[发明专利]一种生成铝离子束的离子源

说明书

技术领域

本发明主要涉及到离子注入装置领域，特指一种用来生成铝离子束的离子源。

背景技术

现有技术中，在离子注入装置领域，一般是在离子源的弧室内，利用阴极使原料气体成为等离子体，再通过利用该等离子体对被溅射材料进行溅射，使在离子束内含有所希望的离子种类。

具体地说，如专利文献（日本专利公开公报特开2002-117780号）所示，在弧室内除了设置作为用于生成、约束等离子体的部件（电极、阴极）以及反冲板以外，还需要设置有含铝材料（例如氮化铝）的板，利用电离氟化物气体（例如四氟化硅）生成的等离子体来侵蚀该含铝材料的板，向等离子体中放出铝离子。而在以往的离子源中，由于热阴极灯丝长时间在大电流条件下工作，而且热阴极灯丝放出电子的截面形状不规则，所以存在下述问题：热阴极灯丝使用寿命较短，需要频繁更换，而且放出的电子分布不均匀，使弧室内气体电离效率较低，从而导致铝离子束流较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、提高电离效率、延长热阴极灯丝使用寿命的生成铝离子束的离子源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种生成铝离子束的离子源，包括：

弧室，用于在内部生成等离子体的容器兼作为阳极；所述弧室内导入含氟可电离气体；

阴极结构件，设置在弧室内的一侧，与弧室实现电绝缘并且向弧室内放出热电子；

反射极结构件，设置在弧室内与阴极结构件相对的一侧，用来反射弧室内的电子；

磁铁，用来在弧室内产生磁场。

作为本发明的进一步改进：所述阴极结构件包括热阴极灯丝、阴极罩和AlN阴极帽，在所述热阴极灯丝两端连接有加热该热阴极灯丝的直流加热电源；在所述热阴极灯丝的一端与阴极罩之间，把阴极罩作为正极一侧，连接有偏置电源，所述偏置电源用于在热阴极灯丝和阴极罩两者之间施加偏置电压；在所述阴极罩与弧室之间，把弧室作为正极一侧，连接有直流电弧电源，所述直流电弧电源用于在阴极罩和弧室两者之间施加电弧电压，使阴极罩和弧室两者之间产生电弧放电，电离导入弧室1内的含氟可电离气体以生成等离子体。

作为本发明的进一步改进：所述反射极结构件包括对置反射电极、AlN反射极帽和反射极绝缘柱，所述反射极结构件利用反射极绝缘柱与弧室实现电绝缘。

作为本发明的进一步改进：所述反射极结构件的对置反射电极由含钼或钽材料构成，所述AlN反射极帽由氮化铝材料构成，所述反射极绝缘柱由高纯绝缘陶瓷构成。

作为本发明的进一步改进：所述磁场沿着连接所述阴极结构件和反射极结构件的轴线。

作为本发明的进一步改进：所述弧室的壁面上设置有从等离子体引出离子的离子引出口。

作为本发明的进一步改进：所述离子引出口的出口附近设置有从弧室内引出离子束的引出电极系统。

作为本发明的进一步改进：所述弧室的壁面用含钼或钽材料构成。

作为本发明的进一步改进：所述磁铁采用电磁铁或永久磁铁。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的生成铝离子束的离子源，结构简单紧凑、主要目的是在生成含有铝离子的离子束的离子源中，可以延长热阴极灯丝使用寿命以及提高放出电子均匀性，提升离子体生成容器内气体电离效率，从而增加离子束中铝离子的量。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图例说明：

1、弧室；2、阴极结构件；3、反射极结构件；4、离子束；5、等离子体；6、气体导入口；7、含氟可电离气体；8、引出电极系统；10、离子引出口；11、磁铁；12、磁场；13、轴线；21、热阴极灯丝；22、阴极罩；23、AlN阴极帽；31、对置反射电极；32、AlN反射极帽；33、反射极绝缘柱；91、直流加热电源；92、偏置电源；93、直流电弧电源。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种生成铝离子束的离子源，包括：

弧室1，用于在内部生成等离子体5的容器，兼作为阳极，含氟可电离气体7被导入其中；在弧室1内，是通过气体导入口6导入含氟可电离气体7。