[发明专利]栅网及离子源

说明书

技术领域

本发明涉及离子源技术领域，更具体地说，涉及一种栅网及离子源。

背景技术

离子束加工是当代微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)微纳精密加工的重要工艺之一。它是通过惰性气体辉光放电产生的等离子体，经抽取、成束、加速、中和形成高能高速的中性离子束，在常温或高温超真空环境中对金属、合金、氧化物、化合物、混合材料、半导体、绝缘体、超导体等材料的工件进行抛光、清洗、刻蚀、溅射、沉积、镀膜、注入等微纳米级的超精细加工。离子源是离子束加工系统的核心。请参阅图1，为现有离子源的结构示意图。其中，离子光学系统用于将真空室5内放电区产生的等离子体3抽取并加速成离子束4射出，是离子源的关键部件。这种常用的双栅式离子光学系统是由二张同轴平行安装的栅网组成，即引出栅网1和加速栅网2。该离子源栅网的热稳定性直接影响离子源等离子体浓度分布和离子束束流密度。

现有的离子源栅网装配是采用边缘固定的方式。当离子源开始工作后，等离子体离子到达栅网转移的能量、离子和电子在栅网上复合释放的能量、阴极产生的高温辐射和等离子体辐射的热量将造成栅网逐渐升温，导致栅网不同部位的温度很不均匀。从栅网中心向外沿径向出现较大的温度梯度，中部产生的热膨胀量比边缘大，在高温环境中使用一段时间后，栅网都会出现上凸或下凹热变形，这种热变形是不能自行消除的且重复使用时还会再次发生。这种热变形可能引起引出栅网1和加速栅网2的栅孔错位，极大影响离子束束流的均匀度和稳定度。如果两栅变形是互朝对方凸起，严重时会造成两栅短路而损坏电源，需要经常更换。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有离子源的栅网容易热变形的缺陷，提供一种开设有辐射状热应变槽的栅网和离子源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种栅网，用于离子源的离子光学系统，所述栅网设有带栅孔的栅孔区，所述栅网上自栅孔区边缘向外呈辐射状开设有多个热应变槽，且所述热应变槽贯穿所述栅网上下表面。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽在所述栅网的周向上等间隔设置。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽的数量为2～50个。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽的数量n通过以下公式计算：

n＝5.705ln(d)-7.225；n取整数值；

其中d为栅网的直径。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽的数量为双数。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽为方形槽，该方形槽的长为15～20mm，宽为0.2～2mm。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述热应变槽为锯齿形槽，该锯齿形槽的长度为15～20mm，锯齿的齿间距为0.2～2mm。

在根据本发明优选实施例所述的栅网中，所述栅网的厚度为0.1～1mm。

本发明还提供了一种离子源，所述离子源包括双栅离子光学系统或三栅离子光学系统，其特征在于，所述双栅离子光学系统或三栅离子光学系统采用如前所述的栅网实现。

在根据本发明优选实施例所述的离子源中，所述双栅离子光学系统或三栅离子光学系统中相邻两片栅网上热应变槽的位置相对错开。

实施本发明的栅网和离子源，具有以下有益效果：本发明通过在栅网上开设辐射状的热应变槽，彻底地解决耐熔金属平面栅网的热变形问题，还能保持离子束束流的均匀度和稳定度，满足长期和反复高温环境离子源工作，提高离子源性能的重复性和离子束加工的工艺均匀性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为现有离子源的结构示意图；

图2为根据本发明第一实施例的栅网结构图；

图3为根据本发明第二实施例的栅网结构图；

图4为根据本发明第三实施例的栅网结构图；

图5为根据本发明优选实施例的最佳槽数计算曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。