[发明专利]高能量离子源

说明书

本发明提供一种高能量离子源。本发明涉及超高真空设备开发领域。高能量离子源主要由离子聚焦机构、离子产生与引导机构、电子发射机构、氩气进入机构和角度可调机构组成。在这个核心构造里要产生氩离子，并完成对离子的加速和聚焦。本发明的离子产生与引导机构是由引出上覆盖栅网构成，该引导孔相对于氩离子处于负电压，电压值在数百至数千伏特之间可调。离子引导孔不仅可以加速氩离子，也可以约束离子束流的指向；本发明的离子聚焦机构采用三个互相绝缘的静电透镜，通过调节中间透镜可变电阻来调节离子束，进行进一步的约束；本发明的角度可调机构采用还可保证进气管与进气孔同轴心调形成团簇原子。本发明能够很好地约束离子束流的指向。

技术领域

本发明涉及产生、发射和聚焦氩离子的装置，尤其涉及种高能量离子源。

背景技术

固体表面的原子由于失去了本体原子的排列周期性，会表现出一系列不同的物理和化学性质。表面科学的研究内容主要包括表面状态、表面扩散、表面重建、表面声子、表面等离子激元、电子的发射和隧道效应、自旋电子、以及自组装和纳米结构等。获得和控制表面原子精度的构造，是表面科学的基础，也是纳米科技的前提。典型的表面处理手段有解离、退火和离子溅射，而退火和离子溅射几乎是表面分析仪器的标准配置。退火相对简单，只要能实现精准的温度控制即可。离子溅射需要通过离子枪来实现，离子枪将质量大且不活性的氩(Ar)原子离子化后加速到数千电子伏特，聚焦照射到样品表面，用于样品的表面清洁处理、表面刻蚀或深度分析，是表面分析和纳米科技装置中的重要构成之一，但是现有的离子设备离子束聚焦程度偏低，实验效果不佳。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种结构简单、使用寿命长、束流方向可调、耐高温烘烤和使用方便的高能量离子源。本发明采用的技术手段如下：

一种高能量离子源，包括离子聚焦机构、离子产生与引导机构、电子发射机构和氩气进入机构，所述氩气进入机构的输出端与准备腔室相连，所述氩气进入机构用于将氩气采用脉冲方式通入到准备腔室中，所述准备腔室的上方通过第二进气孔与电子发射机构相连，所述电子发射机构包括离子发生网和用于通电释放出热电子的灯丝，所述电子发射机构用于通过灯丝与离子发生网之间存在的电位差将电子束缚在离子发生网内部，所述离子产生与引导机构包括设置于所述电子发射机构输出端的引出极，其相对于氩离子处于负电压，所述离子产生与引导机构的输出端与离子聚焦机构相连，所述离子聚焦机构包括聚焦透镜，其用于对经过电子发射机构、离子产生与引导机构的离子束进一步约束。

进一步地，所述灯丝包括直径为0.125mm的钽丝，处于负高压，两端与灯丝杆相连。

进一步地，灯丝为两根，共同使用一个公用电极。

进一步地，所述离子发生网为不锈钢栅网，围成一个圆柱形状，离子发生网对于灯丝处于正电位，电压值在数百至数千伏特之间可调。

进一步地，电子发射机构的输入端、输出端均安装有法兰，所述第二进气孔与法兰连接，法兰的外侧套接有外罩。

进一步地，所述引出极为外罩前端的离子引导孔上覆盖的栅网，其与聚焦透镜相邻。

进一步地，所述聚焦透镜包括第一圆筒电极、第二圆筒电极和第三圆筒电极构成，相邻圆筒电极之间设有绝缘片，聚焦透镜的外侧设有绝缘外罩，所述第二圆筒电极处于正电压，其可以通过电压改变电阻进行调节离子束，第一圆筒电极和第三圆筒电极接地处于零电位。

进一步地，还包括角度可调机构，所述角度调节机构用于将第一进气孔和第二进气孔调整为同轴。

进一步地，高能量离子源选用的材料为304不锈钢和聚四氟乙烯。

本发明具有以下优点：

1、引出极是在外罩的前端离子引导孔上覆盖栅网，相对于氩离子处于负电压，氩离子被聚焦透镜吸引飞出引出极，部分被引出极捕捉，大部分穿过引出极喷射出去，引出极不仅可以加速氩离子，也可以约束离子束流的指向；