一种离子源的电源系统及离子源技术方案

本实用新型专利技术涉及一种离子源的电源系统及离子源，所述电源系统包括：阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源；以及检测单元，与所述阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于获取各个电源的电压或电流信号反馈值；电源控制器，用于接收所述检测单元获取的电压或电流信号反馈值，并发送控制信号给各个电源。本实用新型专利技术根据反馈的各路电源电压或电流信号，对各路电源进行调节，克服了现有离子源各路电源独立工作、手动调整的缺陷，能够使离子束自动调谐至最佳传送状态，从而保证离子源系统稳定、可靠、高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及离子束
，尤其涉及一种离子源的电源系统及离子源。
技术介绍
离子束加工是当代微电子机械系统(MEMS)微纳精密加工的重要工艺之一，而离子源是离子束加工系统的核心。卡夫曼离子源是目前最常用的电子轰击宽束离子源(BBIS)，采用主阴极、弧板阳极、屏栅、加速栅和中和器等构成，其中主阴极可以采用直热电子发射丝放电阴极，屏栅和加速栅组成双栅离子光学系统，中和器为浸没式中和阴极，主阴极在阳极电场的作用下发射电子，进入气体放电区的惰性气体受电子轰击引发放电形成等离子体，双栅离子光学系统将该等离子体抽取出来，经中和器中和后形成中性离子束。该离子源在工作过程中需要对应的阴极、弧极、屏极、加速、耦合和中和共6路电源供电。现有卡夫曼离子源的电源大多都是6路电源彼此独立设置、独立运行。用户需要根据离子源工作时的状态，手工反复调节，导致离子源工作状态稳定性差，重复性差，效率不高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，针对现有离子源的各路电源彼此独立设置需手动调节的缺陷，提供一种通过统一的电源控制器发送控制信号给各路电源的离子源的电源系统及采用该系统的离子源。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种离子源的电源系统，所述电源系统包括：阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源；所述电源系统还包括：检测单元，与所述阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于获取各个电源的电压或电流信号反馈值；以及电源控制器，与所述检测单元以及阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于接收所述检测单元获取的电压或电流信号反馈值，并发送控制信号给各个电源。在根据本技术所述的离子源的电源系统中，所述电源控制器接收所述检测单元获取的加速电源的电流反馈值，发送电流控制信号给阴极电源。在根据本技术所述的离子源的电源系统中，所述电源控制器接收所述检测单元获取的加速电源的电流反馈值，发送电压控制信号给屏栅电源。在根据本技术所述的离子源的电源系统中，所述阴极电源的正极和负极与所述主阴极的两端连接；所述弧极电源的正极接所述弧板阳极，弧极电源的负极接所述阴极电源的正极；所述屏栅电源的正极接屏栅以及所述弧极电源的负极；所述加速电源的正极接所述屏栅电源的负极，加速电源的负极接所述加速栅；所述中和电源的正极和负极与所述中和器的阴极的两端连接；所述耦合电源的正极接所述屏栅电源的负极，耦合电源的负极接所述中和电源的正极并连接公共端。在根据本技术所述的离子源的电源系统中，所述电源控制器与所述弧极电源连接，用于发送离子源启动时生成的第一电压调节信号给所述弧极电源，以及发送启动预设时间后生成的第二电压调节信号给所述弧极电源在根据本技术所述的离子源的电源系统中，所述电源系统还包括与电源控制器连接的人机交互模块和/或外控接口。本技术还提供了一种离子源，包括置于真空室内的主阴极、弧板阳极、屏栅、加速栅和中和器；其中，所述真空室为圆筒形，其上设有气孔用于通入惰性气体；所述主阴极位于真空室的上部，所述弧板阳极围绕所述主阴极设置，所述弧板阳极外还缠有电磁线圈；所述屏栅和加速栅设置在所述真空室的中部，且在同一中心线上轴向间隔设置；所述中和器置于所述真空室下部；所述离子源还包括如前所述的离子源的电源系统。本技术的上述技术方案具有如下优点：本技术可以在离子源工作过程中，根据反馈的各路电源电压或电流信号，对各路电源进行自动调节，克服了现有离子源各路电源独立工作、手动调整的缺陷，能够使离子束自动调谐至最佳传送状态，从而保证离子源系统稳定、可靠、高效运行。附图说明图1为根据本技术离子源的电源系统的优选实施例的原理图；图2为根据本技术离子源的离子束流密度分布曲线。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1，为根据本技术离子源的电源系统的优选实施例的原理图。本技术离子源的电源系统适用于卡夫曼离子源。如图1所示，该实施例的离子源包括：主阴极1、弧板阳极2、屏栅3、加速栅4和中和器5等。其中，离子源置于真空室内，真空室可为圆筒形，其上设有气孔用于通入惰性气体。主阴极1位于真空室的上部，弧板阳极2围绕所述主阴极1设置，弧板阳极2中间的区域构成气体放电区。弧板阳极2外还缠有电磁线圈，用于产生高频电场。主阴极1在弧极电场的作用下发射电子。进入气体放电区的惰性气体受电子轰击引发放电形成等离子体。屏栅3和加速栅4设置在真空室的中部，在同一中心线上轴向间隔设置，构成双栅离子光学系统。屏栅3从等离子体中抽取离子束，并经加速栅5加速。中和器5置于真空室下部，用于向经过加速栅4加速的离子束发射电子，中和成为中性离子束。该离子源的电源系统至少包括：阴极电源6、弧极电源7、屏栅电源8、加速电源9、中和电源11和耦合电源10，这六路电源同时为离子源供电实现离子束发射的过程。其中阴极电源6用于为主阴极1提供加热电流，其正极和负极与主阴极1的两端连接。在一定范围内，主阴极1的加热电流越大，放电电流越大，放电电流增加引起放电等离子体中离子密度及电子温度增加，使离子束流增加。弧极电源7用于对弧板阳极2施加弧极电压，其正极接弧板阳极2，负极接阴极电源6的正极。屏栅电源8用于对屏栅3施加屏栅电压，其正极接屏栅3以及弧极电源7的负极。屏栅电压反应离子束中离子的能量。因等离子体电位与弧极电压相近，离子所得到的净加速能量是弧极电压与屏栅电压之和。由于弧极电压远小于屏栅电压，所以通常认为屏栅电压就是离子束的能量，如屏栅电压是1000V，离子束的能量就是1000eV。屏栅电源8的屏栅电流则反应离子束的大小，但真正从离子源引出去的离子束的大小应是屏栅电流与加速电流之差。加速电源9用于对加速栅4施加加速电压。加速电源9的正极接屏栅电源8的负极，加速电源9的负极接加速栅4。加速电源9给加速栅施加的是负偏压，一方面是为了引出更大的束流，另一方面是为了抑制二次电子和中和电子返流进入放电室。电子返流是不参与工作的，是假的离子束流。如果加速电压过低，则因电子返流而使离子束流急剧上升。但是如果采用加速电压太高，则会使离子束发散电场加强，使离子束过于发散，不便于离子束聚焦。加速电流是离子打到加速栅4上产生的电流。中和电源10用于为中和器5的阴极提供中和电流，用于加热中和器5的阴极，发射电子与离子束中和。中和电源10的正极和负极与中和器5的阴极的两端连接。中和电源10的中和电流是直接浸没在离子束中的中和阴极悬丝的加热电流，控制向离子束发射中和电子的能力。耦合电源11用于实现离子束与中和器5的阴极间的电压耦合。耦合电源11的正极接屏栅电源8的负极，耦合电源11的负极接中和电源11的正极。该耦合电源11提供的耦合电压是为了改变中和器5的阴极对束等离子体的电位使之负偏，改善离子束与中和器阴极间的电压耦合。本技术中离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子源的电源系统，所述电源系统包括：阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源；其特征在于，所述电源系统还包括：检测单元，与所述阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于获取各个电源的电压或电流信号反馈值；电源控制器，与所述检测单元以及阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于接收所述检测单元获取的电压或电流信号反馈值，并发送控制信号给各个电源。

【技术特征摘要】
1.一种离子源的电源系统，所述电源系统包括：阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源；其特征在于，所述电源系统还包括：检测单元，与所述阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于获取各个电源的电压或电流信号反馈值；电源控制器，与所述检测单元以及阴极电源、弧极电源、屏栅电源、加速电源、中和电源和耦合电源连接，用于接收所述检测单元获取的电压或电流信号反馈值，并发送控制信号给各个电源。2.根据权利要求1所述的离子源的电源系统，其特征在于，所述电源控制器接收所述检测单元获取的加速电源的电流反馈值，发送电流控制信号给阴极电源。3.根据权利要求1所述的离子源的电源系统，其特征在于，所述电源控制器接收所述检测单元获取的加速电源的电流反馈值，发送电压控制信号给屏栅电源。4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子源的电源系统，其特征在于：所述阴极电源的正极和负极与离子源的主阴极的两端连接；所述弧极电源的正极接离子源的弧板阳极，弧极电源的负极接所述阴极电源的正极；所述屏栅电源的正极接离子源的屏栅以及所述弧极电源的负极；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁克明，
申请(专利权)人：北京埃德万斯离子束技术研究所股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11