[发明专利]线性高能射频等离子体离子源

权利要求书

1.一种线性高能等离子体离子源，包括：

等离子体腔体，所述等离子体腔体与所述等离子体腔体所附接的真空腔电隔离，所述等离子体腔体用作所述等离子体离子源的电极且适于接收施加到所述等离子体腔体的偏置电压；

电感天线，所述电感天线设置在所述等离子体腔体的内部中且配置为将电磁能量源供应到所述等离子体腔体的内部，所述天线根据供应到所述天线的射频(RF)电压而维持限制在所述电感天线中的等离子体放电，施加到所述等离子体腔体的所述偏置电压将静电势供应到所述等离子体放电中的带电物质；以及

引出栅格，所述引出栅格设置在所述等离子体腔体的与所述电感天线相对的端部，所述引出栅格处于与所述真空腔相同的电压电势，所述引出栅格与所述等离子体腔体之间的电势差配置为加速所述等离子体放电中的所述带电物质离开所述引出栅格以产生输出准中性等离子体离子束；

其中施加至所述等离子体腔体的所述偏置电压包括与脉冲直流DC电压结合的供应至所述天线的所述RF电压的部分。

2.根据权利要求1所述的等离子体离子源，其中所述等离子体腔体由导电材料形成，并且基本上成形为中空矩形立方体形状。

3.根据权利要求1所述的等离子体离子源，其中所述等离子体腔体使用设置在所述等离子体腔体与所述真空腔之间的绝缘真空法兰与所述真空腔电隔离。

4.根据权利要求3所述的等离子体离子源，其中所述绝缘真空法兰包括刚性陶瓷材料、刚性聚合材料和刚性玻璃材料中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的等离子体离子源，其中所述绝缘真空法兰包括刚性材料，所述刚性材料具有在1.0兆赫下大于约3.0的介电常数、具有在1.0兆赫下小于约0.0015的RF损耗因子、具有大于约150兆帕的压缩应力、以及具有大于约10¹⁴欧姆-厘米的体积电阻率。

6.根据权利要求1所述的等离子体离子源，还包括至少一个冷却通道，冷却流体或气体流过所述冷却通道，所述冷却通道设置为与所述等离子体腔体的至少一个侧壁热接触，所述冷却通道适于将热量从所述等离子体腔体传递出去。

7.根据权利要求6所述的等离子体离子源，其中所述至少一个冷却通道是集成到所述等离子体腔体的至少一个侧壁中及固定到所述等离子体腔体的至少一个侧壁的外表面中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的等离子体离子源，其中所述引出栅格包括：

多个导电棒；以及

引出栅格组件，所述引出栅格组件中具有开口并且适于支撑所述多个导电棒，所述多个导电棒沿所述引出栅格组件的所述开口分布。

9.根据权利要求8所述的等离子体离子源，其中所述多个导电棒与所述等离子体腔体电隔离。

10.根据权利要求1所述的等离子体离子源，还包括围绕所述电感天线的静电屏蔽，所述静电屏蔽设置在所述电感天线和所述等离子体腔体之间。

11.根据权利要求1所述的等离子体离子源，其中所述电感天线包括多个绕组，所述电感天线具有与所述等离子体腔体的形状基本匹配的形状。

12.根据权利要求11所述的等离子体离子源，其中，所述电感天线的所述绕组由中空导电材料形成，冷却流体或气体通过所述中空导电材料流动，以将热量从所述电感天线传递走。

13.根据权利要求11所述的等离子体离子源，其中所述电感天线的所述绕组的第一部分设置在所述等离子体腔体内，并且所述电感天线的所述绕组的第二部分设置在所述等离子体腔体外部，所述等离子体放电被限制在所述绕组的所述第一部分之间的内部空间内，并且其中所述电感天线包括包围所述绕组的至少所述第一部分的电绝缘体，所述绕组的至少所述第一部分暴露于所述等离子体放电，所述电绝缘体保护所述电感天线的所述绕组不受溅射。