CN1787162A - 能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用在离子注入机设备中的离子源装置，特别是一种能引出低熔点金属离子的离子源，该方法针对潘宁离子源的对阴极做了改进，改进的办法是使对阴极内部挖空，在对阴极面打一个小孔，这样对阴极就成为一个带有孔洞的圆杯状腔壳，腔壳内包的低熔点金属物质于是就通过挥发进入放电室并被电离成离子，从而使离子源引出低熔点金属离子。这种改进源的最大特点是结构简单，操作方便。

Description

能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源
技术领域
本发明涉及一种用在离子注入机设备中的离子源装置，特别是指一种能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源。
技术背景
离子注入技术是集成电路、半导体器件、材料改性等研究和生产中不可缺少的一种成熟工艺技术，离子源又是离子注入机中引出可用离子的重要部份，其中冷阴极潘宁源在离子注入机上使用的离子源中具有结构简单、占用一种电源、调节束流方便、工作可靠等优点，因此被广泛地应用在离子注入等领域，但这种离子源仅适用于气态物质，不能引出固态金属离子。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，这种改进的离子源可以引出低熔点的固态金属离子。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其中包括：
一水套，为一空圆桶状，其侧面有一进水口，一出水口；
一永久磁铁圆柱体，该永久磁铁圆柱体置于圆桶形水套内并与圆桶形水套同轴，永久磁铁圆柱体与水套内壁形成空间，进、出水口与空间相通，空间充满水，用于冷却；
一软铁圆柱体，置于水套内的永久磁铁圆柱体的前端，并与永久磁铁圆柱体具有同样的直径，该软铁圆柱体也与圆桶形水套同轴；
一阳极，形状如短圆管，置于水套的外端，与圆桶形水套同轴；
一阴极，是一带有圆孔的圆片，置于阳极的外端，与圆桶形水套同轴；
一引出电极，形如圆形漏斗，该引出电极与阴极同轴，置于阴极的外端，并与阴极有一预定距离；
其一对阴极，为圆杯状腔体，其杯口固置于水套的外端，与圆桶形水套同轴；
阳极与圆杯状对阴极腔体有一预定距离，阴极隔阳极，置于圆杯状对阴极腔体的对面，与圆杯状对阴极有一预定距离。
所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其所述圆杯状对阴极腔体，底端中心开有一小孔，小孔直径为0.9～1.1mm。
所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其所述小孔，朝向潘宁离子源的电离放电室。
所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其所述圆杯状对阴极腔体，制造材料是钼或石墨或其它导电材料。
所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其所述圆杯状对阴极腔体的制作方法，包括如下步骤：
1)取一圆柱形导体；
2)从一端将圆柱体内部挖空，使一面敞开，而另一面封闭，形成一个一头开口的圆杯状罩；
3)在圆杯状罩的封闭端面的中心处钻一小孔，即成。
所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其所述圆杯状腔体内，盛装低熔点金属锂、铟、硒、鋅、锑或镁中的一种。
本发明改进后的冷阴极潘宁源的主要特点是，引出气态物质的同时还能引出固态低熔点的金属离子。
附图说明
图1.本发明改进的潘宁离子源结构示意图；
图2.图1中能装低熔点金属的对阴极圆杯状腔体结构剖面示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，为改进的潘宁离子源结构示意图，其包括：
一水套11，该水套11为一空圆桶状，其侧面有一进水口131，一出水口132，进、出水口131、132与空间相通，空间充满水，用于冷却；
一永久磁铁圆柱体12，该永久磁铁圆柱体12置于圆桶形水套11内并与圆桶形水套同轴；
一软铁圆柱体13，该软铁圆柱体13也是一个永久磁铁，其置于水套11内的永久磁铁12的前端(或右端)，而且与永久磁铁圆柱体12紧邻，并与永久磁铁圆柱体12具有同样的直径，该软铁圆柱体13也与圆桶形水套11同轴；
一对阴极14，该对阴极为圆杯状腔体，该对阴极14置于水套11的外端，对阴极14与水套11焊接；
一阳极21，该阳极21的形状如短圆管，该阳极21置于水套11的外端，与圆杯状对阴极腔体14有一预定距离，该阳极21与圆桶形水套同轴；
一阴极31，该阴极31是一带有圆孔32的圆片，置于圆杯状对阴极腔体14的对面，与圆杯状对阴极腔体14有一预定距离，该阴极31与圆桶形水套11同轴；
一引出电极33，该引出电极33形如圆形漏斗，该引出电极33与阴极31同轴，该引出电极33置于阴极31的另一端，并与阴极31有一预定距离。
请参阅图2所示，为图1中能装低熔点金属的对阴极圆杯状腔体14结构剖面示意图。关键是加工制作一种带有小孔的对阴极圆杯状腔体14，小孔的直径为1毫米左右，以便能盛装低熔点金属，所述加工包括如下步骤：
1)取一导电的圆柱体；
2)使圆柱体挖空形成空腔143，并且一面敞开，而另一面不敞开，形成一个一头开口的圆杯状罩142；
3)在圆杯状罩142的封口端面(开口端的对面)的中心处钻一小孔141。
其中所述的圆杯状罩142为用钼或石墨等其它导电材料制造，低熔点金属材料放到圆杯状罩142的空腔143内。
本发明使离子源的对阴极14内部挖空，在对阴极14的封闭面打一个小孔141，使得对阴极14成为一个带有孔洞141的腔壳，腔壳内包的低熔点金属物质于是就通过挥发进入放电室并被电离成离子，这种改进的离子源能引出低熔点的金属离子。
实施例
对锂等几种固态金属做引束实验。使用氦气作为辅助性气体，在高能离子注入机上引得束流，进而使束流直接引到靶室的靶片上，得到的离子束流如下所示：
  材料   熔点(度)   同位素和离子流强   同位素和离子流强   同位素和离子流强
  锂   179   Li(7)20μA
  铟   156   In(115)10μA
  硒   217   Se(78)6.5μA   Se(80)15μA   Se(82)3.5μA
  鋅   417   Zn(64)40μA   Zn(66)27μA
  锑   631   Sb(121)28μA   Sb(123)20μA
  镁   651   Mg(24)24μA   Mg(25)3.5μA   Mg(26)4.5μA
利用冷阴极改进型潘宁源引出了低熔点固态金属离子，已经利用此源引出了这六种低熔点金属离子，并做了离子注入实验，取得良好的结果。

Claims (6)

1、一种能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其中包括：
一水套，为一空圆桶状，其侧面有一进水口，一出水口；
一永久磁铁圆柱体，该永久磁铁圆柱体置于圆桶形水套内并与圆桶形水套同轴，永久磁铁圆柱体与水套内壁形成空间，进、出水口与空间相通，空间充满水，用于冷却；
一软铁圆柱体，置于水套内的永久磁铁圆柱体的前端，并与永久磁铁圆柱体具有同样的直径，该软铁圆柱体也与圆桶形水套同轴；
一阳极，形状如短圆管，置于水套的外端，与圆桶形水套同轴；
一阴极，是一带有圆孔的圆片，置于阳极的外端，与圆桶形水套同轴；
一引出电极，形如圆形漏斗，该引出电极与阴极同轴，置于阴极的外端，并与阴极有一预定距离；其特征在于，
一对阴极，为圆杯状腔体，其杯口固置于水套的外端，与圆桶形水套同轴；
阳极与圆杯状对阴极腔体有一预定距离，阴极隔阳极，置于圆杯状对阴极腔体的对面，与圆杯状对阴极有一预定距离。
2、根据权利要求1所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其特征在于，所述圆杯状对阴极腔体，底端中心开有一小孔，小孔直径为0.9～1.1mm。
3、根据权利要求2所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其特征在于，所述小孔，朝向潘宁离子源的电离放电室。
4、根据权利要求1所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其特征在于，所述圆杯状对阴极腔体，制造材料是钼或石墨或其它导电材料。
5、根据权利要求1所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其特征在于，所述圆杯状对阴极腔体的制作方法，包括如下步骤：
1)取一圆柱形导体；
2)从一端将圆柱体内部挖空，使一面敞开，而另一面封闭，形成一个一头开口的圆杯状罩；
3)在圆杯状罩的封闭端面的中心处钻一小孔，即成。
6.根据权利要求1、2或4所述的能引出低熔点金属离子的冷阴极潘宁离子源，其特征在于，所述圆杯状腔体内，盛装低熔点金属锂、铟、硒、鋅、锑或镁中的一种。
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