CN108475609B - 产生离子束的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生离子束的装置。其中具有经改善的温度控制的离子源的一部分位于散热器中的凹腔内，其中离子源的一部分以及凹腔分别塑形以使得离子源的膨胀导致与散热器发生高压热接触。举例来说，离子源可具有锥形的柱体端，锥形的柱体端适配于散热器中的凹腔内。离子源的热膨胀导致锥形的柱体端压靠在散热器的凹腔内。通过恰当地选择散热器的温度、经过散热器的冷却剂流体的温度及流量、以及散热器与离子源之间的间隙的尺寸，离子源的温度可得到控制。

Description

产生离子束的装置

技术领域

本发明涉及一种离子源，且更具体来说涉及一种其中其温度可通过散热器进行控制并调节的离子源。

背景技术

离子植入是用于将更改传导性的杂质引入至工件中的标准技术。在离子源中对所需的杂质材料进行离子化，对离子进行加速以形成具有规定能量的离子束，且朝工件的表面引导离子束。束中的能量离子(energetic ion)穿透大部分工件材料并嵌入至工件材料的晶体晶格(crystalline lattice)中，以形成具有所需传导性的区域。

为了生成离子束，离子源通常消耗大量功率。尽管此功率中的绝大部分用以将分子转换成所需的离子物质，但此功率中的一部分被转变成热。在某些实施例中，热量可将离子源的温度提高数百或甚至数千度。

这些极端温度可具有若干缺点。举例来说，在这些温度下的离子源可必须利用具有非常高的熔点的金属而构造，这可能提高离子源的成本。此外，接近离子源的其他组件(例如进气口(gasinlet)、磁铁、电极、及其他组件)还必须承受这些升高的温度。另外，这些温度可对离子源的运作或寿命产生恶劣影响。

因此，温度可被控制并调节的离子束将有所助益。此外，如果离子源可维持在所需的温度下或温度范围内，则有益。

发明内容

本发明公开了一种具有经改善的温度控制的离子源。离子源的一部分位于散热器中的凹腔内，其中离子源的一部分以及凹腔分别塑形以使得离子源的膨胀导致与散热器发生高压热接触。举例来说，离子源可具有锥形的柱体端，锥形的柱体端适配于散热器中的凹腔内。离子源的热膨胀导致锥形的柱体端压靠在散热器的凹腔内。通过恰当地选择散热器的温度、经过散热器的冷却剂流体的温度及流量、以及散热器与离子源之间的间隙的尺寸，离子源的温度可得到控制。

根据一个实施例，公开了一种产生离子束的装置。装置包括：离子源，包括多个腔室壁，其中向外突出部自多个腔室壁中的一者向外延伸；以及散热器，具有凹腔，其中向外突出部安置于凹腔中。在某些实施例中，在室温下，在向外突出部与凹腔之间存在初始间隙，且离子源的温度是基于散热器的温度及初始间隙来确定。在某些实施例中，散热器包括通道，且散热器的温度是基于流经通道的冷却剂流体的温度来确定。在某些实施例中，散热器的温度是基于流经通道的冷却剂流体的流动速率来确定。在某些实施例中，向外突出部与凹腔为互补的形状。在某些实施例中，向外突出部可为柱体、或锥形柱体。

在另一实施例中，公开了一种产生离子束的装置。装置包括：离子源，包括多个腔室壁和提取孔；以及散热器。其中离子源的热膨胀导致与散热器发生高压热接触，以调节离子源的温度。在某些实施例中，离子源的一部分延伸至散热器中的凹腔中，且热膨胀会使一部分接触凹腔的侧面。

在另一实施例中，公开了一种产生离子束的装置。装置包括：离子源，包括多个腔室壁，其中锥形的向外突出部自多个腔室壁中的一者向外延伸；以及散热器，具有凹腔，其中锥形的向外突出部安置于凹腔中；其中在室温下，在锥形的向外突出部与凹腔之间存在初始间隙，且其中离子源的温度是基于散热器的温度及初始间隙来确定。在某些实施例中，散热器包括通道，且散热器的温度是基于流经通道的冷却剂流体的温度来确定。在某些实施例中，散热器的温度是基于流经通道的冷却剂流体的流动速率来确定。在某些实施例中，装置也包括填隙片，填隙片安置于腔室壁中的一者与散热器之间以设定初始间隙。

附图说明

为了更好地理解本发明，对附图作出了参照，所述附图并入本文供参考且在所述附图中：

图1示出根据一个实施例的装置的剖视图。

图2A示出图1所示装置的俯视剖视图。

图2B示出图1所示装置的分解图。

图2C示出图1所示装置的组合图。

图3A及图3B示出两种不同的离子源的比较。

图4说明示出冷却离子源的效果的曲线图。

图5A至图5B示出与根据一个实施例的装置一起使用填隙片。

图6A至图6I示出可与图1所示装置一起采用的多种向外突出部。

具体实施方式

本文中结合间接加热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)离子源来阐述各实施例。然而，可使用其他离子源，例如伯纳和弗利曼离子源(Bernas and Freeman ionsource)或射频离子源(RF ion source)。因此，本发明并非仅限于以下所阐述的具体实施例。

图1示出可用以产生离子束的代表性装置。装置100包括离子源10以及散热器80。离子源10可为间接加热式阴极(IHC)离子源，但是也可使用其他离子源。离子源10具有界定离子源腔室12的多个腔室壁11。腔室壁11可由导电材料来构造。腔室壁11中的一者具有提取孔15，经由提取孔15可将离子自离子源腔室12提取出。在离子源腔室12外部及提取孔15附近存在一个或多个电极20。在某些实施例中，电极20可包括抑制电极21及接地电极22，但是也可能存在电极20的其他构型。这些电极20可与一个或多个电源(图中未示出)进行连通。举例来说，可将抑制电极21偏压成负电压，以自离子源腔室12吸引正离子，同时接地电极22可接地。当然，如果需要，可将电极20偏压成不同的电压。

如在图2A至图2C中更好地看出，阴极30安置于离子源腔室12中。此阴极30与阴极电源31进行连通，阴极电源31用以相对于腔室壁11对阴极30施加偏压。在某些实施例中，阴极电源31可相对于腔室壁11对阴极30施加负偏压。举例来说，阴极电源31可具有处于0V至-150V范围内的输出，但是可以使用其它电压。在某些实施例中，相对于腔室壁11对阴极30施加介于0V与-40V之间的偏压。纤丝40安置于阴极30后面。

纤丝40与纤丝电源41进行连通。纤丝电源41被配置成使电流通过纤丝40，进而使得纤丝40发射热离子电子。阴极偏压电源32相对于阴极30对纤丝40施加负偏压，以使这些热离子电子自纤丝40朝阴极30加速并在撞击阴极30的背部表面时对阴极30进行加热。阴极偏压电源32可对纤丝40施加偏压，以使纤丝40具有介于例如300V至600V之间、比阴极30的电压具有更大负值的电压。接着热的阴极30在其前表面上发射热离子电子至离子源腔室12中。

因此，纤丝电源41对纤丝40供应电流。阴极偏压电源32对纤丝40施加偏压，以使纤丝40比阴极30具有更大的负值，从而使电子自纤丝40朝阴极30而被吸引。最后，阴极电源31对阴极30施加比腔室壁11更大负值的偏压。

反射极35安置于离子源腔室12中、在离子源腔室12与阴极30相对的一端上。反射极35可与反射极电源36进行连通。如名称所表示，反射极35用以排斥自阴极30发射出的电子，使电子朝离子源腔室12的中心返回。举例来说，可相对于腔室壁11使反射极35偏压成负电压以排斥电子。与阴极电源31类似，反射极电源36可相对于腔室壁11对反射极35施加负偏压。举例来说，反射极电源36可具有处于0V至-150V范围内的输出，但是可以使用其它电压。在某些实施例中，相对于腔室壁11使反射极35偏压成介于0V与-40V之间。

在某些实施例中，阴极30与反射极35可被连接至共用电源。因此，在此实施例中，阴极电源31与反射极电源36为同一电源。

尽管图中未示出，但在某些实施例中，在离子源腔室12中产生磁场。此磁场旨在沿一个方向约束电子。举例来说，电子可被限制在平行于从阴极30至反射极35的方向的列中。

在某些实施例中，一个腔室壁11(例如与提取孔15相对的腔室壁11)可以不是平坦的。确切来说，壁的一部分可自离子源腔室12向外延伸并形成向外突出部50。此向外突出部50可与散热器80中的对应的凹腔81相接。尽管各图示出向外突出部50位于与提取孔15相对的腔室壁11上，然而本发明并非仅限于此实施例。确切来说，向外突出部50可位于任何腔室壁11上。

向外突出部50与凹腔81可以形成为互补的形状，进而使得向外突出部50适配于凹腔81内。在某些实施例中，向外突出部50与凹腔81可具有相同的大小及形状，进而使得向外突出部50完全地占据凹腔81。在其他实施例中，向外突出部50可具有与凹腔81相同的形状，但可不延伸至与凹腔81相同的深度。举例来说，向外突出部50可为具有直径为4英寸且高度为2英寸的柱体。凹腔81也可被形成为柱体，但可在散热器80内在深度为2.5英寸处终止。因此，在此实施例中，当向外突出部50插置于凹腔81中时，在凹腔81的后端中存在小的空隙(大约0.5英寸的空隙)。然而，向外突出部50被塑形为当膨胀时其与凹腔81的侧面接触。因此，凹腔81的直径可略微地大于4英寸。

在某些实施例中，向外突出部50以及散热器80的凹腔81可被形成为在室温下在这些组件之间存在间隙82。此间隙被称作初始间隙。此间隙82的宽度可相依于所期望的应用及温度而变化。

在一个具体实施例中，向外突出部50可为具有高度介于0.5英寸与1英寸之间且直径为约4英寸的柱体。凹腔81也可为柱体的，且可具有比向外突出部50的直径略微大的直径。在某些实施例中，凹腔81具有与向外突出部50的高度大约相等的深度，进而使得向外突出部50将沿向外突出部50的侧面及底部与凹腔81的各壁接触。在其他实施例中，凹腔81可具有比向外突出部50的高度大的深度，且凹腔81的各壁可仅沿着其侧面接触向外突出部50。在另一实施例中，向外突出部50可为锥形柱体，进而使得向外突出部50的直径在向外突出部50与腔室壁11相接的基部处为最大，且直径在远端(distal end)处为最小。在此实施例中，凹腔81可具有互补的形状，其中凹腔81的直径在散热器80的外侧表面处为最大。当然，如将在以下更详细地阐述，向外突出部50及凹腔81可具有其他形状。

可通过使呈液体或气体形式的冷却剂流体流经散热器80中的通道85来冷却散热器80。尽管依据视散热器80的所需温度也可使用其他冷却剂流体，然而在某些实施例中，冷却剂流体可为水。冷却剂流体可用以将散热器80维持在任何所需的温度。举例来说，如果需要将散热器80保持在比水的沸点大的温度，则可使用例如乙二醇(ethylene glycol)或丙二醇(propylene glycol)等其他流体。如果需要将散热器80保持在比水的凝固点低的温度，则可使用例如乙醇等其他流体。换句话说，可通过使适合的冷却剂流体流通经过通道85而将散热器80维持在任何所需的温度。

在某些实施例中，拉伸弹簧90(也参见图1)可用以拉动离子源10，从而使离子源10更接近散热器80。

在运作中，经由进气口95而将气体引入至离子源腔室12。如以上所阐释，通过纤丝40的电流产生撞击阴极30的热离子电子，此转而会将电子发射至离子源腔室12中。这些电子用以将气体离子化，从而生成等离子体，等离子体含有离子、电子以及中子(neutrals)。施加至阴极30、纤丝40及反射极35的电压可使得这些组件被大幅度加热。此种加热可接着使得腔室壁11热膨胀。此种热同样地使得向外突出部50膨胀，从而会使向外突出部50与散热器80的凹腔81的各壁发生高压热接触。高压热接触被界定为经由向外突出部50向凹腔81的各壁的热膨胀而实现的热接触。利用拖动离子源10及散热器80、使离子源10与散热器80彼此接近的传统方式(例如拉伸弹簧)无法实现此种高压热接触。

在某些实施例中，高压热接触可通过向凹腔81的各壁压缩经膨胀的向外突出部50而产生。随着向外突出部50被加热，向外突出部50可能膨胀超过凹腔81的尺寸，从而使得向外突出部50压抵于凹腔81的各壁上。此种由热膨胀造成的力可比使用传统方式产生的力大。此外，此种压缩力在向外突出部50与凹腔81的各壁之间可大致为均匀的，从而生成均匀的压力。此种高压热接触提高向外突出部50与散热器80之间的热传递系数。此会使散热器80自腔室壁11提取出更多的热。

不受任何特定理论的束缚，据信，起初，在散热器80与离子源10之间存在第一热传递系数。此第一热传递系数是基于凹腔81与向外突出部50之间的间隙82、以及散热器80的温度。随着离子源10开始运作，根据此第一热系数自腔室壁11提取出热。在某些实施例中，使用此第一热系数，由离子源10产生的热比可通过散热器80提取出的热多。因此，离子源10的温度开始升高。离子源10的温度的此种升高会使腔室壁11及向外突出部50发生热膨胀。随着向外突出部50膨胀，散热器80的凹腔81与向外突出部50之间的间隙82减小，此提高了热传递系数。据信，随着间隙82的厚度减小，会达到一个点，在点处散热器80能够提取足以将离子源10维持在恒温、或几乎恒温的热量。在此点处，离子源10的温度保持大致恒定，且离子源10不再作出任何进一步膨胀。因此，向外突出部50与凹腔81之间的关系达到平衡。

离子源10的最终温度可基于在室温下的间隙82(也被称作初始间隙)、以及散热器80的温度来确定。举例来说，如果存在大的初始间隙，则离子源10的向外突出部50将在与凹腔81发生高压热接触之前膨胀至更大的程度。为了实现此种膨胀量，离子源10需达到更高的温度。

相似地，散热器80的温度还帮助确定离子源10的最终温度。举例来说，散热器80可由具有高的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE)的材料(例如铝)而制成。随着散热器80的温度增大，散热器80的尺寸同样地增大，从而生成较大的凹腔81。因此，在向外突出部50与散热器80的凹腔81发生高压热接触之前，离子源10将达到较高的温度。另外，由于热传递是离子源10的温度与散热器80之间的差的函数，因此将会有较少的热传递至较高温度的散热器。最后，在某些实施例中，散热器80的热膨胀系数被选择成比腔室壁11及向外突出部50的热膨胀系数大。举例来说，散热器80的温度增加100°可造成一定量的热膨胀。然而，为了实现相同量的热膨胀，离子源10可升高大于100°的温度。

散热器80的温度可以多种方式来确定。在一个实施例中，改变流经通道85的冷却剂流体的温度以实现所需的散热器温度。在另一实施例中，更改流经通道85的冷却剂流体的流动速率以实现所需的散热器温度。举例来说，与较高的流动速率相比，较低的流动速率可需要较高的本体温度，以将必需的热传递至冷却剂流体中，从而产生较高的散热器温度。因此，可改变流经通道85的冷却剂流体的温度和/或流动速率以实现所需的散热器温度。

因此，通过恰当地选择初始间隙以及控制散热器80的温度，使调节并控制离子源10的温度成为可能。

图3A至图3B示出使用图1所示装置实现的结果与传统的离子源相比较的比较结果。图3A示出以3kW运作并用以提取离子束的传统的离子源的热影像。在此实施例中，如可看出，离子源的大部分处于大于1770℃的温度下。图3B所示的离子源包括上述向外突出部50且附接至具有凹腔81的散热器。散热器被维持在接近0℃的温度且向外突出部与凹腔之间的间隙大约为3密耳(mil)。此离子源以与图3A所示的离子源相同的功率位准运作。如图3B中所见，此离子源的所有部分均低于600℃，减小了超过1000℃！

除冷却离子源之外，已发现通过使用图1及图2中所示的向外突出部50，离子源的效能得到提高。举例来说，图4示出将传统的离子源(即，图3A所示的离子源)与本文中所阐述的装置(即，图3B所示的装置)相比较的图表。在此测试中，氪气(krypton)被用作掺杂剂气体，且使用25keV的提取电压提取出离子束。线400、410分别表示使用图3B及图3A所示的离子源的Kr⁺离子的离子束电流。如可看出，在每一提取电流处，使用图3B所示的离子源实现了较大的Kr⁺束电流。因此，在此应用中，较冷的离子源在提取Kr⁺离子束方面更为有效。线420、430分别表示氪气进入图3B及图3A所示的离子源腔室中的流动速率。应注意，图3B所示的离子源使用掺杂剂气体(即，氪气)的低得多的流动速率来产生相同的提取电流。总之，较冷的离子源具有至少两个效能益处。第一，掺杂剂离子的浓度随着所提取的电流的增加而提高。第二，被界定为所提取的掺杂剂离子束电流对掺杂剂气体流动速率的比率的离子化效率显著地提高。举例来说，假定提取电流为110mA。图3A所示的离子源使用氪气的约为5.4SCCM的流动速率来产生此输出。此外，Kr⁺离子束电流为约55mA。相比之下，图3B所示的经冷却的离子源使用氪气的仅为约3.6SCCM的流动速率并产生约64mA的Kr⁺离子束电流。

因此，在期望高提取电流的某些应用中，降低离子源的温度可提高离子束产生的效率。使用典型的运作参数，可生成更大的掺杂剂束电流，同时对掺杂剂气体进行了更高效的使用。

当然，每一离子束应用可具有不同的最优温度。举例来说，高的电流离子束可具有不同于较低的电流离子束的最优温度。此外，基于用以生成离子束的掺杂剂，也可存在温度依赖性。本装置通过改变初始间隙、改变散热器的温度、或者同时改变二者而使得每一离子束应用能够实现最优化。

因此，在执行任何制造过程之前，可存在校准过程。在此校准过程期间，可例如通过变化流经散热器80的通道85的冷却剂流体的温度或通过变化流经通道85的冷却剂流体的流动速率来改变离子源的温度。在不同的温度下，可测量离子束电流、离子化效率和/或其他参数。在校准过程完成之后，可确定用于特定离子束应用的离子源的最优温度。基于此最优温度，可确定用于离子束应用的初始间隙及散热器的温度。

在某些实施例中，散热器80及具有向外突出部50的离子源10可用于多种离子束应用。在此情景中，可通过仅改变通过散热器的通道85的冷却剂流体的温度或通过改变通过通道85的冷却剂流体的流动速率来实现温度最优化，仅改变通过散热器的通道85的冷却剂流体的温度或改变通过通道85的冷却剂流体的流动速率中的每一者改变散热器80的温度。

在其他实施例中，一个离子源可与多个不同的散热器一起使用，多个不同的散热器分别具有大小略微不同的凹腔。在此实施例中，可通过改变初始间隙和/或散热器的温度来实现温度最优化。

作为实例，第一离子束应用可以600℃的离子源温度进行最优化，且第二离子束应用可以1000℃的离子源温度进行最优化。在一个实施例中，单个离子源及散热器用于两个离子束应用，其中第二离子束应用的流经通道85的冷却剂流体的温度较高。作为另一选择，在第二离子束应用中冷却剂流体的流动速率可较低。在另一实施例中，可存在具有大小不同的凹腔的两个不同的散热器。具有较小的凹腔的散热器将具有较小的初始间隙，且因此可用于第一离子束应用。在另一实施例中，可使用具有不同尺寸的凹腔的两个不同的散热器，且对于两个散热器来说，流经通道85的冷却剂流体的温度或流动速率可为不同的。在又一实施例中，具有大小不同的向外突出部的分离的离子源可用于两个离子束应用。此两个离子源可与相同的散热器或两个不同的散热器一起使用。此外，散热器可维持为相同的或不同的温度。

此外，在某些实施例中，可使用填隙片来调整间隙。举例来说，图5A至图5B示出具有被形成为锥形柱体的向外突出部550的离子源510。散热器580具有形状相似的凹腔581。通过改变向外突出部550插置入凹腔581中的深度，可改变间隙582。图5A示出用以在离子源510的本体与散热器580的本体之间提供第一间距的第一组填隙片501。由于向外突出部550及凹腔581二者均为锥形的，因此使用填隙片生成了位于凹腔581的背面处的间距及介于向外突出部550的侧面与凹腔581的侧面之间的间隙582二者。如上，初始间隙的大小可帮助确定离子源510的最终温度。图5B示出离子源510及散热器580以及安置于离子源510与散热器580之间的第二组填隙片502。第二组填隙片502比第一组填隙片501厚，且因此在向外突出部550的侧面与凹腔581的侧面之间生成较大的间隙582。因此，如果向外突出部550及凹腔581是锥形的，则可使用填隙片来改变这些组件之间的初始间隙。此提供调节离子源510的温度的另一机制。

此外，尽管图5A至图5B公开了为锥形柱体的向外突出部550、及互补形状的凹腔581的使用，然而其他实施例也为可能的。举例来说，可使用任何的锥形形状。举例来说，图6B、图6D、图6F、图6H及图6I均阐述其他可使用的锥形形状。此外，在某些实施例中，向外突出部550与凹腔581中的仅一者是锥形的。举例来说，向外突出部550可为锥形柱体，而凹腔581可不为锥形的。

因此，具有锥形、与不同大小的填隙片耦合的向外突出部550的使用允许使用另一参数来调节离子源510的温度。举例来说，在某些实施例中，包括离子源510及散热器580的一组组件用以生成多个温度。举例来说，其中每一组具有不同厚度的多组填隙片可与离子源510及散热器580一起使用，以实现不同的温度。因此，在某些实施例中，散热器580的温度保持恒定，而离子源510的温度通过使用不同组的填隙片而调变。

此外，在某些实施例中，基于离子束应用，可使用这些技术的组合。换句话说，可使用以下机制中的一者或多者来调节离子源的温度：

○散热器的温度，散热器的温度可通过以下而设立：

○改变流经散热器中的通道的冷却剂流体的温度；或

○改变流经散热器中的通道的冷却剂流体的流动速率；以及

○向外突出部与凹腔之间的初始间隙，初始间隙可通过以下而设立：

○在其中使用锥形的向外突出部的情形中，改变填隙片的厚度；或

○通过使用多个散热器来改变凹腔的大小；或

○通过使用多个离子源来改变向外突出部的大小。

如以上所注解，本发明并非仅限于向外突出部50及凹腔81的特定实施例。可使用多个不同的形状。图6A至图6I示出适合用于向外突出部的多种不同的形状。当然，此并不代表适合的所有可能形状，而仅为了说明各种可能性。

图6A示出自离子源10延伸的、呈柱体形状的向外突出部50的俯视图及侧视图。图6B示出自离子源10延伸的、呈锥形柱体形状的向外突出部51的俯视图及侧视图。图6C示出自离子源10延伸的、呈矩形棱柱体形状的向外突出部52的俯视图及侧视图。图6D示出自离子源10延伸的、呈锥形的矩形棱柱体形状的向外突出部53的俯视图及侧视图。在这些实施例中的每一者中，散热器80的凹腔81被形成为互补的形状，以使向外突出部适配于凹腔81内。此外，在这些实施例中的每一者中，存在自腔室壁延伸的单个向外突出部。

然而，其他实施例也为可能的。举例来说，图6E至图6I分别示出具有多个向外突出部的离子源10。图6E示出自离子源10延伸的多个向外突出部54的俯视图及侧视图，多个向外突出部54分别呈柱体的形状。图6F示出自离子源10延伸的多个向外突出部55的俯视图及侧视图，多个向外突出部55分别呈锥形柱体的形状。图6G示出自离子源10延伸的多个向外突出部56的俯视图及侧视图，多个向外突出部56分别呈矩形棱柱的形状。图6H示出自离子源10延伸的多个向外突出部57的俯视图及侧视图，多个向外突出部57分别呈锥形的矩形棱柱的形状。尽管以上所有的实施例均阐述了其基部处的宽度与其远端处的宽度至少相等的向外突出部，但其他实施例也为可能的。举例来说，图6I示出自离子源10延伸的多个向外突出部58的俯视图及侧视图，多个向外突出部58分别呈倒转的锥形的矩形棱柱的形状。在此实施例中，离子源10可滑到散热器80上的定位中。

尽管本发明将离子源阐述为具有向外突出部，然而其他实施例也为可能的。举例来说，离子源可被设计成离子源的热膨胀会使得与散热器发生高压热接触。在某些实施例中，离子源的一部分安置于散热器中的凹腔中，进而使得热膨胀会使一部分接触凹腔的侧面。

本发明的各实施例具有诸多优点。第一，在真空环境中的在离子源与散热器之间的热传递趋于不良的。通过利用离子源的热膨胀，且更具体来说向外突出部的热膨胀，以在离子源与散热器之间生成高压热接触，热传递得到极大改善。事实上，在一个测试中，离子源的温度减少了超过1000℃！此外，本装置允许使用以下两个不同的参数来对离子源的温度进行调整：散热器的温度、及向外突出部与凹腔之间的初始间隙。通过具有两个调谐参数，可能实现宽的离子源温度范围。此外，这些调谐参数使得能够简单且容易地实现每一特定的离子束最优化。此外，通过此装置实现的冷却量比使用其他方法可能实现的冷却量大。最后，在例如高离子束电流应用等某些离子束应用中，通过降低离子源的温度提高了束电流及掺杂剂物质的离子化效率。此可降低掺杂剂物质的消耗，同时提高所植入的掺杂剂的浓度。

本发明在范围上不受本文中所阐述的具体实施例的限制。实际上，通过阅读以上说明及附图，对所属领域的普通技术人员来说，除本文中所阐述的实施例及润饰之外，本发明的其他各种实施例及对本发明的润饰也将显而易见。因此，这些其他实施例及润饰旨在落于本发明的范围内。此外，尽管在本文中已在用于具体目的的在具体环境中的具体实作方式的上下文中阐述了本发明，然而所属领域的普通技术人员将认识到，本发明的有用性并非仅限于此，且本发明可出于任何数目的目的而有益地实作于任何数目的环境中。因此，以上提出的权利要求应虑及如本文中所阐述的本发明的全部广度及精神来进行解释。

Claims (12)

1.一种产生离子束的装置，其特征在于，包括：

离子源，包括多个腔室壁，其中向外突出部自所述多个腔室壁中的一者向外延伸，以及

散热器，具有凹腔，其中所述向外突出部安置于所述凹腔中，且所述向外突出部与所述凹腔为互补的形状，当所述离子源的温度升高时，所述向外突出部因热膨胀而压靠在所述散热器的所述凹腔内而实现高压热接触。

2.根据权利要求1所述的产生离子束的装置，其特征在于，在室温下，在所述向外突出部与所述凹腔之间存在初始间隙，且其中所述离子源的温度是基于所述散热器的温度及所述初始间隙来确定。

3.根据权利要求2所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述散热器包括通道，且所述散热器的所述温度是基于流经所述通道的冷却剂流体的温度来确定。

4.根据权利要求2所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述散热器包括通道，且所述散热器的所述温度是基于流经所述通道的冷却剂流体的流动速率来确定。

5.根据权利要求1所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述向外突出部包括柱体。

6.根据权利要求1所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述向外突出部包括锥形柱体。

7.根据权利要求1所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述离子源包括位于第一腔室壁上的提取孔，且所述向外突出部安置于与所述第一腔室壁相对的第二腔室壁上。

8.一种产生离子束的装置，其特征在于，包括：

离子源，包括多个腔室壁，其中锥形的向外突出部自所述多个腔室壁中的一者向外延伸，以及

散热器，具有凹腔，其中所述锥形的向外突出部安置于所述凹腔中；

其中在室温下，在所述锥形的向外突出部与所述凹腔之间存在初始间隙，且

其中所述离子源的温度是基于所述散热器的温度及所述初始间隙来确定。

9.根据权利要求8所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述锥形的向外突出部与所述凹腔为互补的形状。

10.根据权利要求8所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述散热器包括通道，且所述散热器的所述温度是基于流经所述通道的冷却剂流体的温度来确定。

11.根据权利要求8所述的产生离子束的装置，其特征在于，所述散热器包括通道，且所述散热器的所述温度是基于流经所述通道的冷却剂流体的流动速率来确定。

12.根据权利要求8所述的产生离子束的装置，其特征在于，还包括一组填隙片，所述一组填隙片安置于所述多个腔室壁中的所述一者与所述散热器之间以设定所述锥形的向外突出部与所述凹腔之间的所述初始间隙，其中所述散热器的所述温度是基于所述一组填隙片的厚度来确定。

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