[发明专利]一种双等离子体离子源放电电源

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体电源领域，具体地来讲为一种双等离子体离子源放电电源。

背景技术

二次离子质谱仪是一种检测样品成分及其含量的科学仪器，具有超高的灵敏度和质量分辨率，被广泛应用于分析化学、环境科学、生命科学、地质科学等领域。其原理是经过聚焦的一次离子束轰击样品表面溅射出二次离子，产生二次离子进入质量分析器，根据不同离子质荷比的不同实现质谱分离，从而可以得知样品表面一定深度的元素分布和组成。

双等离子体离子源是二次离子质谱最常用的一种离子源，能够提供O^- 、O₂⁺ 、Ar⁺和Xe⁺ 等气体离子，具有电离效率高、离子能量分散小、离子流稳定的特点。在离子源的阴极和阳极之间需要提供一种电源，能够让腔体内的气体放电，产生大量的气体离子，通过提取加速电极就得到所需要的一次离子束。

二次离子质谱分析中，被检测的离子是通过一次离子束轰击样品表面溅射产生的二次离子，所以一次离子束的性能影响二次离子质谱分析的结果。放电电源是气体放电产生一次离子束并保持持续稳定的能量来源，电源的稳定性和放电电流大小能够改变一次离子束的状态，所以放电电源的品质影响一次离子束的性能。

CN105515343A公开了“一种低温等离子体放电电源装置”，电源装置包括有电源壳体，所述电源壳体内设置控制单元、开关电源、逆变器、干式变压器和功率模块。该电源装置能够有效的对电源设备进行散热，减小温升对装置的影响，并且快速的与放电模块进行连接，易于安装、调试和维护。这种放电电源是用于介质阻挡放电，输出电压峰值5-20KV，输出频率10-30KHZ。但是双等离子体离子源需要放电电源输出的是直流高压，而“一种低温等离子体放电电源装置”中的电源装置输出的是交流电，不适合应用于双等离子体离子源。

CN201936841U公开了“一种辉光放电离子源装置用电源”，它包括高压变压器，该高压变压器的输出端依次经由桥式整流电路、滤波电路与调整电路的输入端连接，调整电路的正、负输出端分别与辉光放电离子源装置中的采样盘体、样品盘体连接，调整电路的正、负输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输出端、基准电压电路的输出端分别与比较放大电路的两个输入端连接，比较放大电路的输出端与调整电路的调整端连接，220伏交流电压源向高压变压器和比较放大电路提供220伏交流电压。这种电源提供的高压直流电的稳压效果好、输出电压可调节、输出电流大。但是双等离子体离子源需要放电电源不仅输出电压调节，而且电流也需要调节，而“一种辉恒光放电离子源装置用电源”中的电源输出电压能够调节，但是电流无法调节，不适合用于双等离子体离子源。

其他一些公开的放电电源，大部分都是恒压源，而一些恒压恒流电源,其输出电压、输出电流调节范围小，功率小等原因,不能满足双等离子体离子源的需要。

双等离子体离子源放电电源的工作方式、输出电压范围、输出电流范围、功率以及应用环境等特点，现有的电源都无法满足。因此需要设计一种放电电源来解决以下问题。

放电电源工作模式为恒压和恒流模式。在气体未放电时，电源处于一种恒压模式，能够持续不断的升高电压，升到气体击穿电压值。气体一旦击穿开始放电时，电源自动切换到恒流模式，通过调整放电电流的大小，改变一次离子束的状态。由于不同的气压、温度、工作气体，导致击穿电压值的不同，所以需要电压范围在0-3000V。放电电流大小反应气体放电的激烈程度，不同电流的大小，气体放电产生的离子比例不同，比如氧气，放电会产生O- 、O2-、O+ 、O2+等离子，每种离子的比例会根据放电电流的大小改变。所以需要电流范围在0-250mA。电源所需要的功率在750W左右，因为气体放电瞬间功率会比较大。

问题2：一次离子束的提取加速电极（10KV）是质谱仪的接地电位，所以双等离子体离子源处于高电位，放电电源则是在10KV高压上工作。放电电源输入不能直接接入市电，如果直接接入市电，相当于将高压引入市电，非常危险。

问题3：二次离子质谱实验过程比较久，一次离子束在实验过程中可能会出现不稳定的状态，比如放电中断，放电过程断断续续等，我们不能够及时并且轻易的发现，一次离子束的不稳定会影响实验数据，所得出数据结果不具有准确性。一次离子束的稳定性主要受离子源气体放电状态的影响。