出电极高压作用下加速，得到很高的能量，形成离子束流。在MEVVA离子源工作过程中，真空弧放电固有伴随产生很多金属液滴，对离子源引出束流品质造成很坏影响，在本结构中，引出电极位于阴极侧面，可以解决MEVVA离子源液滴对污染的问题，并且离子源采用间冷式可推进阴极，提高了离子源的寿命，使其能够满足更高的工业化生产的条件。
Description
技术领域
本发明涉及各种金属离子源和金属等离子体装置。
背景技术
离子源是产生高能离子束的装置。它是各种粒子注入加速器的核心部件，也是中性束注入器的束源的关键部件。无论是离子束注入器还是中性束注入器，离子源都应该提供稳定而质量符合要求的离子束，以应用于各种不同的离子束引出场合。
MEVVA离子源属于强流离子源，引出束流一般在几毫安到上百毫安。同其它金属离子源相比，它具有以下优点：MEVVA离子源对元素周期表上的固体金属元素(含碳)都能产生毫安甚至安培量级的强束流；它的离子纯度取决于阴极材料的纯度，可以达到很高的离子纯度，同时可以省去昂贵而复杂的质量分析器；它的金属离子一般有几个电荷态，这样可以用较低的引出电压得到较高的离子能量，而且用一个引出电压可实现几种能量的叠加(离子)注入。
MEVVA的离子是用电弧放电的方式产生的，弧放电固有会产生很多金属液滴，这些液滴在离子源引出离子的同时也会伴随引出束流引出，造成引出束流污染，对于离子注入、镀膜等工作会严重影响材料表面的质量。
发明内容
本发明的目的是提供需一种侧引出MEVVA金属离子源系统，可以在离子源稳定工作的同时获得纯净的金属离子束流。该发明利用MEVVA金属离子源产生的金属液滴质量较重、荷质低、运动不容易受外界影响的特点，把离子源的引出孔置于液滴运动轨迹之外一即放电电极的侧面，从而达到避免大颗粒的目的。同时采用可推进阴极并对阴极进行冷却，提高了阴极的工作寿命，使其更能满足离子注入、离子辅助沉积、镀膜等表面处理的需要。
本发明的技术方案是：一种侧引出金属离子源，其侧壁和和底部装有等离子体约束磁装置，磁装置在等离子体腔内壁形成与腔壁方向平行的磁场。阳极和阴极安装在放电室的侧壁并深入到放电室的内部。等离子体由阴极和阳极之间的弧放电产生后，产生的离子和大颗粒由阴极表面向周围扩散，其中等离子体由于重量较轻、荷质比较高，受电场和约束磁场作用在放电室内形成等离子体；产生的金属液滴由于质量较重，荷质比很低，基本不受到周围电场和磁场的影响，做直线运动，打到放电室同阴极相对的壁上面，沉积在放电室的壁上；高压引出系统电极设置在阴极侧面的壁上面，由于它不处于阴极产生的液滴运动路线上，因此，放电产生的大颗粒不会通过引出系统打到工件上面，而等离子体可以被引出，从而使引出的离子束没有大的金属颗粒，解决了MEVVA离子源注入的大颗粒问题。
附图说明
图1侧引出MEVVA金属离子源系统示意图
1阴极；2阳极；3放电室；4高压绝缘体；5引出电极；6等离子体约束磁场
实施例
下面结合附图对本发明所提供的技术方案作进一步阐述。
如图1所示，一种电子回旋共振离子源，包括1阴极；2阳极；3放电室；4高压绝缘体；5引出电极；6等离子体约束磁场等几部分。其中阴极1直接通过冷却水对其冷却，阴极装有真空密封推进装置，可以上下运动，从而保证阴极处于较低的温度和它与阳极的相对位置不变；工作时，阴极、阳极之间电压50-150V，形成弧放电，放电产生的离子在放电室内形成等离子体，等离子体受到放电室壁附近的磁场约束，保持在放电室内部；金属液滴由于质量较重，荷质比低，做直线运动，打到放电室同阴极相对的壁上面；高压引出系统的电极设置在阴极侧面的壁上面，由于它不处于阴极产生的液滴运动路线上，因此只有等离子体被引出，从而达到引出的离子束没有大的金属颗粒。
这种技术方案的优点有：
1.独特的离子源结构设计，有效避免了金属离子源大颗粒的产生。
2.采用阴极推进的方法，使阴极工作时间延长，提高了生产效率。
3.采用直接水冷的方法，使阴极温度降低，提高了离子源的使用寿命。
Claims (5)
1.一种侧引出MEVVA金属离子源，包括阴极(1)；阳极(2)；放电室(3)；高压绝缘体(4)；引出电极(5)；约束磁体(6)等几部分，其中阴极(1)阳极(2)位于放电室的内部，引出电极(5)位于阴极侧面，其特征在于：所述金属离子源引出电极位于阴极侧面，而不是与阴极弧放电表面相对。
2.根据权利要求1所述离子源，其特征在于：所述的引出电极(5)位于阴极(1)的侧前方，电极法线与阴极的中心线垂直。
3.根据权利1所述离子源，其特征在于：阴极可沿着轴线纵向运动，能够保证阴极放电表面与阳极相对位置不变。
4.根据权利1所述离子源，其特征在于：阴极可通冷却水直接或间接冷却。
5.根据权利1所述离子源，其特征在于：放电室外约束磁体保证等离子体不会打到放电室壁上。
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