[发明专利]用于宽带离子束的质量分析磁铁及注入机系统

说明书

技术领域

本发明涉及宽带离子束的注入领域，特别涉及一种用于宽带离子束的质量分析磁铁。

背景技术

现有技术中，从离子源生产的离子束通常包含一个或多个不需要的离子，这些离子来源于离子源的离子室材料和为产生所需要的离子所提供的工作气体分子或固体分子。因此，多年来的标准的做法是使用磁场质量分析器把上述不需要的离子从离子束中分离出去。然而，对于宽带离子束来说，特别是对那些大宽高比和大束流的宽带离子束来说，这种类型的磁场质量分析器已变得越来越困难和昂贵。研究者们开发了不同的离子注入系统以产生宽带离子束。然而，由于分析磁铁的性能不够满意，这些类型的离子注入系统不是单片大束流离子注入机的最好的解决办法。因此，有必要提供一个新的系统，产生高均匀性大束流宽带离子束，同时降低了生产成本，简化制造工艺。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于宽带离子束的质量分析磁铁，解决目前在磁铁的设计中不能提供一种具有适当的质量分辨率、系统像差小以及传输大束流的宽带离子束的问题。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计和制造一种用于宽带离子束的质量分析磁铁，包括磁体以及连有电源的线圈；所述磁体包括磁极、磁轭以及磁屏蔽板；所述磁轭和所述磁屏蔽板连接所述磁极；所述磁极包括上磁极和下磁极；所述磁屏蔽板包括上磁屏蔽板以及下磁屏蔽板；所述上磁极与下磁极间设有供宽带离子束以一定路线通过的磁场空间；所述线圈包括上线圈和下线圈；所述线圈生成让宽带离子束偏转的磁场；所述上线圈和下线圈分别缠绕在所述上磁极和下磁极上；所述磁体设有质量选择狭缝；所述质量选择狭缝位于所述磁体的中部并让其所期望的离子通过。

本发明进一步的改进是：所述磁极包括前半部和后半部；所述前半部和后半部连接在一起；所述前半部和后半部以它们的连接面对称或不对称；所述前半部让离子束从其一边进入磁体并从所述后半部的一边出去。

本发明进一步的改进是：所述磁屏蔽板与所述磁极相连接；所述线圈环绕所述磁极部分；所述磁极的表面设计为可产生均匀磁场分布或非均匀磁场分布的表面；所述均匀磁场分布将引导离子以相等偏转半径的曲线轨道运动；所述非均匀磁场分布将引导离子以不相等偏转半径的曲线轨道运动。

本发明进一步的改进是：所述磁体的内部设有焦斑区，所述焦斑区为通过的宽带离子束在所述磁体的中部被聚焦而形成，所述质量选择狭缝设置在焦斑区。

本发明进一步的改进是：所述磁极与所述磁屏蔽板相应的边为宽带离子束的进入边或出去边，其为平面或曲面形状；所述曲面为凸表面或凹表面形状；所述一定路线为类似圆形或类似椭圆形路线。

本发明进一步的改进是：所述磁极的端部设有活动旋转磁极头，所述活动旋转磁极头可旋转一定的角度。

本发明为了将该质量分析磁铁应用于实践，特制造一种用于宽带离子束的注入机系统，包括离子源、引出电极单元、质量分析磁铁、偏转减速单元、目标工件和工件传送单元、束流测量诊断单元以及控制单元；所述引出电极单元和所述离子源位于所述质量分析磁铁的一侧，所述引出电极单元位于所述离子源和所述质量分析磁铁间，所述偏转减速单元、目标工件和工件传送单元以及束流测量诊断单元位于所述质量分析磁铁的另一侧，所述偏转减速单元、目标工件和工件传送单元、束流测量诊断单元顺次连接；所述引出电极单元用来从所述离子源中获取宽带离子束；宽带离子束在所述质量分析磁铁内聚焦集中到一个狭窄的质量分析狭缝，所述质量分析狭缝设有合适的开口宽度以便让具有预先设定质量的离子通过，并在该磁铁出口处形成宽带束；所述束流测量诊断单元测量宽带离子束的电流密度和角度，并通过所述校正单元调节局部的电场或磁场以改变离子束的局部电流密度和角度；所述偏转减速单元用来生产具有极低能量污染的离子束；所述控制单元分别与所述离子源、引出电极单元、偏转减速单元、质量分析磁铁、目标工件和工件传送单元以及束流测量诊断单元相连接。

本发明进一步的改进是：所述用于宽带离子束的注入机系统还可包括校正单元；所述校正单元通过局部的电场或磁场来调整宽带束中的每一个束团的角度和位置。

本发明进一步的改进是：所述用于宽带离子束的注入机系统还可包括 两个角度装置；所述角度装置将从所述质量分析磁铁内出来的宽带离子束进行扩大或压缩以达到期望的宽度。