CN115472479A - 一种射频离子源中和器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频离子源中和器,将保持电极下陷进入了陶瓷杯内部形成了良好的对发射电极电场,从而对电子有更好的抽出效率和对离子有更好的吸附效率,可提高电子抽出效率15%左右,包括保持电极(1)、发射电极(3)、陶瓷杯(4)、发射线圈(5)、绝缘充气头(6)、RF电源(7)、保持电极绝缘陶瓷(8)、接地壳体(10),所述保持电极(1)下陷进入陶瓷杯(4)内部,在保持电极(1)下陷于陶瓷杯(4)内部部分的外周上套设在绝缘环(2),在保持电极(1)下陷端的中部设置有保持电极中心小孔(9)。

Description

一种射频离子源中和器
技术领域
本发明涉及等离子镀膜设备技术领域,具体地说,是一种射频离子源中和器。
背景技术
如图1所示,现有射频离子源中和器采用射频电源作为等离子体发生机构,等离子体发射在一个密闭的绝缘的环境中进行,由陶瓷杯4和陶瓷盖板17构成,陶瓷盖板17中心有一小孔18,保证陶瓷杯4内气压满足离化的高气压条件,下侧充入离化气体,陶瓷杯4内部有发射电极3。离化后的等离子体14再通过发生极和相对于地的电场进行电子选择性抽出,同时对于抽出电子束需要做一定的整形,故在发射电极3对地电场之间穿插了一个保持电极1,在保持电极1与发射电极3之间叠加一电压矫正发射电子束12的形状与方向。但现有技术发射电极1和保持电极3在中间做了一定的隔离距离,使用高温陶瓷板做隔离材料,此结构需要电子先通过陶瓷盖板17才能将电子抽出,抽出效率偏低,因为为了保证陶瓷杯4内部处于离化的高气压,陶瓷盖板17必须中心做成一小孔,但该小孔的流导并不是很完善,气体流导偏小导致电子的迁移能量也弱,从而导致发射电极与对地电场和对对保持电极电场的阻抗很大。从而电子并不能很好的从陶瓷杯(射频离化陶瓷杯)4内抽出,抽出电流偏小,导致在电子束经过陶瓷盖板17与保持电极1之间的距离时,除形成发射电子束之外还形成散射电子13。
发明内容
本发明的目的在于设计一种射频离子源中和器,将保持电极下陷进入了陶瓷杯内部形成了良好的对发射电极电场,从而对电子有更好的抽出效率和对离子有更好的吸附效率,可提高电子抽出效率15%左右。
本发明通过下述技术方案实现:一种射频离子源中和器,包括保持电极、发射电极、陶瓷杯、发射线圈、绝缘充气头、RF电源、保持电极绝缘陶瓷、接地壳体,所述保持电极下陷进入陶瓷杯内部,在保持电极下陷于陶瓷杯内部部分的外周上套设在绝缘环,在保持电极下陷端的中部设置有保持电极中心小孔。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述保持电极设置有过渡区和敞口区,且敞口区沿发射电子束的方向截面呈等腰梯形状,过渡区沿发射电子束的方向截面呈矩形状,矩形与等腰梯形衔接的边位于等腰梯形的短底边。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述绝缘环为阶梯状双层结构,且位于近陶瓷杯内部侧的内环径为大内环径,大内环径小于等于发射电极的内径。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述保持电极中心小孔的孔径E:保持电极的过渡区的直径C:保持电极的敞口区的出口直径D为2~3:20~30:36.5~55。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述保持电极中心小孔的孔径E:过渡区的直径C:敞口区的出口直径D为2:20:36.5。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述过渡区的深度A:敞口区的深度B为5~6:8~9。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述过渡区的深度A:敞口区的深度B为5.2:8.3。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述绝缘环采用氮化硅材料。
进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述接地壳体与接地工件相连接。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
本发明通过保持电极下陷进入陶瓷杯内部结构并保留保持电极中心小孔结构,让保持电极大面积暴露在陶瓷杯内部形成与发射电极的良好电场。
本发明绝缘环与接地壳体绝缘接触保护了保持电极不对地短路,内侧又与保持电极做了良好的密封和绝缘结构。
本发明绝缘环采用氮化硅材料满足长期使用要求,满足高温使用杜绝以往氧化铝陶瓷的寿命短容易炸了的问题。
与传统需要拆卸掉保持电极的固定螺钉,再拆卸掉下面的陶瓷盖板螺钉,才能进行内部的保养清洁维护工作相比,本发明安装拆卸简单,维护保养过程中裁掉保持电极就可以将陶瓷杯直接取掉,进行陶瓷杯内部的保养工作。从而提高一定的效率,并使结构简化。
附图说明
图1为现有技术的射频离子源中和器结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明所述保持电极的结构示意图。
其中,1-保持电极、2-绝缘环、3-发射电极、4-陶瓷杯、5-射频线圈、6-绝缘充气接头、7-RF电源、8-保持电极绝缘陶瓷、9-保持电极中心小孔、10-接地壳体、11-接地工件、12-发射电子束、13-散射电子、14-等离子体、15-过渡区、16-敞口区、17-陶瓷盖板、18-小孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”、“布设”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体,具体通过什么手段不限于螺接、过盈配合、铆接、螺纹辅助连接等各种常规机械连接方式。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1:
如图2~图3所示,一种射频离子源中和器,将保持电极下陷进入了陶瓷杯内部形成了良好的对发射电极电场,从而对电子有更好的抽出效率和对离子有更好的吸附效率,可提高电子抽出效率15%左右,包括保持电极1、发射电极3、陶瓷杯4、发射线圈5、绝缘充气头6、RF电源7、保持电极绝缘陶瓷8、接地壳体10,所述保持电极1下陷进入陶瓷杯4内部,在保持电极1下陷于陶瓷杯4内部部分的外周上套设在绝缘环2,在保持电极1下陷端的中部设置有保持电极中心小孔9。
作为优选的设置方案,保持电极1下陷进入陶瓷杯4内部,在保持电极1下陷于陶瓷杯4内部部分的外周上内凹形成一圈安装位用于套设绝缘环2,绝缘环2通过接地壳体10进一步的固定在陶瓷杯4的杯口处,保持电极1下陷端的中部贯通形成保持电极中心小孔9整个保持电极1与陶瓷杯4的配合结构,能够让保持电极大面积的暴露在陶瓷杯内部形成与发射电极3的良好电场。与绝缘环2的配合关系,使绝缘环2与接地壳体10绝缘接触保护了保持电极1不对地短路,内侧又与保持电极1做了良好的密封和绝缘。
工作时,氩气(离化气体)通过金属管导入绝缘充气接头6将气体通入到陶瓷杯4和2绝缘环、保持电极1构成的相对密闭的空间中。再由RF电源7将射频能量导入至射频线圈5中进行电磁震荡作用于陶瓷杯4内部的气体,使气体离化产生等离子体14。并在发射电极3中通入一个电压吸收正离子,同时将电子加速至绝缘环2方向,并由保持电极1抽出并聚焦电子,抽出过程通过保持电极中心小孔9通道最后形成电子束流(发射电子束12),保持电极1与接地壳体10通过保持电极绝缘陶瓷8进行绝缘。最后抽出并一定聚焦的电子(发射电子束12)发射至接地工件11上,抽出的电子将完全聚焦为发射电子束12,而不会形成散射电子,达到具有更好的抽出效率和对离子有更好的吸附效率的目的。
实施例2:
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述保持电极1设置有过渡区15和敞口区16,且敞口区沿发射电子束13的方向截面呈等腰梯形状,过渡区沿发射电子束13的方向截面呈矩形状,矩形与等腰梯形衔接的边位于等腰梯形的短底边。
实施例3:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述绝缘环2为阶梯状双层结构,且位于近陶瓷杯4内部侧的内环径为大内环径,大内环径小于等于发射电极3的内径。
实施例4:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述保持电极中心小孔9的孔径E:保持电极1的过渡区15的直径C:保持电极1的敞口区16的出口直径D为2~3:20~30:36.5~55,优选的为2:20:36.5。
实施例5:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述过渡区15的深度A:敞口区16的深度B为5~6:8~9,优选的为5.2:8.3。
实施例6:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述绝缘环2采用氮化硅材料,满足高温使用杜绝以往氧化铝陶瓷的寿命短容易炸了的问题。
实施例7:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,进一步的为更好地实现本发明所述的一种射频离子源中和器,特别采用下述设置结构:所述接地壳体10与接地工件11相连接。
实施例8:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化,与前述技术方案相同之处在此不再赘述,如图2、图3所示,一种射频离子源中和器,包括保持电极1、发射电极3、采用氮化硅材料的陶瓷杯4、发射线圈5、绝缘充气头6、RF电源7、保持电极绝缘陶瓷8、接地壳体10,保持电极1下陷进入陶瓷杯4内部,在保持电极1下陷于陶瓷杯4内部部分的外周上内凹形成一圈安装位用于套设绝缘环2,绝缘环2通过接地壳体10进一步的固定在陶瓷杯4的杯口处,保持电极1下陷端的中部贯通形成保持电极中心小孔9整个保持电极1与陶瓷杯4的配合结构,能够让保持电极大面积的暴露在陶瓷杯内部形成与发射电极3的良好电场。与绝缘环2的配合关系,使绝缘环2与接地壳体10绝缘接触保护了保持电极1不对地短路,内侧又与保持电极1做了良好的密封和绝缘,接地壳体10与接地工件11连接;其中,保持电极1设置有过渡区15和敞口区16,且敞口区沿发射电子束13的方向截面呈等腰梯形状,过渡区沿发射电子束13的方向截面呈矩形状,矩形与等腰梯形衔接的边位于等腰梯形的短底边;绝缘环2为阶梯状双层结构,且位于近陶瓷杯4内部侧的内环径为大内环径,大内环径小于等于发射电极3的内径,在设置时可以参考如下尺寸进行涉及保持电极1:保持电极中心小孔9的孔径E为2mm,保持电极1的过渡区15的直径C为20mm,保持电极1的敞口区16的出口直径D为36.5mm,过渡区15的深度A为5.2mm,敞口区16的深度B为8.3mm。
工作时,氩气(离化气体)通过金属管导入绝缘充气接头6将气体通入到陶瓷杯4和2绝缘环、保持电极1构成的相对密闭的空间中。再由RF电源7将射频能量导入至射频线圈5中进行电磁震荡作用于陶瓷杯4内部的气体,使气体离化产生等离子体14。并在发射电极3中通入一个电压吸收正离子,同时将电子加速至绝缘环2方向,并由保持电极1抽出并聚焦电子,抽出过程通过保持电极中心小孔9通道最后形成电子束流(发射电子束12),保持电极1与接地壳体10通过保持电极绝缘陶瓷8进行绝缘。最后抽出并一定聚焦的电子(发射电子束12)发射至接地工件11上,抽出的电子将完全聚焦为发射电子束12,而不会形成散射电子,达到具有更好的抽出效率和对离子有更好的吸附效率的目的。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种射频离子源中和器,包括保持电极(1)、发射电极(3)、陶瓷杯(4)、发射线圈(5)、绝缘充气头(6)、RF电源(7)、保持电极绝缘陶瓷(8)、接地壳体(10),其特征在于:所述保持电极(1)下陷进入陶瓷杯(4)内部,在保持电极(1)下陷于陶瓷杯(4)内部部分的外周上套设在绝缘环(2),在保持电极(1)下陷端的中部设置有保持电极中心小孔(9)。
2.根据权利要求1所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述保持电极(1)设置有过渡区(15)和敞口区(16),且敞口区沿发射电子束(13)的方向截面呈等腰梯形状,过渡区沿发射电子束(13)的方向截面呈矩形状,矩形与等腰梯形衔接的边位于等腰梯形的短底边。
3.根据权利要求2所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述绝缘环(2)为阶梯状双层结构,且位于近陶瓷杯(4)内部侧的内环径为大内环径,大内环径小于等于发射电极(3)的内径。
4.根据权利要求2所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述保持电极中心小孔(9)的孔径E:保持电极(1)的过渡区(15)的直径C:保持电极(1)的敞口区(16)的出口直径D为2~3:20~30:36.5~55。
5.根据权利要求4所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述保持电极中心小孔(9)的孔径E:过渡区(15)的直径C:敞口区(16)的出口直径D为2:20:36.5。
6.根据权利要求2~5任一项所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述过渡区(15)的深度A:敞口区(16)的深度B为5~6:8~9。
7.根据权利要求6所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述过渡区(15)的深度A:敞口区(16)的深度B为5.2:8.3。
8.根据权利要求1~5、7任一项所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述绝缘环(2)采用氮化硅材料。
9.根据权利要求1~5、7任一项所述的一种射频离子源中和器,其特征在于:所述接地壳体(10)与接地工件(11)相连接。
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