CN204102853U - 一种离子束流密度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种离子束流密度测量装置，属于束流密度测量技术领域。本实用新型包括离子收集杯、屏蔽罩、石墨垫、第一环形磁铁、第二环形磁铁和陶瓷垫圈；所述的离子收集杯和屏蔽罩通过陶瓷垫圈绝缘，该离子收集杯和屏蔽罩之间形成离子收集室；所述的离子收集杯的杯底设置有石墨垫，离子收集杯的杯体外壁包裹有第一环形磁铁和第二环形磁铁，所述的第一环形磁铁的N极远离离子收集杯的杯底，第一环形磁铁的S极靠近离子收集杯的杯底，所述的第二环形磁铁与第一环形磁铁的放置方向相反；所述的屏蔽罩的圆心处开设有锥形孔。本实用新型可以有效抑制二次电子和二次离子效应的产生，离子束流密度测量精度高，且结构简单，便于推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及束流密度测量技术领域，更具体地说，涉及一种离子束流密度测量装置。
背景技术
离子束是以近乎一致的速度，沿近乎一致的方向运动的一群离子。离子束作为一种强大的工具，在科学研究、工业制造和材料表征等领域，尤其是核子结构探测以及半导体离子掺杂等领域应用广泛。
在实际应用中，往往需要精确控制离子束的束流密度、能量等特性参数。测量离子束流密度最常用的工具是法拉第杯，法拉第杯作为一种传统的束流强度测量装置，在束流强度的归一化测量等方面具有不可替代的作用。而在使用法拉第杯进行束流强度测量过程中，会有两种因素造成测量误差，第一是入射的带电粒子撞击法拉第杯表面产生低能量的二次电子或二次离子而逃离；第二是入射粒子的反向散射。二次电子或二次离子的产生将严重影响离子束流密度的检测。
经检索，中国专利号ZL201020218105.1，授权公告日为2011年1月12日，发明创造名称为：法拉第杯，该申请案公开了一种法拉第杯，其包括一离子收集杯，所述离子收集杯包括一开口端、一封口端和一杯身，所述杯身外包裹有一个绝缘罩，所述开口端处设有一前屏蔽罩，所述封口端处设有一后屏蔽罩，所述前屏蔽罩与开口端之间加设有一前绝缘挡板，所述后屏蔽罩与封口端之间加设有一后绝缘挡板。该申请案的法拉第杯通过在离子收集杯外增加金属屏蔽罩，以屏蔽真空腔体内部散射的离子造成的干扰，达到准确有效收集目标离子的目的，但该申请案结构复杂、制造成本高，不便于推广应用。
发明内容
1.实用新型要解决的技术问题
本实用新型的目的在于解决现有法拉第杯受二次电子或二次离子效应的影响，离子束流密度测量误差大的问题，提供了一种离子束流密度测量装置，本实用新型可以有效抑制二次电子和二次离子效应的产生，离子束流密度测量精度高，且结构简单，便于推广应用。
2.技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
本实用新型的一种离子束流密度测量装置，包括离子收集杯、屏蔽罩、石墨垫、第一环形磁铁、第二环形磁铁和陶瓷垫圈；所述的离子收集杯和屏蔽罩通过陶瓷垫圈绝缘，该离子收集杯和屏蔽罩之间形成离子收集室；所述的离子收集杯的杯底设置有石墨垫，离子收集杯的杯体外壁包裹有第一环形磁铁和第二环形磁铁，所述的第一环形磁铁的N极远离离子收集杯的杯底，第一环形磁铁的S极靠近离子收集杯的杯底，所述的第二环形磁铁与第一环形磁铁的放置方向相反；所述的屏蔽罩的圆心处开设有锥形孔。
作为本实用新型更进一步的改进，所述的锥形孔远离离子收集杯一侧的孔径为0.5～2mm。
作为本实用新型更进一步的改进，所述的离子收集杯和屏蔽罩为黄铜。
作为本实用新型更进一步的改进，所述的离子收集杯接一灵敏电流计，所述的屏蔽罩接地。
作为本实用新型更进一步的改进，所述的陶瓷垫圈包括第一陶瓷垫圈和第二陶瓷垫圈，屏蔽罩、第一陶瓷垫圈、离子收集杯和第二陶瓷垫圈通过螺栓、螺母固连；所述的第一陶瓷垫圈位于屏蔽罩和离子收集杯之间，第二陶瓷垫圈位于离子收集杯和螺母之间。
3.有益效果
采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
(1)本实用新型的一种离子束流密度测量装置，其离子收集杯的杯体外壁包裹有第一环形磁铁和第二环形磁铁，且第一环形磁铁与第二环形磁铁的放置方向相反，通过两块环形磁铁产生磁场可以有效阻止二次电子和二次负离子背散射，减弱二次电子和二次负离子对离子束流密度测量的影响，其离子收集杯的杯底设置有石墨垫，可以有效减少二次正离子背散射，进而减弱二次正离子对离子束流密度测量的影响，离子束流密度测量精度高；
(2)本实用新型的一种离子束流密度测量装置，结构简单、制造成本低，便于推广应用。
附图说明
图1为本实用新型的一种离子束流密度测量装置的爆炸图；
图2为本实用新型的一种离子束流密度测量装置的左视图；
图3为本实用新型的一种离子束流密度测量装置的结构示意图。
示意图中的标号说明：
11、离子收集杯；111、垫圈安装孔；12、屏蔽罩；121、固定螺栓孔；122、锥形孔；2、离子收集室；3、石墨垫；41、第一环形磁铁；42、第二环形磁铁；51、螺栓；52、螺母；61、第一陶瓷垫圈；62、第二陶瓷垫圈。
具体实施方式
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
实施例1
结合附图，本实施例的一种离子束流密度测量装置(即法拉第杯)，包括离子收集杯11、屏蔽罩12、石墨垫3、第一环形磁铁41、第二环形磁铁42、第一陶瓷垫圈61和第二陶瓷垫圈62。本实施例从离子束的能量、离子束射入行程考虑，鉴于离子束射入行程较小，离子收集杯11和屏蔽罩12均采用黄铜制作，整个密度测量装置的制作成本低。
参看图2，所述的屏蔽罩12为圆形结构，该屏蔽罩12的圆心处开设有锥形孔122，锥形孔122远离离子收集杯11的一侧孔径小于靠近离子收集杯11一侧的孔径，该锥形孔122即为离子束的射入孔。鉴于离子束射入孔直径越小检测到的离子束流密度越精确，但孔径越小输出的电流越小，电流检测越困难，也会降低离子束流密度检测的精确度和灵敏度。从兼顾精确度和灵敏度的角度出发，设计锥形孔122远离离子收集杯11一侧的孔径为0.5～2mm，在该孔径范围内能够达到离子束射入稳定、束流密度检测精确、灵敏的目的，具体到本实施例锥形孔122远离离子收集杯11一侧的孔径为0.5mm。
所述的屏蔽罩12以锥形孔122为圆心的圆周上开设有固定螺栓孔121，对应的离子收集杯11与屏蔽罩12接触的杯壁上也开设有垫圈安装孔111。参看图1和图2，屏蔽罩12、第一陶瓷垫圈61、离子收集杯11和第二陶瓷垫圈62通过螺栓51、螺母52固连，使得离子收集杯11和屏蔽罩12之间形成离子收集室2。所述的第一陶瓷垫圈61位于屏蔽罩12和离子收集杯11之间，第二陶瓷垫圈62位于离子收集杯11和螺母52之间。第一陶瓷垫圈61和第二陶瓷垫圈62均插入垫圈安装孔111中，螺栓51贯穿固定螺栓孔121以及第一陶瓷垫圈61、第二陶瓷垫圈62开设的孔与离子收集杯11一侧的螺母52相连。本实施例通过陶瓷垫圈绝缘离子收集杯11和屏蔽罩12，能够保证射入离子束的稳定性，同时也有利于减弱二次电子或二次离子效应。所述的离子收集杯11接一型号为J0409的灵敏电流计，用于检测离子束产生电流。所述的屏蔽罩12接地，以有效消除测量装置外部电子和离子对检测结果的影响。
所述的离子收集杯11的杯底设置有石墨垫3。离子收集杯11的杯体外壁包裹有第一环形磁铁41和第二环形磁铁42，所述的第一环形磁铁41的N极远离离子收集杯11的杯底，第一环形磁铁41的S极靠近离子收集杯11的杯底。所述的第二环形磁铁42与第一环形磁铁41的放置方向相反，即第二环形磁铁42的N极靠近离子收集杯11的杯底，第二环形磁铁42的S极远离离子收集杯11的杯底。本实施例通过石墨垫3有效减少二次正离子背散射，进而减弱二次正离子对离子束流密度测量的影响，又通过第一环形磁铁41、第二环形磁铁42的设置产生磁场有效阻止二次电子和二次负离子背散射，减弱二次电子和二次负离子对离子束流密度测量的影响，离子束流密度测量精度高。
实施例2
本实施例的一种离子束流密度测量装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中锥形孔122远离离子收集杯11一侧的孔径为0.8mm。
实施例3
本实施例的一种离子束流密度测量装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中锥形孔122远离离子收集杯11一侧的孔径为2mm。
实施例1～3所述的一种离子束流密度测量装置，可以有效抑制二次电子和二次离子效应的产生，离子束流密度测量精度高，且结构简单、制造成本低，便于推广应用。
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种离子束流密度测量装置，包括离子收集杯(11)和屏蔽罩(12)，其特征在于：还包括石墨垫(3)、第一环形磁铁(41)、第二环形磁铁(42)和陶瓷垫圈；所述的离子收集杯(11)和屏蔽罩(12)通过陶瓷垫圈绝缘，该离子收集杯(11)和屏蔽罩(12)之间形成离子收集室(2)；所述的离子收集杯(11)的杯底设置有石墨垫(3)，离子收集杯(11)的杯体外壁包裹有第一环形磁铁(41)和第二环形磁铁(42)，所述的第一环形磁铁(41)的N极远离离子收集杯(11)的杯底，第一环形磁铁(41)的S极靠近离子收集杯(11)的杯底，所述的第二环形磁铁(42)与第一环形磁铁(41)的放置方向相反；所述的屏蔽罩(12)的圆心处开设有锥形孔(122)。
2.根据权利要求1所述的一种离子束流密度测量装置，其特征在于：所述的锥形孔(122)远离离子收集杯(11)一侧的孔径为0.5～2mm。
3.根据权利要求2所述的一种离子束流密度测量装置，其特征在于：所述的离子收集杯(11)和屏蔽罩(12)为黄铜。
4.根据权利要求2或3所述的一种离子束流密度测量装置，其特征在于：所述的离子收集杯(11)接一灵敏电流计，所述的屏蔽罩(12)接地。
5.根据权利要求4所述的一种离子束流密度测量装置，其特征在于：所述的陶瓷垫圈包括第一陶瓷垫圈(61)和第二陶瓷垫圈(62)，屏蔽罩(12)、第一陶瓷垫圈(61)、离子收集杯(11)和第二陶瓷垫圈(62)通过螺栓(51)、螺母(52)固连；所述的第一陶瓷垫圈(61)位于屏蔽罩(12)和离子收集杯(11)之间，第二陶瓷垫圈(62)位于离子收集杯(11)和螺母(52)之间。
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