[发明专利]离子束流密度和能量的同步测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及离子辅助沉积镀膜技术，特别是一种用于离子源的离子束流密度和能量的同步测量装置，也可用于离子注入、改性以及溅射中离子源所发射离子能量和束流密度的测量。

背景技术

离子束技术已被证实可有效改善薄膜质量并广泛应用于薄膜沉积技术中，其关键设备离子源的性能也成为影响沉积质量的重要因素。

离子源发射出一定离子能量和束流密度的离子束，使其在真空室中运行一定距离后作用到薄膜分子或原子上，发生动量和能量交换作用，从而改变了生长中的薄膜性质，这就是离子辅助沉积的过程。

离子辅助沉积的优点是可以通过控制离子的参数来控制薄膜的属性，因此要考察离子束辅助效果，必须考察离子束的参数，包括离子的束流密度、能量、离子束发散角、离子种类等，其中离子的能量和束流密度是最重要的又最难确定的参数，因此离子束辅助沉积需要一种探测离子束流密度和能量的装置。

离子束流密度和能量的同步测量存在以下难点：

阳离子和电子的分离。离子源所发射的离子束一般为阳离子和电子共同存在的等离子体，它们之间互相干扰影响了测量的准确性，因此需要在探测时进行分离。

束流密度和能量测量的同步性。对同一种离子进行空间分布和能量分布的测量是很不现实的，因此两个参数需要针对两种粒子进行测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述难点，提供一种离子源的离子束流密度和能量的同步测量装置，该装置应具有结构简单和操作方便的特点。

本发明的原理是：

通过磁场偏转进行阳离子和电子的分离：电子通过电子接收器进行采集，其数量反映了束流密度，即通过的电流与该装置对应捕获面积的比值；而阳离子通过阳离子接收器进行采集，通过对阳离子运行轨迹的分析，获得离子能量的分布情况。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于离子源的离子束流密度和能量的同步测量装置，其特征在于包括：采用磁屏蔽材料制成一圆柱形采集筒，在圆柱形采集筒内设置一筒形结构的离子过滤器，其截面为一半圆形及一等腰直角三角形的一直角边和斜边围合而成，在该采集筒的侧壁上及所述的离子过滤器的半圆形和三角形的斜边连接处采用磁屏蔽材料设一引流孔，在离子过滤器的半圆形位置设置碗形电子接收器，在离子过滤器的等腰直角三角形的直角边和斜边位置处设置一片状阳离子接收器，该离子过滤器接地，但与所述的阳离子接收器和电子接收器绝缘，在该采集筒内两个端面分别设置电磁线圈，该两电磁线圈与该采集筒外的一可调恒压直流电源相连，以在该采集筒中离子过滤器内建立恒定的可调的匀强磁场，所说的阳离子接收器经第一电阻和第一毫安表接地，所说的电子接收器经第二电阻和第二毫安表接地。

所述的阳离子接收器的金属片的尺寸与所述的引流孔的尺寸相当，分别位于离子过滤器的斜边的两侧对称放置，并互相垂直。

所述的两个电磁线圈的中心同轴，二者之间的距离与线圈直径相等。

本发明的优点

本发明能够同时对离子能量和束流密度进行测量。可以同时获得束流密度和离子能量的分布规律。本装置不但可以用于离子辅助沉积离子束流密度和能量的测量，还可用于离子注入、离子改性和离子溅射中束流密度和能量的测量。本发明装置使用简单，操作方便，实用性强。

附图说明

图1是本发明离子源的离子能量和束流密度的同步测量装置的结构剖视示意图

图2是使用本发明测量Ar离子源的Ar离子相对束流与离子能量的关系曲线。离子源阳极电压为120V情况下Ar离子相对束流与离子能量的关系曲线，代表了离子能量的分布情况，中心线处横坐标代表离子束的平均能量。

图3是使用本发明测量离子源阳极电压为120V情况下束流密度的分布情况

图4是使用本发明测量离子平均能量随阳极电压的变化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。