[发明专利]一种沿面触发结构及其构成的真空弧离子源

说明书

技术领域

本发明涉及离子源，具体是一种沿面触发结构及其构成的真空弧离子源。

背景技术

离子源是一种产生并提供离子的装置，是离子注入、离子加速器等应用最重要的部件之一。在众多离子源中，触发型真空弧离子源因具有结构简单、得到的离子种类多、束流强度大等优点而备受人们青睐。触发型真空弧离子源工作在真空环境下，利用真空弧放电产生离子，其阴阳极导通需要触发放电提供种子电子，触发放电成功与否决定了离子源能否正常工作。现有触发型真空弧离子源应用时，其触发放电时可靠性和离子源稳定性较差，这一定程度上影响了触发型真空弧离子源的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种沿面触发结构，其应用时能提升触发放电的可靠性和离子源稳定性，便于推广应用；本发明还公开了上述沿面触发结构构成的真空弧离子源。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种沿面触发结构，包括阴极、触发极、触发绝缘块、触发极馈电杆及触发电源，所述触发绝缘块水平设置且其上端面为平面，所述触发极为圆环状，触发极水平设置于触发绝缘块上端面；所述阴极穿过触发绝缘块且其上端的端头部位设于触发极中央，阴极下端与触发电源负极连接；所述触发极馈电杆穿过触发绝缘块且其上端与触发极连接，触发极馈电杆下端与触发电源正极连接；所述触发绝缘块上端面位于阴极与触发极之间的区域涂覆有金属薄膜。因金属的表面功函数比较低，更容易产生二次电子倍增过程，所以触发绝缘块表面设置金属薄膜后，它的绝缘性能会下降，在相同电压下，更容易击穿放电，即提高了触发可靠性，触发放电为离子源提供种子电子，有利于离子源稳定工作。如此，本发明能降低触发绝缘块表面的耐压性能，使得本发明在低电场强度下，触发极和阴极之间即可击穿，产生种子电子。

进一步的，所述金属薄膜的厚度为100nm～300nm。

因阴极和触发极之间距离越近，相同电压下电场强度越强，越有利于触发击穿和放电，此距离越大，需要的最低触发电压越高，触发工作可靠性越低，为了保证本发明工作性能的同时提高触发工作的可靠性。进一步的，所述阴极与触发极之间的间距为0.1 mm~0.3 mm。

为了提高等离子体中金属离子密度，增加引出束流流强，进一步的，所述阴极与金属薄膜的材料相同。触发放电时，金属薄膜材料受等离子体中离子轰击而蒸发，然后和电子碰撞电离产生薄膜材料离子。因此，本发明通过将金属薄膜材料与阴极材料设置为一致，将会提高阴极材料离子密度。

真空弧离子源，包括放电电源、阳极及上述沿面触发结构，所述放电电源的正极与阳极连接，其负极与阴极连接。本发明应用时，触发放电和阴阳极放电分别由两台独立电源控制，触发电源促使阴极和触发极之间发生放电，产生的种子电子在阴阳极间形成的电场中运动，发生电子倍增过程，诱使阴阳极之间发生主脉冲放电，实现离子源工作。

进一步的，所述阳极为圆筒状，所述触发绝缘块为圆柱状，触发绝缘块的外径与阳极的内径匹配，触发绝缘块嵌入阳极内且与阳极形成过盈配合。如此，本发明的阳极除了当电极外，还是离子源外壳。

进一步的，真空弧离子源，还包括阳极绝缘块，所述触发极与触发绝缘块同轴设置，且触发极的外径小于触发绝缘块的直径；所述阳极绝缘块填充触发极与阳极之间的区域。

进一步的，所述阳极内壁构成有位于触发极上方的第一环形限位平台，所述第一环形限位平台内径小于触发极外径，所述阳极绝缘块还填充触发极与第一环形限位平台之间的区域。本发明应用时触发极在阳极绝缘块的下压作用下与触发绝缘块上端面紧密接触，使得本发明采用沿面触发的方式能得到有效实施。

为了保证放电电源启动时，阴阳极之间仍存在足够的种子电子，进一步的，所述阴极与阳极接通的回路的通电时间不能落后阴极与触发极接通的回路通电时间超过0.3 μs。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明整体结构简单，便于实现，成本低，本发明在阴极和触发极之间的绝缘表面上涂覆金属薄膜能降低触发对电压的要求，保证低电压下阴极和触发极之间也能放电，同时提高触发工作的可靠性和离子源稳定性，如此，本发明应用时便于推广应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个具体实施例中沿面触发结构的结构示意图；

图2为本发明一个具体实施例中真空弧离子源的结构示意图。