CN215771057U - 射频离子源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种射频离子源，包括连接供气管路的放电腔体，设于放电腔体外的射频线圈，设于放电腔体前部的栅网，所述放电腔体的横截面面积大于所述栅网的面积，且所述放电腔体覆盖所述栅网；所述放电腔体通过供气管路导入气体，并在腔体内进行电离后通过所述栅网引出离子束；该技术方案，可以使得进入放电腔体的气体能够接收所有的射频功率，从而提升了气体电离效率，同时也提升了射频离子源产生离子束的效率。

Description

射频离子源

技术领域

本申请涉及离子源技术领域，尤其是一种射频离子源。

背景技术

离子源是一门用途广，类型多、涉及科学多、工艺技术性强、发展十分迅速的应用科学技术。

射频离子源通过射频电离产生等离子体，再通过栅网电场加速，使正离子加速产生离子束；射频离子源通过射频电离气体，一般连续工作时间可以到达1000小时以上，具有没有耗材、使用时间长以及发热量小的优点。

目前常用的离子源，为了增加离子束覆盖面积，一般都是增大射频离子源的栅网面积，然而这种技术普遍存在气体电离不足的缺陷，影响了气体电离效率和离子束产生效率。

实用新型内容

本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，提供一种射频离子源，提升射频离子源的气体电离和离子束产生效率。

一种射频离子源，包括连接供气管路的放电腔体，设于放电腔体外的射频线圈，设于放电腔体前部的栅网，所述放电腔体的横截面面积大于所述栅网的面积，且所述放电腔体覆盖所述栅网；所述放电腔体通过供气管路导入气体，并在腔体内进行电离后通过所述栅网引出离子束。

在一个实施例中，所述栅网包括：屏栅、加速栅和减速栅；其中，所述屏栅相对于地偏正极，所述减速栅接地，所述加速栅相对于地偏负极；其中，所述加速栅还连接高压继电器，通过高压继电器进行正负极的切换。

在一个实施例中，所述供气管路向放电腔体内延伸，所述供气管路的供气口延伸至栅网附近，将气体输送到所述栅网附近进行电离。

在一个实施例中，所述供气管路包括主管路和多个分管路向放电腔体进行供气；其中，各个分管路分布在所述放电腔体横截面上，并且各个分管路的供气口延伸至栅网附近。

在一个实施例中，所述主管路与各个分管路之间通过均气结构连接，用于将主管路的气体均匀输送到各个分管路。

在一个实施例中，各个分管路的供气口与加速栅的距离为12-16mm。

在一个实施例中，所述放电腔体包括：采用石英或者陶瓷制作的平板底部和金属钣金件构成的侧壁。

在一个实施例中，所述射频离子源的外壳外部设置有冷却水环路；其中，所述冷却水环路包括包裹在外壳周围的冷却槽，进水口位于设于低位位置，出水口设于高位位置。

在一个实施例中，所述放电腔体为长条形状，所述栅网包括多个拼接安装的栅网组件。

在一个实施例中，所述的射频离子源，还包括设置在放电腔体前端的栅网拼接件，所述栅网组件通过所述栅网拼接件固定在放电腔体上。

上述射频离子源，设计了放电腔体的横截面面积大于栅网的面积且完全覆盖栅网，放电腔体导入的气体可以得到充分电离后再通过栅网引出；该技术方案，可以使得进入放电腔体的气体能够接收所有的射频功率，从而提升了气体电离效率，同时也提升了射频离子源产生离子束的效率。

进一步的，供气管路向放电腔体内延伸使得供气口接近于栅网进行电离，从而缩短了供气口与加速栅的距离，提升离子电离效率，特别是对于分子质量比较重的气体能够得到充分电离。

进一步的，供气管路通过多个分布式的分管路向放电腔体进行供气，并且各个分管路的供气口延伸至栅网附近，可以进一步提升对气体的电离效率。

进一步的，放电腔体由采用石英或者陶瓷制作的平板底部和金属钣金件侧壁组成射频电离腔室，加工容易，便于制造。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是一个实施例的射频离子源结构示意图；

图2是气体电离区域示意图；

图3是放电腔体结构示意图；

图4是散热结构示意图；

图5是图4中的A-A剖面图；

图6是射频离子源栅网拼接示意图；

图7是射频线圈的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

参考图1，图1是一个实施例的射频离子源结构示意图，该图示是从侧面角度的切面图，如图所示，该射频离子源包括放电腔体10、栅网20和射频线圈30等部件构成；其中，放电腔体10底部连接供气管路40，射频线圈 30缠绕在放电腔体10外部，在放电腔体10前部设置栅网20加速离子束；放电腔体10的横截面面积大于栅网20的面积且放电腔体10完全覆盖栅网 20，由此，放电腔体10内气体电离空间区域大于栅网20，实现大宽度的离子束覆盖，可以形成条形离子源，放电腔体10通过供气管路40导入气体，并在放电腔体10内进行电离后通过栅网20引出离子束。

上述技术方案，可以使得进入放电腔体10的气体能够接收所有的射频功率，从而提升了气体电离效率，同时也提升了射频离子源产生离子束的效率。

进一步的，参考图1，栅网20可以包括屏栅21、加速栅22和减速栅23；屏栅21相对于地偏正极，减速栅23接地，加速栅22相对于地偏负极；如图中，加速栅22还连接高压继电器221，通过该高压继电器221进行加速删的正负极的切换；对于栅网20，其材料可以是钼、石墨、钛或者其他高导电，耐温材料等，其结构可以设计成平面形状(如图1)实现均匀刻蚀效果，也可以设计成凸面，实现大面积均匀作用效果，或者设计成凹面实现聚焦辅助效果；对于凸面和凹面设计方案可以根据实际情况进行设定，在此不再赘述。

在一个实施例中，对于供气管道结构，参考图1，本实施例提供的供气管路40向放电腔体10内延伸，供气管路40的供气口延伸至栅网20附近，将气体输送到栅网20附近进行电离；通过在栅网20附近进行电离气体，对于分子质量比较重的气体，如工艺中常用的氩气Ar等各种气体，电离效率更高。

另外，供气管路40还可以包括主管路41和多个分管路42(图中以3个分管路为例)向放电腔体10进行供气；其中，各个分管路42分布在所述放电腔体10横截面上，并且各个分管路42的供气口延伸至栅网20附近；优选的，各个分管路42的供气口与加速栅22的距离为12-16mm。

进一步的，主管路41与各个分管路42之间还可以通过均气结构43连接，从而可以将主管路41的气体均匀输送到各个分管路42，从而可以将气体均匀地导入放电腔体10空间中进行充分电离，如图2所示，图2是气体电离区域示意图，图中所示的虚线框位置为气体主要的电离区域，通过该电离区域可以看出，气体主要电离区域分别在放电腔体10内，而且接近于栅极20位置，可以提升电离效率和离子束产生效率。

上述实施例的技术方案，供气管路40向放电腔体10内延伸，使得供气口接近于栅网20进行电离，从而缩短了供气口与加速栅22的距离，提升离子电离效率，特别是对于分子质量比较重的气体能够得到充分电离。而且供气管路40通过多个分布式的分管路42向放电腔体10进行供气，并且各个分管路42的供气口延伸至栅网20附近，可以进一步提升对气体的电离效率。

在一个实施例中，参考图3，图3是放电腔体结构示意图，放电腔体10 可以包括采用石英或者陶瓷制作的平板底部11和金属钣金件构成的侧壁12；如图中，石英或者陶瓷制作的平板底部11，通过固定角件13将平板底部11 和金属钣金件扣合，形成射频电离腔室，加工容易，便于制造。

在一个实施例中，参考图4和5所示，图4是散热结构示意图，图中是俯视角度的示意图，图5是图4中的A-A剖面图，射频离子源的外壳50外部设置有冷却水环路51；其中冷却水环路51包括包裹在外壳50周围的冷却槽，进水口511位于设于低位位置，出水口512设于高位位置；该水冷却结构设计方案，冷却水使用外壳50外部冷却，加工容易，便于生产和维护。

在一个实施例中，参考图6所示，图6是射频离子源栅网拼接示意图，如图示，放电腔体10为长条形状，栅网20包括多个拼接安装的栅网20组件，通过拼接栅网20后，增大了覆盖面积；对应的，在放电腔体10前端的栅网拼接件210，栅网20组件通过栅网拼接件210固定在放电腔体10上，如图中，栅网拼接件210通过固定法兰220安装在放电腔体10上；上述射频离子源结构，可以通过拼接方式得到超大面积覆盖的条形离子源，利用栅网拼接件210安装栅网20组件，可以便于安装。

在一个实施例中，参考图7，图7是射频线圈的结构示意图，图中是射频线圈的俯视图，该射频线圈30可以多层缠绕在放电腔体10外部。

综合上述各实施例，本申请提供的射频离子源，覆盖面积大、电离效率高，经过实测发现，该射频离子源在20sccm的氩气参数情况下，最高可达到束流电压1000v，速流电流700ma，效果明显。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频离子源，包括连接供气管路的放电腔体，设于放电腔体外的射频线圈，设于放电腔体前部的栅网，其特征在于，所述放电腔体的横截面面积大于所述栅网的面积，且所述放电腔体覆盖所述栅网；所述放电腔体通过供气管路导入气体，并在腔体内进行电离后通过所述栅网引出离子束。

2.根据权利要求1所述的射频离子源，其特征在于，所述栅网包括：屏栅、加速栅和减速栅；其中，所述屏栅相对于地偏正极，所述减速栅接地，所述加速栅相对于地偏负极；其中，所述加速栅还连接高压继电器，通过高压继电器进行正负极的切换。

3.根据权利要求2所述的射频离子源，其特征在于，所述供气管路向放电腔体内延伸，所述供气管路的供气口延伸至栅网附近，将气体输送到所述栅网附近进行电离。

4.根据权利要求3所述的射频离子源，其特征在于，所述供气管路包括主管路和多个分管路向放电腔体进行供气；其中，各个分管路分布在所述放电腔体横截面上，并且各个分管路的供气口延伸至栅网附近。

5.根据权利要求4所述的射频离子源，其特征在于，所述主管路与各个分管路之间通过均气结构连接，用于将主管路的气体均匀输送到各个分管路。

6.根据权利要求4所述的射频离子源，其特征在于，各个分管路的供气口与加速栅的距离为12-16mm。

7.根据权利要求1所述的射频离子源，其特征在于，所述放电腔体包括：采用石英或者陶瓷制作的平板底部和金属钣金件构成的侧壁。

8.根据权利要求1所述的射频离子源，其特征在于，所述射频离子源的外壳外部设置有冷却水环路；其中，所述冷却水环路包括包裹在外壳周围的冷却槽，进水口位于设于低位位置，出水口设于高位位置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的射频离子源，其特征在于，所述放电腔体为长条形状，所述栅网包括多个拼接安装的栅网组件。

10.根据权利要求9所述的射频离子源，其特征在于，还包括设置在放电腔体前端的栅网拼接件，所述栅网组件通过所述栅网拼接件固定在放电腔体上。

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