[发明专利]一种准中性等离子体束流引出装置

说明书

本发明提供了一种准中性等离子体束流引出装置，包括安装于等离子体源容器出口处的栅极系统和电源系统，所述栅极系统包括层叠组装的屏栅和加速栅，所述栅极系统、电源系统、等离子体串联组成闭合回路。本发明的有益效果是：提供了准中性等离子体束流引出装置，该装置可以同时引出等量的电子和离子，获得准中性等离子体束流，不需要额外的中和器，同时减少了相应的配电和配气系统，极大简化了准中性等离子体束流引出系统，提高了效率。

技术领域

本发明涉及等离子体，尤其涉及一种准中性等离子体束流引出装置。

背景技术

等离子体是除固体、液体和气体外物质存在的第四种形态，当任何不带电的普通气体在受到外界的高能激励作用后，中性气体就因电离而转变成由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的宏观仍呈电中性的电离气体。由于等离子体包含大量带电粒子，等离子体具有许多的独特的物理、化学性能。等离子体内粒子温度高、动能大。作为带电粒子的集合体，它具有类似金属的导电性能，从整体上看等离子体是一种导电流体。等离子体化学性质活泼，容易发生化学反应。等离子体在特殊设计的外加电磁场下，会表现出特定的动力学特性。

等离子体技术现在广泛应用于专业科研和工业生产中，人们在对于等离子体发光、电磁流体、电弧放电、微电子和纳米器件加工以及等离子体化学合成的研究和应用中，对等离子体的认识不断加深。在能源领域，利用超高温等离子体的核聚变发电成为研究热点。在制造业，特别是汽车、航空及生物医药部件的表面处理方面，因为减少了有毒液体的使用，等离子体技术在环保上显示出明显的优越性，这对于解决城市垃圾、排放的废气处理等环境课题展现了一种新的有效途径。同时，由于兼容纳米制造，等离子体技术在大规模工业制造中也具有优势。电容耦合放电等离子体是工业中常用的一类等离子体源，电容耦合型射频放电电极自偏压的形成，可以防止绝缘层表面正电荷的积累，有助于放电的维持。所谓自偏压指的是对放入放电容器内的基板加高频电压，在基板电极电压波形图上，电压向负值有明显的位移，便移的负值就是自偏压大小，自偏压现象对于理解电容性耦合放电等离子体内部粒子行为是重要的。

在等离子体应用实践过程中，一般通过气体放电获得等离子体源，如何从等离子体源中有效引出准中性的等离子体束流用于生产制造或科学研究，是备受关注的研究课题。现有的等离子体加速引出技术，大多是从等离子源中引出单一离子束流，再通过外加中和器发射电子中和离子，系统复杂且效率低。

因此，研究如何从等离子体源中同时引出离子和电子，从而获得准中性的等离子体束流是改进上述缺陷的有效途径。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种准中性等离子体束流引出装置。

本发明提供了一种准中性等离子体束流引出装置，包括安装于等离子体源容器出口处的栅极系统和电源系统，所述栅极系统包括层叠组装的屏栅和加速栅，所述栅极系统、电源系统、等离子体串联组成闭合回路。

作为本发明的进一步改进，所述电源系统包括电容、射频电源其及匹配器，所述射频电源其及匹配器通过串联所述电容与所述屏栅连接，所述加速栅接地。

作为本发明的进一步改进，所述准中性等离子体束流引出装置还包括等离子体源容器，所述屏栅较所述加速栅靠近所述等离子体源容器。

作为本发明的进一步改进，所述栅极系统还包括加速栅偏压金属垫片、栅极间绝缘垫片、屏栅偏压金属垫片，所述屏栅偏压金属垫片、屏栅、栅极间绝缘垫片、加速栅、加速栅偏压金属垫片呈片状结构沿引出方向依次叠加组装。

作为本发明的进一步改进，所述屏栅上设有第一引出孔，所述加速栅上设有第二引出孔，所述第一引出孔的孔径大于或者等于第二引出孔的孔径。

作为本发明的进一步改进，所述第一引出孔、第二引出孔的轴线重叠。

作为本发明的进一步改进，所述栅极间绝缘垫片厚度为1mm，材料为高温绝缘材料，所述屏栅和加速栅的材料为防带电粒子溅射材料。