[发明专利]多功能离子枪

说明书

技术领域

本发明涉及表面科学应用技术、超高真空技术以及离子束技术领域，具体地，涉及一种多功能离子枪。

背景技术

在表面科学领域，样品表面的清洁度对实验有至关重要的影响。目前，氩离子溅射是一种标准的原位清洁表面的方法。

在基础研究中，例如，低能离子散射技术（low energy ion-scattering spectroscopy），需要用低能离子束作为探针来研究表面成分。在飞行时间质谱的应用中，需要脉冲化的离子束。在细微加工领域，往往也需要利用低能强流离子束对样品溅射，实施逐层剥离。

以上各种实验研究，对离子束均提出了苛刻的技术要求，然而现有的离子枪不能够同时满足诸多实验要求。现有的离子枪一般由离子源、聚焦系统、真空腔体等构成，主要分为热阴极型（专利公开号为CN103474318A的专利文献）和冷阴极型离子枪（专利公开号为CN1956119A的专利文献）。其中热阴极型离子枪主要采用加速栅网来加速电子，电离工作气体。存在离子源结构复杂，拆卸不易，维护困难等缺陷。而冷阴极型离子源主要采用潘宁放电原理，结构相对简单，但对高压电源要求较高，产生的离子束流不稳定。一般来说，现有的离子枪的离子能量范围较窄，离子传输距离一般小于100mm，束流准直性差，束斑大小不可调，从而限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种多功能离子枪，以实现结构紧凑、功能多样、性能稳定且增强离子束传输距离的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多功能离子枪，包括电离室、第一透镜、第二透镜、第一偏转板、第二偏转板、狭缝、四通法兰、过渡法兰和锥形圆筒，所述电离室、第一透镜和第一偏转板位于四通法兰的管道内，且第一透镜位于电离室和第一偏转板之间，所述第一偏转板安装在过渡法兰的近端，电离室安装在过渡法兰的远端，第二透镜、第二偏转板和狭缝位于锥形圆筒内，第二偏转板位于第二透镜和狭缝之间，且第二透镜安装在过渡法兰的近端，狭缝安装在过渡法兰的远端，所述四通法兰和锥形圆筒通过过渡法兰连接。

优选的，所述电离室安装在四通法兰的第一法兰内。

优选的，所述电离室由阴极灯丝和阳极圆筒组成，且阴极灯丝与负电压连接，阳极圆筒与正电压连接，所述阴极灯丝的电极周围安装保护罩。

优选的，所述第一法兰的上端和底端对称的安装两块磁铁，通过调整磁铁间的磁场强度可改变束流大小。

优选的，所述电离室、第一透镜、第一偏转板、第二透镜、第二偏转板和狭缝之间的距离均可调节。 

优选的，所述四通法兰的第二法兰可外接分子泵，可达到差分抽气目的。

优选的，当样品到离子枪距离小于100mm时，所述第二透镜、第二偏转板以及锥型圆筒可拆除。

优选的，所述电离室的进气管道上设置可调漏阀，该可调漏阀的一个分支管道与机械泵连通。

优选的，所述狭缝的形状、大小和安装位置均可调节。

优选的，所述可调漏阀的一个分支管道与氩气罐连通，也可以是另几个分支管道分别与氩气罐和其他气罐连通。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过设置第一透镜和第二透镜两组透镜。且将两组透镜都接正高压，安装位置可调。把离子束传输距离至少延长300mm以上。并为每一组透镜配有偏转系统。确保离子束能够顺利穿过各个部件，弥补机械加工不一致性缺点，确保束流的准直性。从而达到了结构紧凑、性能稳定且增强离子束传输距离的目的。

而第二透镜、第二偏转板以及锥型圆筒可以拆除，适合样品到离子枪距离小于100mm条件下使用。

四通法兰的第二法兰外接分子泵抽气，通过差分抽气来维持靶室超高真空。如果对靶室真空要求不高，第二法兰可用盲板法兰密封即可。

狭缝的形状和大小可改变，其安装位置也可根据具体情况调整。偏转板与狭缝配合，外接脉冲发生器，可实现脉冲化束流输出。

可调漏阀的一个分支管道与机械泵连通，可以保证工作气体纯度。

可调漏阀的另一些分支管道与气罐连通，方便引入单种气体或者引入多种混合气体，从而满足不同实验要求。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的多功能离子枪结构示意图；

图2为本发明实施例所述的多功能离子枪中束流强度-能量曲线示意图；

图3为本发明实施例所述的多功能离子枪中束流强度- Ar气分压曲线示意图；