[发明专利]空心阴极耦合正偏压管筒内表面注入离子的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管筒内表面注入离子的装置及方法，特别是一种空心阴极耦合正偏压管筒内表面注入离子的装置及方法。

背景技术

由于离子注入时离子行走的直线性对于管筒内壁的注入具有很大的限制，处理的管筒长细比不能很大，否则离子注入时离子会很倾斜地入射，达不到离子注入的效果。如果离子注入机在管筒内部可以直接垂直注入内壁，这要求管筒很大，实际上不现实。因此需要在内部产生等离子体，然后在筒上施加负偏压，吸引离子最后形成离子注入效应。在管筒内部产生等离子体也不是一件很容易的事，尤其对于较细的管筒。有人利用二极放电，在管筒内部插入中心电极，利用中心电极和管筒之间进行放电来产生等离子体，但由于二极放电对于较细的管筒放电空间较小，放电就变得困难。有人提出了内部射频等离子体源的方法，即在管筒内部中心加入一个射频天线，射频天线外套网状金属地电极。输入高压施加在网状地电极和管筒工件之间。等离子体在中心射频电极和网状地电极间产生，金属管上施加负偏压，在负高压吸引下，离子获得加速使管筒内壁实现离子注入。这在一定程度上解决了内部等离子体产生问题，但由于在管筒内加入了中心射频电极和网状地电极，使得管筒的直径也不能较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心阴极耦合正偏压管筒内表面注入离子的装置及方法，以解决在较细的管筒内产生等离子体困难的问题。

本发明的技术方案是：

本发明所述的空心阴极耦合正偏压管筒内表面注入离子的装置由气体源室、真空室、绝缘通气管、射频电源系统、匹配保护电路、电缆、高压电缆、低通滤波器、高压脉冲电源、绝缘体、空心阴极管、抽气系统、支架、齿轮、齿条、传动杆、底座、滚动轴承和动密封圈组成；真空室接地，被处理的工件管筒设置在真空室内的中心处，空心阴极管的一端设置在工件管筒内的中心轴线上，空心阴极管的另一端穿过真空室与绝缘通气管的一端相连接，绝缘通气管的另一端与气体源室的输出端相连接，绝缘体套装在空心阴极管上并固装在真空室的输入端面的中心孔内，高压脉冲电源的正极通过低通滤波器和高压电缆与空心阴极管的外壁固接，高压脉冲电源的负极接在真空室的壁上，工件管筒的侧壁接地，射频电源系统的输出端通过匹配保护电路和电缆与空心阴极管的外壁固接，抽气系统设在真空室的输出端处，齿轮固装在支架上，齿条与齿轮相啮合，传动杆的一端与齿条固接，传动杆的另一端穿过真空室的输出端与底座固接，管筒安装在底座上，在底座与真空室的内壁之间设有滚动轴承，在传动杆与真空室的输出端之间设有动密封圈。

本发明的空心阴极耦合正偏压管筒内表面注入离子的方法由以下步骤完成：一、将气体源室中产生的离子气体通入到绝缘通气管内；二、射频电源系统的射频脉冲经过匹配保护电路由射频电缆耦合到空心阴极管上，高压脉冲电源的高压正脉冲经过低通滤波器由高压电缆加在空心阴极管上，射频脉冲与高压正脉冲在空心阴极管上耦合，在射频脉冲与高压正脉冲间隔输出的作用下，气体在空心阴极管内产生等离子体，工件管筒内的等离子体受到电场的作用，飞向工件管筒的内壁，形成离子注入。

本发明具有以下有益效果：通过在管筒内放入空心阴极管，利用射频电源系统的射频正负脉冲与高压脉冲电源的高压正脉冲的耦合使气体产生等离子体并形成离子注入，减小了被处理管筒工件的直径；并由于在空心阴极管口附近的气压较高，同时由于空心阴极效应的电子振荡，等离子体较为容易建立；利用正电极排斥离子获得离子注入，非常适合于管筒内壁处理，正电极排斥出的离子利用率高，基本全部被管筒内表面接收、注入。

附图说明

图1是空心阴极耦合正偏压的管筒内表面离子注入装置的整体结构示意图，图2是匹配保护电路4与空心阴极管9、射频电源系统3和真空室11连接的结构示意图，图3是具体实施方式六中射频脉冲和高压正脉冲时序图，图4是具体实施方式七中射频脉冲和高压正脉冲时序图。

具体实施方式