[发明专利]一种简便高效高能离子束发射装置

说明书

本发明公开一种简便高效高能离子束发射装置，涉及离子束发射装置技术领域，包括离子束产生组件、离子束传输组件和离子束引出组件；离子束传输组件位于离子束产生组件和离子束传输组件之间；离子束产生组件包括陶瓷套和金属阴极；陶瓷套内壁与金属阴极的外壁通过齿合结构相连接。金属阴极和陶瓷通过齿合结构充分接触，无需涂碳，大大提高等离子体的产出，提高效能；加速电极采用V型结构，半径方向离子束束流均匀性变化不大于5％，同时使得等离子体在宽度方向扩展明显，束斑尺寸增加1倍以上，大幅提高均匀性和横向宽幅；通过脉冲强磁场大幅提高引出效率，整体离子束装置最大束流可为100mA，最大能量可为100KeV，稳定工作时长不低于100h。

技术领域

本发明涉及离子束发射装置技术领域，特别是涉及一种简便高效高能离子束发射装置。

背景技术

近年来，由于电子信息中半导体物理、界面物理以及薄膜技术的发展，离子束技术已成为相关领域的研究热点技术。离子注入是将加速到一定能量的离子束引入到固体材料表面层，改变表面层物理和化学性质的工艺。要实现离子注入必须完成离子束的形成、加速和引导。离子束技术包括离子产生、离子传输引导、离子加速和离子注入。离子束技术首先是作为一种半导体材料的掺杂技术发展起来的，在半导体器件和集成电路制备中具有速度快、功耗低、稳定性好、成品率高等优点。离子束技术在金属表面改性方面亦有重要应用价值，使金属表面得到强化，提高表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。离子束技术还被广泛用于改变光学材料的折光率、提高超导材料的临界温度、表面催化、改变磁性材料的磁化强度和提高磁泡的运动速度以及模拟辐射损伤等领域。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种简便高效高能离子束发射装置，以解决现有金属离子束发射装置能耗高、连续工作稳定性差、束流小、宽幅窄等技术难题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种简便高效高能离子束发射装置，包括离子束产生组件、离子束传输组件和离子束传输组件；所述离子束传输组件位于所述离子束产生组件和所述离子束传输组件之间；所述离子束产生组件包括陶瓷套和金属阴极；所述陶瓷套内壁与所述金属阴极的外壁通过齿合结构相连接。

可选的，所述齿合结构包括设置于所述陶瓷套内壁上的内齿和设置于所述金属阴极外壁上的外齿，所述内齿与所述外齿的尺寸相同。

可选的，所述内齿和所述外齿的齿高为0.1-0.8mm，齿宽为0.1-0.6mm。

可选的，所述齿合结构包括10-200个所述内齿或所述外齿。

可选的，所述离子束传输组件包括触发电极、扩张杯和脉冲磁场；所述触发电极套在所述离子束产生组件的离子束发射端的外壁上，所述扩张杯位于所述触发电极与所述脉冲磁场之间，所述脉冲磁场位于靠近所述离子束传输组件的一侧。

可选的，所述触发电极触发电压6～10kV，触发频率1-50Hz，触发最大电流不低于800A，每次触发形成的离子束束流不低于2mA。

可选的，所述扩张杯采用导磁材料制作，相对磁导率不低于200H/m。

可选的，所述脉冲磁场电流为10-100A，磁场强度1-100mT，频率为1-100Hz；所述触发电极与所述脉冲磁场同频率。

可选的，所述离子束加速组件包括第一电极和加速电极；所述加速电极为V型结构；所述第一电极位于靠近所述脉冲磁场的一端，所述加速电极位于远离所述脉冲磁场的一端。

可选的，所述扩张杯与所述第一电极之间的电压为100-1000V。

可选的，所述加速电极的加速电压为10-50kV，加速电压变化不超过5％，所述加速电极与所述第一电极之间的中间间距为3mm，沿半径方向依次减少，最边缘间距1mm。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：