[发明专利]一种小口径变孔径栅极组件

说明书

技术领域

本发明涉及离子推力器设计与制造技术，以及离子刻蚀机设备离子源设计与制造技术，具体设计一种用于离子推力器的栅极组件。

背景技术

离子推力器的栅极组件由加速栅极和屏栅极通过绝缘体连接而成，其功能是引出并加速束流离子(简称束流)形成推力。受离子推力器放电室内等离子体分布的影响，栅极组件引出的束流表现为中心区域密度高，而边缘区域较小，这样就在中心区域产生的交换电荷离子密度大，而边缘区域较小，使得交换电荷离子对加速栅极中心区域轰击溅射严重，边缘区域较轻，导致加速栅极因中心区域离子轰击溅射过于集中而造成其寿命缩短。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改善或提高引出束流均匀性的变孔径栅极组件，离子推力器栅极组件采用该变孔径技术后，能够有效降低其中心区域引出束流密度，增大边缘区域引出束流密度，从而提高引出束流分布均匀性，使得在栅极组件中心区域内产生的交换电荷离子密度减小，降低其对栅极组件加速栅极中心区域的轰击溅射，达到延长加速栅极寿命的目的，进而延长栅极组件的寿命。

本发明的技术解决方案是：

一种变孔径栅极组件，由加速栅极和屏栅极，通过陶瓷绝缘子连接组成；加速栅极上的小孔为均匀孔径；屏栅极上的小孔为变孔径；其中，将屏栅极以中心点为起点，沿半径方向划分为多个区域，小孔直径由中心区域向边缘区域依次由小到大递增。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

应用变孔径栅极组件技术，能够有效降低栅极组件中心区域的引出束流密度，增大边缘区域的引出束流密度，提高离子推力器的束流均匀性。引出束流均匀性的提高，不但保证了栅极组件的工作稳定性，还提高了栅极组件寿命。这是由于变孔径栅极组件，在其中心区域引出的束流密度减小，产生的交换电荷离子密度也减小，使得交换电荷离子对加速栅极的轰击溅射也减小，避免加速栅极在中心区域遭受离子轰击过于集中而导致过早失效，寿命较短的现象。交换电荷离子密度的减小，能够有效降低其对加速栅极的轰击溅射，进而延长加速栅极寿命，提高栅极组件及其离子推力器的寿命。为长寿命离子推力器的研制提供了技术保障。同时为离子推力器的进一步发展做好技术准备。

此外，变孔径栅极组件技术还可应用于离子刻蚀设备的离子源技术中，能够有效提高离子源的刻蚀束流的均匀性和稳定性，提高产品刻蚀质量，降低产品质量风险，提高离子刻蚀设备的技术水平，达到增加效益的目的。

附图说明

图1为本发明一种小口径变孔径栅极组件的屏栅极示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

针对背景技术所提出的问题，如果降低栅极组件中心区域引出束流的密度，增大边缘区域的引出束流密度，就可以减小交换电荷离子对加速栅极中心区域的轰击溅射，解决离子对加速栅极中心区域轰击溅射过于集中的问题，从而达到延长其寿命的目的。因此，降低栅极组件中心区域引出束流密度，增大边缘区域的引出束流密度，是延长栅极组件寿命的有效途径之一。

为此，本发明设计了一种变孔径栅极组件，栅极组件包括加速栅极和屏栅极。其中，加速栅极上的小孔为均匀孔径；而屏栅极上的小孔为变孔径设计，即将栅极组件的屏栅极以中心点为起点，沿半径方向分多个子区域，对各子区域的小孔直径进行变孔径设计，小孔直径由中心向边缘区域依次由小到大递增。

由于加速栅极小孔直径均匀不变，而屏栅极小孔直径自中心区域向边缘区域由小依次变大，这就使得栅极组件引出束流的能力由屏栅极所决定。由于离子推力器放电室内等离子体密度分布是中心区域大，边缘区域小，经屏栅极中心区域孔直径小，边缘区域孔径大的栅极组件引出的束流密度是中心区域内减小，而边缘区域内增大，在加速栅极小孔直径均匀不变的条件下，屏栅极小孔直径小，引出的束流密度小，小孔直径大，则引出的束流密度大，使得引出的束流密度均匀性提高。

如图1所示，本发明实施例的一种小口径变孔径栅极组件是在其加速栅极孔径均匀不变的条件下，屏栅极由中心点起，沿半径方向分3个区域，分别为中心区域1、中间区域2和边缘区域3，其小孔直径在3个区域由中心向边缘依次由小变大。

将本发明变孔径栅极组件应用于10cm离子推力器栅极组件时，加速栅极小孔直径为Ф1.1mm；开孔区域直径为Ф100mm。

屏栅极中心区域1开孔区域为Ф30mm、小孔直径为Ф1.8mm；中间区域2开孔区域介于Ф30mm～Ф75mm之间、小孔直径为Ф1.95mm；边缘区域3开孔区域介于Ф75mm～Ф100mm之间、小孔直径为Ф2.05mm。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。