CN114429892A - 热电子发射阴极及其组成的热电子和离子发射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热电子发射阴极及其组成的热电子和离子发射装置。一种热电子发射阴极，包括：热电子发射基底面；所述热电子发射基底面上分布有多个突起部。本发明提供的阴极具有更大的比表面积，释放热电子的面积更大，可以提高热电子的利用率，延长设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体生产设备领域，特别涉及一种热电子发射阴极及其组成的热电子和离子发射装置。
背景技术
在半导体的制作工艺中，通常需要向半导体晶圆或者其他元件中注入离子，以改变导电性或改变晶体结构。注入离子所用的装置称为离子注入装置。
离子注入装置中等离子的产生过程是：通入电流加热灯丝，从而产生热电子，再通过该热电子加热阴极，从被加热的阴极产生的热电子在电弧室内加速，与电弧室内的源气体分子碰撞，使源气体分子中所含的原子电离，从而产生等离子。如上文所述，等离子是在电弧室中产生，热电子是在电弧室中的热电子放出部产生。热电子放出部结构如图1所示，其主要由灯丝11和阴极组成。其中，阴极包括阴极罩12以及可选择性设置的隔热条及用于固定阴极的固定元件13等，阴极罩12朝向电弧室内部用于放出热电子，现有的阴极罩的热电子发射面通常为平面状，如图2所示，这种形状的发射面导致其在固定空间内的表面积有限，从而放出的热电子量有限，这样既降低了热电子的利用率，又容易造成电弧室内的污染，缩短离子源使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热电子发射阴极，该阴极具有更大的比表面积，释放热电子的面积更大，可以提高热电子的利用率，延长设备使用寿命。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种热电子发射阴极，包括：
热电子发射基底面；
所述热电子发射基底面上分布有多个突起部。
该阴极在基底面上设置了多个突起部，由于突起部的发射面更多，因此增加了阴极的热电子发射量，从而提高热电子的利用率，延长设备使用寿命，同时降低了维修成本。其中，突起部的形状是任意的，包括但不限于球形、半球形、椭圆体、规则或不规则的多面体等。
上述热电子发射阴极可用于任意需要发射热电子的装置中，包括但不限于X射线源、离子发射源等，可用于制作存储半导体(DRAM、SRAM)、LSI半导体、,逻辑器件等。
与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)在同样空间内，提高了阴极的热电子发射面积。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为现有技术热电子发射阴极的结构示意图；
图2为图1中热电子发射面的投影图；
图3为本发明提供的热电子发射装置的结构示意图；
图4为图3热电子发射阴极的投影图；
图5为本发明提供的另一种热电子发射装置的结构示意图；
附图标记：
11-灯丝，12-阴极罩，13-固定元件，
21-灯丝，22-阴极，23-基底面，24-突起部，25-夹片。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本发明提供了一种可用于离子注入的热电子发射阴极，该阴极在不增加装置体积的前提下具有更高的热电子发射面积，因而兼具设备占地小和热电子发射更高的优点，其具体的结构如下。
如图3和图5所示的热电子发射装置，包括灯丝21，围绕所述灯丝21的热电子发射阴极22，以及用于固定所述热电子发射阴极22的夹片25。热电子发射阴极22具有热电子发射基底面23，该基底面23通常伸入热电子发射空间内部(例如伸入电弧室内部)，基底面上分布有多个突起部24。
上述的热电子发射装置由于设置的突起部24增加了热电子的发射面积，因而热电子发射量更大，避免了现有技术因热电子发射量不足要延长发射时长的问题，从而延长了设备使用寿命。
突起部24的形状是任意的，不限于图4所示的六棱柱体，还可以设计成球形、半球形、椭圆体、规则或不规则的四面体、五面体及更多面体等。图4的突起部24为凸出的六棱柱体，类似蜂窝状，可以提高对基底面的利用率，即在固定的面积的基底面上获得更多的发射面，该突起部具有7个发射面，而图1的阴极只有一个发射面。在同样的体积下，图3所示的阴极22的热电子发射面积比图1的提高了至少2倍以上。
突起部24的高度可根据设备使用情况调整，通常采用1～5mm的高度。
热电子发射阴极22的发射基底面23可采用现有的平面状，也可以采用表面积更大的形状，例如平滑的曲面，包括典型的球面，如图5所示。
图3中的夹片25是可选择性配置的，增加该结构可以提高阴极22稳定性，防止其断裂。
上述的阴极22可采用包括钨、钽在内的高熔点材料。灯丝21可采用典型的钨丝等。
上述热电子发射阴极可用于任意需要发射热电子的装置中，包括但不限于X射线源、离子发射源等，可用于制作存储半导体(DRAM、SRAM)、LSI半导体、,逻辑器件等。
以离子发生装置为例，上述阴极22作为离子发射源的一部分结构，通常设置于电弧室内，装置可能还包括其他必要的结构，例如磁场发生器、源气体注入元件等。
以离子发射源为例，采用本发明的阴极，其工作过程是：灯丝通电从而产生热电子，再通过该热电子加热阴极，从被加热的阴极产生的热电子在电弧室内加速，与电弧室内的源气体分子碰撞，使源气体分子中所含的原子电离，从而产生等离子。常见的源气体有氢(H2)、磷化氢(PH3)、砷化氢(AsH3)等氢化物，三氟化硼(BF3)、四氟化锗(GeF4)等氟化物，三氯化铟(InCl3)等氯化物、三碘化铟(InI3)等，碘化物等。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (10)
1.一种热电子发射阴极，其特征在于，包括：
热电子发射基底面；
所述热电子发射基底面上分布有多个突起部。
2.根据权利要求1所述的热电子发射阴极，其特征在于，所述突起部为多面体。
3.根据权利要求2所述的热电子发射阴极，其特征在于，所述突起部呈正六棱柱形或球形。
4.根据权利要求1所述的热电子发射阴极，其特征在于，所述多个突起部等间距分布。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热电子发射阴极，其特征在于，所述突起部的高度为1～5mm。
6.一种热电子发射装置，其特征在于，包括灯丝和权利要求1-5任一项所述的热电子发射阴极；所述热电子发射阴极围绕所述灯丝。
7.根据权利要求6所述的热电子发射装置，其特征在于，还包括用于固定所述热电子发射阴极的夹片。
8.一种离子发生装置，其特征在于，包括权利要求6或7所述的热电子发射装置。
9.权利要求1-5任一项所述的热电子发射阴极的制备方法，其特征在于，包括：采用模具以铸造方式制备所述热电子发射阴极。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述铸造之后，对所述突起部进行平滑处理。
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