CN106653534B - 一种简易法拉第结构及应用该结构的法拉第系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量带电粒子束流流强参数的法拉第结构和系统。本发明提供了一种新型的简易法拉第结构和一种新型法拉第系统，该法拉第结构具有结构简单、方便移动和组合等优点，该法拉第系统具有测量灵活、成本低等优点。当该法拉第结构和法拉第系统应用于离子注入机时，可以较低的成本实现某一位置或多个位置的束流流强参数的方便测量。

Description

一种简易法拉第结构及应用该结构的法拉第系统

技术领域

本发明涉及一种测量带电粒子束流流强参数的法拉第结构，以及一种法拉第系统。

背景技术

法拉第是一种测量带电粒子束流流强参数的装置，其测量结果可用于了解带电粒子束流状态，为带电粒子束流调节和控制提供参考，在各种基于带电粒子束流的设备中具有广泛的应用。

一般的法拉第均固定于带电粒子束流管道的某一特定位置，每一个法拉第具有单独的信号处理和测量输出，即为一个独立的单元。一些大型基于带电粒子束流的装置，例如高能加速器，其中可安装大量的法拉第用于不同位置处的束流流强参数测量。对于一些工业中的小型基于带电粒子束流的装置，例如离子注入机，由于空间和成本限制，一般安装的法拉第数量有限，不利于充分了解带电粒子束流的状态。

发明内容

本发明的实施例提供了法拉第结构及法拉第系统，法拉第结构具有结构简单、方便移动和组合等优点，该法拉第系统具有测量灵活、成本低等优点。

在本发明的一个实施例中，法拉第结构包括施加一特定电压的测量基板、施加另一特定电压的环形抑制电极和位于两者之间的绝缘结构，以及接口结构和驱动结构。其中测量基板电位低于该法拉第结构附近的带电粒子束流管道电位，抑制电极电位进一步低于测量基板电位。

沿束流运动方向观察，其测量基板位于离束流发射端较远的位置，抑制电极位于离束流发射端较近的位置，绝缘结构位于测量基板与抑制电极中间。

测量基板与绝缘结构、绝缘结构与抑制电极之间可为紧密贴合或分离。

法拉第结构可用于离子或电子束流的测量，其中离子可为正离子或负离子，电子亦可为负电子或正电子。

在本发明的另一个实施例中，法拉第系统包括多个法拉第结构、一个通道选择模块和一个信号处理模块。其中法拉第结构为上述实施例中的法拉第结构，法拉第结构的数量少于通道选择模块的通道数量。

法拉第系统可用于离子或电子束流参数的测量，其中离子可为正离子或负离子，电子亦可为负电子或正电子。

法拉第系统所包含的法拉第结构可具有相同或不同的接口结构。

本发明的又一实施例为一离子注入机，该离子注入机包括离子源、引出电极、分析器、分析光阑、平行透镜、聚焦透镜、减速/偏转结构、注入靶室、法拉第系统等部件，其中法拉第系统为上述实施例中的法拉第系统。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方式的法拉第结构的测量结构的俯视图。

图2为根据本发明的一个实施方式的法拉第结构的测量结构的侧视图。

图3为根据本发明的一个实施方式的法拉第结构的正视图。

图4为根据本发明的一个实施方式的法拉第结构的俯视图。

图5为根据本发明的另一个实施方式的法拉第系统示意图。

图6为根据本发明的又一个实施方式的离子注入机示意图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步详细描述本发明，本发明的较佳实施例图示在这些附图中。提供这些实施例是为了使揭示的内容更加透彻和完整，且将本发明的范围充分传递给本领域的技术人员。然而，本发明可体现为许多不同的形态， 而不应局限于本说明书所列举的实施例。

图1为根据本发明的一个实施方式的法拉第结构的测量结构的俯视图，101 为测量基板，103为环形抑制电极。图2为同一个实施方式的法拉第结构的测量结构的侧视图，201为测量基板，202为绝缘结构，203为抑制电极。本实施方式中，所测带电粒子束流为正离子束流，测量基板施加一负电压，例如-100V， 以排除正离子束流中的中和电子；抑制电极施加一低于测量基板电压的负电压，例如-150V，以抑制束流打到测量基板上产生的二次电子。图3为同一个实施方式的法拉第结构的正视图，301为测量结构，302为接口结构的第一部分，303为接口结构的第二部分，304为驱动结构，305为束流管道。图4为同一个实施方式的法拉第结构的俯视图。

图5为根据本发明的另一个实施方式的法拉第系统示意图。501为信号处理模块，502为通道选择模块，503-507为法拉第结构。通过共用信号处理模块，可降低法拉第系统的成本。在本实施方式中，503、505、507为图3-4所示的完整的法拉第结构，504、506仅包括图3-4所示法拉第结构中的接口结构的第一部分，这两个接口结构第一部分使用隔板覆盖以保持束流管道真空状态。一般情况下仅需要503、505、507位置处的束流流强参数数据，当需要504 或506位置处的束流流强参数数据时，可方便的通过将503、505、507中任意一个移至504或506位置，由于采用相同的接口结构，法拉第结构的移动和组合是完全无障碍的。

图6为根据本发明的又一个实施方式的离子注入机示意图。601为离子源， 602为引出电极，604为分析器，606为分析光阑，608为平行透镜，610为减速/偏转/聚焦结构，611为注入靶室。603、605、607、609为图1-4中的法拉第结构，612为通道选择模块，613为信号处理模块，603、605、607、609、 612、613组成图5中的法拉第系统。图6中箭头代表束流方向，在非平行束情况下箭头代表束流中心粒子轨迹方向。如上述实施方案所述，根据实际情况，603、605、607、609中部分位置可只包含图3-4中法拉第结构的接口模块，需要时再将法拉第结构其余部分进行移动和组合。与目前一般离子注入机所采用的法拉第系统相比，本实施方案由于采用了较少的完整法拉第模块和信号处理模块，在基本不影响束流测量的前提下明显的降低了成本。

本说明书所述的特定实施例不会在范围上限制本发明。实际上，根据以上的描述以及附图，除本说明书所述的实施例外，本发明的其它各种实施例以及本发明的改良形式对于本领域中的技术人员而言都是明显易懂的。例如，容易想到图1所示结构中103的形状可为圆环。因此，这些实施例及改良形式应属于本发明范围。另外，虽然本说明书中是为了特定的用途在特定的场合下以特定的实施方法来描述本发明，但是本领域的技术人员能够认识到其有用性不限于此，本发明可以为了多种用途在多种场合下以有益的方式来实施。

Claims (12)

1.一种简易法拉第结构，测量入射至其中的带电粒子束流的流强参数；该法拉第结构包括：

测量结构，包括用于接收带电粒子束流的测量基板、用于隔离不同的电位的绝缘结构、用于在测量基板面向束流一侧产生抑制电场的抑制电极；

接口结构，包括可分离的两部分结构，其中第一部分固定于带电粒子束流通过的管道上，第二部分与测量结构相连；

驱动结构，当接口结构第一部分与第二部分相连时，驱动测量结构进入束流管道；

其中接口结构第一部分与第二部分分离时，第一部分外接隔板以保持束流管道真空状态。

2.如权利要求1所述的简易法拉第结构，其测量基板为薄片状结构。

3.如权利要求1所述的简易法拉第结构，其绝缘结构、抑制电极均为环形薄片状结构，其中环形可为任意规则或不规则的环形，束流通过环形中间区域到达测量基板。

4.如权利要求1所述的简易法拉第结构，沿束流运动方向观察，其测量基板位于离束流发射端较远的位置，抑制电极位于离束流发射端较近的位置，绝缘结构位于测量基板与抑制电极中间。

5.如权利要求1所述的简易法拉第结构，测量基板与抑制电极施加不同的电压。

6.如权利要求1所述的简易法拉第结构，测量基板与绝缘结构、绝缘结构与抑制电极之间可为紧密贴合或分离。

7.如权利要求1所述的简易法拉第结构，可用于离子或电子束流的测量，其中离子可为正离子或负离子，电子亦可为负电子或正电子。

8.一种法拉第系统，用于测量不同位置处的带电粒子束流流强参数；该法拉第系统包括：

法拉第结构，用于接收带电粒子束流；

通道选择模块，用于选择特定位置的法拉第结构；

信号处理模块，用于处理通道选择模块选择的法拉第结构接收带电粒子束流产生的信号，完成测量；

其中所述法拉第结构为如权利要求1所述的法拉第结构。

9.如权利要求8所述的法拉第系统，其通道选择模块中每一个通道对应一个特定位置的法拉第结构，某一通道可为空，此时状态为权利要求1所述的接口结构的第一部分与第二部分分离。

10.如权利要求8所述的法拉第系统，所包含的法拉第结构可具有相同或不同的接口结构。

11.如权利要求8所述的法拉第系统，法拉第结构可在接口相同的位置之间移动或互换。

12.如权利要求8所述的法拉第系统，可用于离子或电子束流参数的测量，其中离子可为正离子或负离子，电子亦可为负电子或正电子。