CN109712861A - 一种防短路功能的离子光学系统及微型离子源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防短路功能的离子光学系统及微型离子源，离子光学系统包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接。为防止屏栅与加速栅之间短路，在所述绝缘体的内端面上设置金属颗粒阻拦凸起部、或者采用三层不等内径的环形绝缘体或者采用导流挡板。采用上述设置的离子光学系统的微型离子源具有较高的绝缘性能，保证了离子源装置的稳定运行。

Description

一种防短路功能的离子光学系统及微型离子源

技术领域

本发明涉及离子源技术领域，尤其涉及一种防短路功能的离子光学系统及微型离子源。

背景技术

目前，微型离子源在材料镀膜和加工中具有广阔的应用前景，微型离子源在电离室内电离工质产生等离子体，并通过离子光学系统直接加速等离子体。参见图1，离子光学系统一般包括屏栅1和加速栅2两个部分，屏栅1和加速栅2为多孔金属平板，通过在屏栅1和加速栅2之间施加1000V左右的电压在加速栅2和电离室内等离子体之间形成高电势降，大部分离子在电场的作用下通过加速栅2加速喷出，少部分离子未能通过加速栅孔而是直接轰击加速栅2，使得加速栅表面的金属以颗粒的形式离开加速栅。由于微型离子源体积小，难以布置复杂的绝缘结构，金属颗粒在屏栅1与加速栅2之间的绝缘体3内壁上沉积，形成一层导电的金属沉积带4，将屏栅1与加速栅2导通，造成短路，导致离子源无法正常工作。

因此，针对以上不足，阻止金属颗粒在绝缘体上沉积，避免屏栅与加速栅之间短路对微型离子源具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种防短路功能的离子光学系统及微型离子源。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种防短路功能的离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接。在所述绝缘体的内端面上设置金属颗粒阻拦凸起部，所述金属颗粒阻拦凸起部的靠近所述加速栅的侧面上形成金属沉积带。

优选的，所述金属颗粒阻拦凸起部的凸起顶点与所述屏栅上临近的屏栅孔的外缘平齐设置，所述凸起顶点距所述加速栅的距离不大于所述屏栅与加速栅的间距的四分之三。

优选的，所述金属颗粒阻拦凸起部为锥形凸起，所述锥形凸起的上锥面与所述屏栅形成夹角α，所述锥形凸起的下锥面与所述加速栅形成夹角β。

优选的，夹角α与夹角β的设置组合为α＝10°、β＝10°，或α＝10°、β＝15°，或α＝15°、β＝15°。

一种防短路功能的离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接，所述绝缘体包括三个环形绝缘体，上层环形绝缘体的上表面与所述屏栅抵接，下层环形绝缘体的下表面与所述加速栅抵接，中层环形绝缘体的内径小于上层环形绝缘体和下层环形绝缘体的内径。

优选的，所述中层环形绝缘体的内环面与所述屏栅上临近的屏栅孔的外缘平齐设置。

一种防短路功能的离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接，在靠近所述绝缘体侧的加速栅上设置导流挡板，所述导流挡板的下端与加速栅的上表面连接，导流挡板的上端远离所述绝缘体倾斜设置，所述导流挡板的上端外缘与邻近的屏栅的屏栅孔的外缘平齐设置，导流挡板的上端外缘距所述加速栅的距离不大于所述屏栅与加速栅的间距的四分之三。

一种栅极绝缘性高的微型离子源，所述微型离子源的离子光学系统采用上述的防短路功能的离子光学系统。

实施本发明的，具有以下有益效果：解决了现有微型离子源绝缘体内壁易出现金属沉积带导致屏栅与加速栅短路的缺点。

附图说明

图1是现有离子源的光学系统示意图；

图2是本发明实施例一的微型离子源的光学系统示意图；

图3是本发明实施例二的微型离子源的光学系统示意图；

图4是本发明实施例三的微型离子源的光学系统示意图。

图中：1：屏栅；2：加速栅；3：绝缘体；31：金属颗粒阻拦凸起部；4：金属沉积带；5：导流挡板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2所示，绝缘体3的内环面向内凸起形成金属颗粒阻拦凸起部。

具体的，一种离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅1和加速栅2，并通过绝缘体3使屏栅1和加速栅2的外端部支撑连接。在绝缘体3的内端面上设置金属颗粒阻拦凸起部31，金属颗粒阻拦凸起部31的靠近加速栅2的侧面上形成金属沉积带4。

金属颗粒阻拦凸起部31的凸起顶点与屏栅1上临近的屏栅孔的外缘平齐设置，凸起顶点距加速栅2的距离不大于屏栅1与加速栅2的间距的四分之三。

金属颗粒阻拦凸起部31为锥形凸起，锥形凸起的上锥面与屏栅1形成夹角α，锥形凸起的下锥面与加速栅2形成夹角β。

其中，夹角α与夹角β的设置组合为α＝10°、β＝10°，或α＝10°、β＝15°，或α＝15°、β＝15°……。上述角度可优化选择，

当离子轰击加速栅2时，产生的金属颗粒向绝缘体3内壁面运动，在此过程中金属颗粒阻拦凸起部31为锥形凸起的情况时，锥形凸起的下锥面阻拦并沉积金属颗粒，由此形成金属沉积带4，而上锥面上几乎无金属沉积，屏栅1与加速栅2通过锥形凸起的上锥面实现绝缘。

作为该实施例的扩展，锥形凸起也可以只是下锥面凸起而无上锥面的情况，即上锥面改为与屏栅1平行相隔的平面。

需要说明的是，凸起设置及扩展不限上述两种方式，凡是能起到遮挡金属颗粒并将其沉积于表面的均包含在内。

实施例二

如图3所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：绝缘体3包括三个环形绝缘体，上层环形绝缘体的上表面与屏栅1抵接，下层环形绝缘体的下表面与加速栅2抵接，中层环形绝缘体的内径小于上层环形绝缘体和下层环形绝缘体的内径。

其中，中层环形绝缘体的内环面与屏栅1上临近的屏栅孔的外缘平齐设置。

该实施例的中层环形绝缘体和下层环形绝缘体与加速栅2相临的表面作为金属沉积带阻挡金属颗粒。同样达到防止在屏栅1与加速栅2之间短路的效果。

实施例三

如图4所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：在靠近绝缘体3侧的加速栅2上设置导流挡板5，导流挡板5的下端与加速栅2的上表面连接，导流挡板5的上端远离绝缘体3倾斜设置，导流挡板5的上端外缘与邻近的屏栅1的屏栅孔的外缘平齐设置，导流挡板5的上端外缘距加速栅2的距离不大于屏栅1与加速栅2的间距的四分之三。

导流挡板5同样达到阻挡金属颗粒，并在其下表面吸附金属颗粒的效果，以此达到防止在屏栅1与加速栅2之间形成连接的金属沉积带导致短路的效果。

此外，还提供了一种栅极绝缘性高的微型离子源，所述微型离子源的离子光学系统采用上述的防短路功能的离子光学系统。

上述的凸起设置、三层绝缘体内环面不等长设置以及导流挡板的设置都简单易于实施，都能够解决现有微型离子源绝缘体内壁易出现金属沉积带导致屏栅与加速栅短路的缺点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种防短路功能的离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接，其特征在于：在所述绝缘体的内端面上设置金属颗粒阻拦凸起部，所述金属颗粒阻拦凸起部的靠近所述加速栅的侧面上形成金属沉积带。

2.根据权利要求1所述的离子光学系统，其特征在于：所述金属颗粒阻拦凸起部的凸起顶点与所述屏栅上临近的屏栅孔的外缘平齐设置，所述凸起顶点距所述加速栅的距离不大于所述屏栅与加速栅的间距的四分之三。

3.根据权利要求2所述的离子光学系统，其特征在于：所述金属颗粒阻拦凸起部为锥形凸起，所述锥形凸起的上锥面与所述屏栅形成夹角α，所述锥形凸起的下锥面与所述加速栅形成夹角β。

4.根据权利要求1所述的离子光学系统，其特征在于：夹角α与夹角β的设置组合为α＝10°、β＝10°，或α＝10°、β＝15°，或α＝15°、β＝15°。

5.一种防短路功能的离子光学系统，包括平行相对设置的屏栅和加速栅，并通过绝缘体使所述屏栅和加速栅的外端部支撑连接，其特征在于：所述绝缘体包括三个环形绝缘体，上层环形绝缘体的上表面与所述屏栅抵接，下层环形绝缘体的下表面与所述加速栅抵接，中层环形绝缘体的内径小于上层环形绝缘体和下层环形绝缘体的内径。

6.根据权利要求5所述的离子光学系统，其特征在于：所述中层环形绝缘体的内环面与所述屏栅上临近的屏栅孔的外缘平齐设置。

7.一种栅极绝缘性高的微型离子源，其特征在于，所述微型离子源的离子光学系统采用如权利要求1-6任一项所述的防短路功能的离子光学系统。