CN104465284A - 一种磁过滤mevva金属离子源 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种新型磁过滤MEVVA金属离子源的结构。MEVVA金属离子源通过真空弧放电的方式使阴极材料电离变为离子，这些离子经热扩散和低压引出到达引出电极，在引出电极高压电场作用下被加速，获得很高的能量，形成离子束。在MEVVA金属离子源工作过程中，伴随真空弧放电，不可避免的会产生很多金属液滴，对离子源引出束流品质造成很坏影响。在本结构中，引出电极与阴极方向垂直，阴极产生的离子经过磁场偏转才可以到达引出电极，解决了MEVVA金属离子源液滴的污染问题；并且离子源采用直冷式可推进阴极，提高了离子源的寿命，使其能够满足工业生产的需要。

Description

一种磁过滤MEVVA金属离子源

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10mA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离子源的离子是用电弧放电的方式产生的，弧放电固有伴随产生很多金属液滴，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，影响引出束流纯度，对于离子注入、镀膜等工作会严重影响处理的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁过滤MEVVA金属离子源，该离子源可以在保证离子源工作稳定性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大、荷质比低、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，然后再把容易受到磁场影响、质量小的离子通过磁场偏转到引出电极，通过高压引出，形成粒子束，从而达到避免大颗粒的目的。离子源工作的同时，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：一种磁过滤MEVVA金属离子源，等离子体由阴极和阳极通过弧放电产生，产生的离子和大颗粒由阴极表面向周围扩散，其中金属离子由于重量较轻、荷质比较高，容易受周围磁场的影响，改变运动方向，曲线运动到达引出电极；放电时，伴随产生的金属液滴质量大，荷质比低，受周围磁场影响小，基本保持直线运动，打到放电室同阴极相对的壁上面；高压引出系统电极设置在阴极侧面的壁上面，它的位置不在放电产生液滴的运动路线所能到达的范围之内，因此只有等离子体被引出，保证了引出粒子束的纯度。

附图说明

图1为侧引出MEVVA金属离子源系统示意图

1阴极；2阳极；3放电室；4磁过滤系统；5高压绝缘体；6引出电极。

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，一种磁过滤MEVVA金属离子源，包括阴极1、阳极2、放电室3、磁过滤系统4、高压绝缘体5和引出电极6等几部分。

阴极1通冷却水使其直接冷却，可保证工作过程中阴极始终处于较低的温度。

阴极1装有带真空密封的推进装置，可以左右运动，当阴极放电烧蚀，长度变短后，通过推进装置推动阴极向前，使阴极与阳极的相对位置不变，可保持放电的稳定。

优选地放电室3由无磁不锈钢管制成，直径200mm。

优选地磁过滤系统4采用螺线管线圈，线圈围绕在放电室3的外部，在放电室内形成穿过阴极1和引出系统6的弯曲磁力线。

工作时，阴极1、阳极2之间电压50-200V，形成弧放电，放电产生的离子在放电室3内形成等离子体，伴随等离子体产生的金属液滴由于质量较重，荷质比低，受磁过滤系统4产生的磁场的影响很小，基本保持做直线运动，打到与阴极1相对的放电室壁上面；金属离子由于重量小、荷质比高，受磁过滤系统4产生的磁场作用，改变运动方向，曲线运动到达引出电极6。

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，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注入。

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。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种磁过滤MEVVA金属离子源系统，包括阴极1；阳极2；放电室3；磁过滤系统4；高压绝缘体5；引出电极6等几部分。其中阴极1、阳极2位于放电室3内部，磁过滤系统4位于放电室外部，引出电极6位于阴极侧面，其特征在于：所述金属离子源离子产生以后，经过磁过滤系统过滤，然后才能到达引出电极进而被引出。

2.根据权利要求1所述离子源，其特征在于：所述离子源离子产生以后，先经过磁场导向，然后到达引出电极，通过高压引出。

3.根据权利要求1所述离子源，其特征在于：所述的引出电极6中心线同阴极1中心线正交或呈一定角度，阴极产生的离子不能以直线运行方式到达引出电极。

4.根据权利1所述离子源，其特征在于：所述磁过滤系统4由螺线管构成，也可以采用永磁体。

5.根据权利1所述离子源，其特征在于：磁过滤系统4产生的磁力线为曲线，磁力线穿过阴极1和引出电极6。

6.根据权利1所述离子源，其特征在于：阴极1通过冷却水直接或间接冷却。