[发明专利]一种氩离子枪

说明书

一种氩离子枪，涉及超高真空设备开发领域。包括电子发射机构、氩气进入机构、离子引导机构、离子聚焦机构、角度可调机构和外筒，所述电子发射机构位于外筒中，电子发射机构上端依次连接离子引导机构、离子聚焦机构，电子发射机构下端连接氩气进入机构、角度可调机构。本发明离子引导机构的离子引导孔上覆盖栅网，该引导孔相对于氩离子处于负电压，电压值在数百至数千伏特之间可调，其可加速氩离子且约束离子束流指向；离子聚焦机构采用三个互相绝缘静电透镜，通过调节中间透镜可变电阻来调节离子束，进行进一步的约束；角度可调机构采用焊接波纹管来实现真空密封和变角驱动，手动调节外侧的四个角度可调旋钮，即可调节离子枪的指向及束流的方向。

技术领域

本发明涉及超高真空设备开发领域，尤其涉及一种氩离子枪。

背景技术

固体表面的原子由于失去了本体原子的排列周期性，会表现出一系列不同的物理和化学性质。表面科学的研究内容主要包括表面状态、表面扩散、表面重建、表面声子、表面等离子激元、电子的发射和隧道效应、自旋电子、以及自组装和纳米结构等。获得和控制表面原子精度的构造，是表面科学的基础，也是纳米科技的前提。典型的表面处理手段有解离、退火和离子溅射，而退火和离子溅射几乎是表面分析仪器的标准配置。退火相对简单，只要能实现精准的温度控制即可。离子溅射需要通过离子枪来实现，离子枪将质量大且不活性的氩(Ar)原子离子化后加速到数千电子伏特，聚焦照射到样品表面，用于样品的表面清洁处理、表面刻蚀或深度分析，是表面分析和纳米科技装置中的重要构成之一。

我国目前尚无国产的用于表面科学领域的离子枪，相关产品都是从欧美或日本进口。科研装备过度依赖进口，不仅使我国的科研受制于国外，也限制了我国自主创新的能力。《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006-2020年》中，明确要求提高科研装备的自主创新能力，并将高端技术装备研发列为五项战略性新兴产业之一。

发明内容

本发明内的目的是克服上述不足问题，提供一种结构简单、使用寿命长、束流方向可调、耐高温烘烤和使用方便的氩离子枪，自主研发的氩离子枪可产生并发射氩离子束，填补国内空白。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种氩离子枪，包括电子发射机构、氩气进入机构、离子引导机构、离子聚焦机构、角度可调机构和外筒；

所述电子发射机构包括长灯丝杆、灯丝、离子发生网、短灯丝杆和电极；所述灯丝选用的是直径为0.1mm的钨丝，处于负高压，一端与短灯丝杆相连，另一端与长灯丝杆相连，灯丝杆通过电极通电释放出热电子；灯丝设计为两根，共同使用一个公用电极，以便于在发生一根灯丝短线的情况下不用破坏真空环境使用另一根备用灯丝；所述离子发生网选用的是不锈钢栅网，通过内部的4个支撑杆围成一个圆柱形状，前端与前端盖固定，后端固定在支撑杆上，支撑杆固定于后端盖上；离子发生网处于零电位，灯丝与离子发生网之间存在180V的电位差，使大量电子束缚在离子发生网内部；

所述氩气进入机构包括CF16法兰和连接管；所述CF16法兰通过气体流量微调阀和氩气源相连，实现向离子枪内精确导入氩气；所述连接管焊接在CF16法兰上，氩气通过连接管进入前端电子发射机构的离子发生网内部，被加速的电子引起中性氩原子周围电场剧烈变化，失去一个电子而被离子化；所述连接管另一端通过焊接与CF35法兰相连，同时电极也焊接在CF35法兰上；

所述离子引导机构包括前端盖和栅网；所述前端盖的离子引导孔上覆盖栅网，该引导孔相对于氩离子处于负电压，电压值在数百至数千伏特之间可调。氩离子被加速后飞向离子引导孔，部分被引导孔的栅网捕捉，大部分穿过引导孔喷射出去。离子引导孔不仅可以加速氩离子，也可以约束离子束流的指向；

所述离子聚焦机构包括三个聚焦透镜和两个陶瓷片；每两个聚焦透镜之间都通过陶瓷片隔离；所述中间聚焦透镜处于正电压，两侧的聚焦透镜接地处于零电位，中间聚焦透镜可通过电压改变电阻进行调节离子束，进行进一步的约束；各聚焦透镜为相互绝缘的圆筒电极；