[发明专利]一种小型离子源及其制备方法

说明书

本发明公开了一种小型离子源及其制备方法，属于场致发射电子电离气体产生离子的技术领域；解决现有离子源结构复杂、体积大、成本高和使用不方便、其产生的离子束电流大小非常难于控制、也无法实现实时可调等问题。本发明包括绝缘套筒、封装在绝缘套筒两端用于产生高能电子的电子枪、第二栅极、聚焦电极和引出离子束的引出电极等，所述电子枪一端，绝缘套筒上设置有进气口；所述电子枪包括绝缘基座，封装在绝缘基座上接地或者接负电压的场致电子发射电极和接正高压的第一栅极。本发明用于产生离子束。

技术领域

一种小型离子源及其制备方法，用于产生离子束，属于场致发射电子电离气体产生离子的技术领域

背景技术

离子源是能够产生离子的装置，是离子束注入、离子束刻蚀、离子束溅射镀膜及中性束加热。目前产生离子束的方法主要是依靠高能电子束电离气体产生等离子体，通过引出电极引出离子束。离子源可分为金属离子源和气体离子源，按照电子发射机制又可细分为热阴极发射和冷阴极发射。

在传统离子源中，常用热阴极气体离子源采用热灯丝发射电子，依靠弧放电电离气体产生等离子体，这种方式可以产生较高密度的等离子体，引出的离子束束流密度比较高，缺点是放电等离子体对阴极污染比较严重，导致寿命很短，且不可使用氧化气体。冷阴极气体离子源的放电驱动通常采用射频激励、微波放电和脉冲驱动，特别是在低气压下产生高密度等离子体，具有很强的操作方便性与实用性。在传统的离子源中，其产生的离子束电流大小非常难于控制，控制精度非常差，也无法实现实时可调。

碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)是1991年才被发现的一种碳结构,它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。理想碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。碳纳米管具有奇异的物理化学性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等。碳纳米碳管还具有特别的场发射性能，具有尺寸小、发射电压低、发射密度大、稳定性高、不需要加热和超高真空等优点。

现有技术中，有基于其他发射阴极来制备离子的离子源(如潘宁源)。但是潘宁源的离子引出效率不高，离子含量也不大，尤其是在不同放电条件下的等离子体密度和电子温度等参数的检测困难。同样也难于实现离子束电流流大小的灵活控制，实时控制离子流大小就更加困难。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有热阴极气体离子源放电等离子体因对阴极污染比较严重，寿命较短，且不可使用氧化气体；潘宁源离子引出效率不高、原子离子含量也不大、等离子体参数的诊断不全面准确；以及现有离子源结构复杂、体积大、成本高和使用不方便、其产生的离子束电流大小非常难于控制、也无法实现实时可调等问题。本发明提供了一种小型离子源及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种小型离子源，其特征在于，包括绝缘套筒、封装在绝缘套筒两端用于产生基于场致发射高能电子的电子枪和引出电极，所述电子枪一端，绝缘套筒上设置有气体进气口；

所述电子枪包括绝缘基座，封装在绝缘基座上接地或者接负电压的场致电子发射电极和接正高压的第一栅极；

还包括第二栅极，电子枪发射出的电子将在第一栅极和第二栅极之间的腔体中的气体电离形成正离子；

所述引出电极将正离子引出，形成所需要的离子束。

进一步，所述第一栅极和第二栅极为钼、铜、不锈钢、石墨中的一种或多种制备的导电材料或者复合材料的栅网；所述电离的气体为氩气、氮气氘气、氚气或者需要产生其他离子的相关气体；所述绝缘基座为陶瓷基座。

进一步，所述电子枪和引出电极之间设置有聚焦电极；所述聚焦电极为接聚焦压的金属材料；所述聚焦电极安装在绝缘套筒内。