CN108024439A - 一种离子rf加速结构及应用该结构的离子注入机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于离子加速的结构。本发明提供了一种新型离子RF加速结构，该离子RF加速结构具有离子加速效率高的优点。当该离子RF加速结构应用于离子注入机时，与已有离子注入机相比可以获得更高的离子加速能量。

Description

一种离子RF加速结构及应用该结构的离子注入机

技术领域

本发明涉及一种离子RF加速结构，以及一种离子注入机。

背景技术

高能离子注入所用的高能量离子可通过DC或RF加速实现。DC加速使用直流高压电场加速离子，RF加速通过随时间变化的RF电场加速离子。与DC加速相比，RF加速具有流强较大、稳定性好、可靠性高等优点。

一般离子注入机所用的RF加速结构为漂移管加速结构，该加速结构的一个缺点是对不同离子的加速效率不同。如果某一漂移管加速结构对于某一种离子具有最优的加速效率，一般对于其它离子的加速效率并非最优，甚至可能完全无加速效果。例如，某一漂移管加速结构对B+离子具有最优的加速效率，对于As+离子可能加速效率很低，对于H+离子则可能基本无任何加速效果。漂移管加速结构对于不同离子具有不同的加速效率是由其加速原理决定的。

在漂移管加速结构中，每个加速结构单元如图1所示，101为加速腔体，102为漂移管，103为RF加速电场产生部件，104和105为接地的加速腔体，104和105中可能含有聚焦透镜以对束流进行必要的调节，106和107为加速间隙，离子束沿箭头所示方向通过漂移管加速结构。假设离子为正离子，离子在通过加速间隙106时，RF加速电压产生部件在漂移管上产生的加速电压的瞬时极性为负，离子加速通过间隙106；当离子到达加速间隙107时，RF加速电压的瞬时极性为正，离子再次受到加速电场的作用，此即漂移管加速结构的基本原理。

对于某一漂移管加速结构，例如其对于B+离子具有较优的加速效率，即当离子通过加速间隙107时，仍能受到一较强的加速电场作用。对于As+离子则情况不同，由于As+质量较大，当进入加速结构的离子能量相同的情况下，As+离子速度较小，通过漂移管结构102的时间较长，当其到达加速间隙107时所面临的加速电场与B+离子不同，因此加速效果也不同。例如当As+到达加速间隙107时，其面临的电场可能是较弱的加速电场甚至是减速电场，因此该漂移管加速结构对As+的加速效率较低甚至基本没有加速效果。

离子注入中需要对多种不同质量的离子进行加速，因此上述目前已有漂移管加速结构的问题将影响离子注入机的使用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种离子RF加速结构和应用该结构的离子注入机，该离子RF加速结构具有离子加速效率高的优点。

在本发明的一个实施例中，离子RF加速结构包括腔体、漂移管、RF加速电压产生部件、四极透镜、可移动结构及其附件，其中第一个可移动结构调节该离子RF加速结构的第二个加速间隙的长度，第二个可移动结构保证RF加速电压产生部件在第一个可移动结构调节时能够正常工作。

在本发明的另一个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、质量分析器、质量分析光阑、加速部件、能量分析器、能量分析光阑、聚焦透镜组、扫描部件、平行透镜和注入靶室。其中加速部件包含至少一个上述实施例中的离子RF加速结构。

附图说明

图1为目前离子注入机中已有的RF加速结构。

图2为根据本发明的一个实施方式的离子RF加速结构。

图3为根据本发明的一个实施方式的离子RF加速结构。

图4为根据本发明的一个实施方式的离子RF加速结构。

图5为根据本发明的另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2为根据本发明的一个实施方式的离子RF加速结构，201为腔体，202为漂移管，203为RF加速电压产生部件，204和205为四极透镜，206为第一个加速间隙，207为第二个加速间隙，208为第一个可移动结构，209和210分别为第一个可移动结构的传动和驱动部件，211为第二个可移动结构。第一个可移动结构208用于调整加速间隙207的长度。第一个可移动部件208调整时，加速间隙207的长度改变，此时可能导致RF加速电压产生部件203不能正常工作，第二个可移动结构211用于调整离子RF加速结构的电参数，保证RF加速电压产生部件203在第一个可移动结构208调节时能够正常工作。

图3和图4为同一实施方式的离子RF加速结构的示意图，其中第一个可移动结构的位置与图1不同，即第二个加速间隙长度与图1不同。例如，对于B+离子，图1所示的第一个可移动结构的位置能够产生最优的加速效率，对于As+离子的加速效率将有不同。对于As+离子，如果其在通过第二个加速间隙时仍然能够受到加速电场作用，只是加速电场幅度较B+离子时小，则可以通过将第二个加速间隙长度增加以增强加速作用，减少甚至完全消除由于离子质量不同而导致的加速效率的降低。如图3所示，第二个加速间隙307长度增加可通过调整第一个可移动结构308实现。如果As+离子在通过第二个加速间隙时受到减速电场的作用，则可以通过将第二个加速间隙长度减小以减弱减速作用，减少由于离子质量不同而导致的加速效率的降低。如图4所示，第二个加速间隙407长度减小可通过调整第一个可移动结构408实现。

图5是根据本发明的另一个实施方式的离子注入机示意图。501为离子源，502为引出电极，503为质量分析器磁铁，504为质量分析光阑，505为RF加速模块，506为能量分析器磁铁，507为能量分析光阑，508为磁聚焦透镜组，509为电场扫描部件，510为平行透镜磁铁，511为注入靶室，箭头代表束流方向。在本实施方式中，RF加速模块505包含多个(例如10个)图2所示的离子RF加速结构，磁聚焦透镜组508包含多个(例如2个)电磁四极聚焦透镜。与目前已有的采用RF加速结构的离子注入机相比，本实施方案由于采用了图2所示的离子RF加速结构，在某一种离子(例如B+)加速能量相同的情况下，对于其它离子(例如As+等)可获得更高的加速能量。

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2所示离子RF加速结构中第二个可移动结构211可位于离子RF加速结构中任何合适的位置。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 (15)

1.一种离子RF加速结构，使通过其中的离子加速至比进入该结构时的离子能量更高的能量。该离子加速结构包括：

腔体，用于提供离子加速的真空环境。

漂移管，用于在某一段空间屏蔽电场，在其前后两个方向上的间隙内产生RF加速电场。

RF加速电压产生部件，用于在漂移管上产生用于加速离子的高压。

四极透镜，用于离子加速前后的聚焦。

第一个可移动部件及使其移动的机械结构，此可移动部件位于沿束流方向上漂移管的后部。

第二个可移动部件，用于使RF加速电压产生部件正常工作。

2.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其RF加速电压产生部件所工作的RF频率可为任意频率。

3.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其中离子可为正离子或负离子。

4.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其中RF加速电压产生部件可为任意结构的将RF电源功率转换为高电压的部件。

5.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其四极透镜可为电透镜、电磁透镜或永磁透镜。

6.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其腔体与四极透镜位于相同电位，该电位可为地电位或非地电位。

7.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其第二个移动部件可为任意形状。

8.如权利要求1所述的离子RF加速结构，其第二个移动部件的材料可为金属或非金属材料。

9.一种离子注入机，其包括：

离子源，用于产生离子束。

引出电极，用于将离子从离子源中引出，使离子传输至之后的部件中。

质量分析器，用于分离不同种类的离子。

质量分析光阑，用于选择所需要注入的种类的离子。

加速部件，用于将离子加速至预定能量。

能量分析器，用于分离不同能量的离子。

能量分析光阑，用于选择特定能量和能散的离子。

聚焦透镜组，用于聚焦离子束。

扫描部件，用于将离子束偏转至不同角度。

平行透镜，用于使通过扫描部件偏转至不同角度的离子束成为平行的离子束。

注入靶室，用于承载注入工件并进行必要的机械运动以实现所需的离子注入。

其中所述加速部件，至少包含一个为如权利要求1所述的离子RF加速结构。

10.如权利要求9所述的离子注入机，其质量分析器可为电场部件或磁场部件。

11.如权利要求9所述的离子注入机，其质量分析器可为电场部件和磁场部件的组合。

12.如权利要求9所述的离子注入机，其能量分析器可为磁场部件或电场部件。

13.如权利要求9所述的离子注入机，其聚焦透镜组可包括一个或多个聚焦透镜，其中每一个聚焦透镜可为电透镜、电磁透镜或永磁透镜。

14.如权利要求9所述的离子注入机，其扫描部件可为电场扫描部件或磁场扫描部件。

15.如权利要求9所述的离子注入机，其平行透镜可为电场部件或磁场部件。