具有改进气体传输的离子源制造技术

本发明专利技术公开一种用于从等离子产生离子束的离子源（１００）。在阳极（１１２）的中心处通过可电离气体的高能电子和分子之间的碰撞产生等离子。电子源自阴极丝，并且通过施加的电势被加速到阳极（１１２）。阳极的突起（１２３）和具有与阳极的轴线对齐的轴线的磁场共同作用将电子的流动聚集于阳极（１１２）的中心。可电离的气体在聚集电子流的位置处或者通过阳极（１１２）侧壁中的通道（１２５）或者通过延伸进入电离区域的气体输送管子经由离子源的开口端被引入到离子源（１００）的电离区域（１１３）。产生在电离区域中的离子从离子源被排出作为集中在磁场轴线上的离子束。阳极（１１２）包括容纳冷却流体的腔（１２７）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于产生离子束的离子源。本专利技术是通过利用无栅可扩展离子源(gridless open ended ion source)进行研制的，并且在此作为特别参考进行说明。对本领域技术人员显而易见的是，本专利技术的范围会包括其它类型的离子源。
技术介绍
离子源源于空间推进中，但是近来越来越多的在诸如薄膜涂层的离子辅助沉积(IAD)的工业处理中发现它。在IAD处理中，来自离子源的离子束被引导到目标基底上从而导致在涂层材料沉积时的涂层材料的稠化。该过程发生在压力等级处于10-2Pa的真空容器中。在典型的离子源中，电子通过可电离气体从阴极丝被拉向阳极。气体分子和高能电子之间的碰撞导致电离，并且在某些情况下产生等离子体。在一种作为无栅离子源类型的公知离子源中，横跨等离子体施加磁场从而将从离子源加速的离子成形为离子束。在一种公知为端部霍尔离子源的特定无栅离子源类型中，磁场的轴线与阴极和阳极之间的电势对齐。电场和磁场的交互导致充电粒子大致地跟随着磁场线。这些装置中的阳极典型是具有向外倾斜的内部直径的环形，具有形成在阴极壁的边界中的等离子的主体。本申请人已经对无栅可扩展离子源进行了研制并且在授权的澳大利亚专利No.749256中进行了说明，其全部内容通过引用结合于此。在该专利中，对具有较大稳定性和较大操作参数范围的离子源进行了说明。通过在高电子密度的局部区域引入可电离的气体改善了性能。与阳极电接触并且从其突出的导电突起提供了电极的焦点和用于将气体引导到电离区域的气体出口部件。上述专利中出现的结构所具有的一个问题是，因为气体供应通道的孔形成在出口部件自身中，所以当气体被引入到离子源的电离区域中时，所述气体被引导离开所述出口部件，并且因此远离电子密度。因此，气体效率无需被最大化。其它问题在于，因为出口部件集中了电通量，所以其接收了施加到阳极上大部分热负荷。但是，气体管道穿过出口部件，因此使得难于提供足够的水来冷却所述突起。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术旨在一种离子源，该离子源包括产生电子的阴极，阳极，所述阴极和阳极之间的电离区域，用于将可电离的气体引导进入所述电离区域的气体供应通道，用于在所述阴极和所述阳极之间产生电势差的装置，从而朝向所述阳极造成由所述阴极产生的电子流，所述电子流基本上穿过所述电离区域并且导致所述气体的电离，所述电势差还用作从所述离子源排出在所述电离区域中产生的离子，其中所述阳极包括端壁，从端壁在阴极方向上延伸并且在从端壁朝向阴极的方向上向外倾斜的侧壁，从而使得端壁和侧壁共同限定基本上呈锥形的电离区域，该区域具有在端壁处的封闭端，以及在朝向阴极的开口端，其中所述气体供应通道包括一个或多个延伸通过所述阳极侧壁的通道，每个所述通道终止在基本上紧邻所述端壁设置的孔处。优选地，所述离子源还包括从端壁延伸并且与端壁电接触的导电突起。优选地，每个通道在大致朝向端壁的方向上延伸穿过所述侧壁。在另一方面，本专利技术旨在一种离子源，该离子源包括产生电子的阴极，阳极，所述阴极和阳极之间的电离区域，用于将可电离的气体引导进入所述电离区域的气体供应通道，用于在所述阴极和所述阳极之间产生电势差的装置，从而朝向所述阳极产生由所述阴极产生的电子流，所述电子流基本上穿过所述电离区域并且导致所述气体的电离，所述电势差还用作从所述离子源排出产生在所述电离区域中的离子，其中所述阳极包括端壁，从端壁在阴极方向上延伸并且在从端壁朝向阴极的方向上向外倾斜的侧壁，从而使得端壁和侧壁共同限定基本上呈锥形的电离区域，该区域具有在端壁处的封闭端，以及在朝向阴极的开口端，其中所述气体供应通道包括一个或多个延伸进入所述电离区域的管子，每个管子终止在紧邻所述端壁设置的孔处。优选地，每个管子从电离区域的开口端延伸进入电离区域。优选地，每个管子包括非导电材料。在另一方面，本专利技术旨在一种用于离子源的阳极，所述阳极包括端壁，从所述端壁延伸并且在远离端壁的方向上向外倾斜的侧壁，从而使得端壁和侧壁共同限定基本上呈锥形的区域，该区域具有在端壁处的封闭端，以及在相对于端壁的阳极一端处的开口端。优选地，所述阳极还包括从端壁延伸进入锥形区域的突起，所述突起是导电的并且与所述端壁电接触。优选地，所述锥形区域关于所述阳极的轴线基本上对称，所述突起设置在所述轴线上。优选地，所述突起提供具有设置在所述轴线上的顶点的倾斜或弯曲表面。优选地，所述阳极还包括适于容纳冷却流体的腔。优选地，所述锥形区域和所述腔之间的所述端壁的厚度少于5mm。附图说明对本领域技术人员来说，本专利技术的其它特点和优势将会通过结合以下的附图对优选实施例所做的说明而变得显而易见，其中图1是根据本专利技术的离子源的局部剖视图；图2是图1中离子源的平面图；图3示出具有散热片的阳极的示意图；图4示出用于离子源的另一替代气体供应系统的示意图；图5示出离子源的替代结构。具体实施例方式首先参考图1和图2，示出了根据本专利技术优选实施例的离子源100。所述离子源100包括与圆柱形护罩102以螺钉或其它方式配合的基板101。所述护罩具有内倾斜表面103，该表面限定了下面将要描述到的离子区域113的开口端116。所述基板101具有凸缘105，从其向上延伸的是与护罩102配合的螺纹部分106。所述基板101具有上环形面107。内圆周凸缘108从所述环形面107延伸以将环形磁体114定位其上。设置在磁体114上的是诸如由铝制成的隔片117，其提供了辐射屏蔽以防止磁体114因来自阳极112的辐射而过热，特别是在阳极未被冷却的情况下。阳极112具有端壁120和向外倾斜的侧壁121。所述侧壁和端壁一起限定了电离区域113。灯丝111由灯丝支撑腿130支撑在电离区域113的开口端116。所述灯丝支撑腿130通过绝缘架131连接到护罩102，从而将灯丝支撑腿130与护罩102电绝缘。每个灯丝支撑腿130是导电的并且具有用于连接到灯丝供给电路(未示出)的电连接点132。突起123从阳极端壁120延伸进入电离区域113。示出在图1中的突起123是弯曲的，具有位于阳极轴线上的顶点。在可选实施例中，所述突起可具有成角度的面等。所述突起为由阴极发出的电子提供了焦点。阳极112由上绝缘环118和下绝缘环119位于护罩中。气体室140由阳极112，绝缘环118和119和护罩102的内表面所限定。所述上绝缘体118是用于正确地保持阳极112并且将其正确定位的刚性绝缘体。所述绝缘体118还需要具有高的耐高温性以及低的热膨胀性，从而所述绝缘体在操作条件下为气体室提供密封。用于上绝缘体的优选材料包括玻璃、陶瓷或诸如PEEK(polyethylethylketone)的多聚体。下绝缘体优选地是高温弹性环，当基板101被拧入护罩时其为气体室140提供了弹性密封。通过护罩的入口141(图2)可连接到向气体室140供应气体的气体管线(未示出)。气体流的控制是由质量流控制器或设置在离子源上游处的其它类似控制机构监控的，这在现有技术中是公知的。延伸穿过阳极侧壁121的是多个通道125，每个终止于处在紧邻端壁120所设置的孔126处的电离区域113中。所述通道125提供从气体室140到电离区域113的管道。通道125从外部阳极壁向下延伸到电离区域，使得所述通道被指向突起123。这确保引入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子源，该离子源包括产生电子的阴极，阳极，所述阴极和阳极之间的电离区域，用于将可电离的气体引导进入所述电离区域的气体供应通道，用于在所述阴极和所述阳极之间产生电势差以朝向所述阳极形成由所述阴极产生的电子流的装置，所述电子流基本上穿过所述电离区域并且导致所述气体的电离，所述电势差还用作从所述离子源排出产生在所述电离区域中的离子，其中所述阳极包括端壁，从端壁在阴极方向上延伸并且在从端壁朝向阴极的方向上向外倾斜的侧壁，从而使得端壁和侧壁共同限定基本上呈锥形的电离区域，该区域具有在端壁处的封闭端，以及在朝向阴极的开口端，其中所述气体供应通道包括一个或多个延伸通过所述阳极侧壁的通道，每个所述通道终止在基本上紧邻所述端壁设置的孔处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2003-10-15 20039056681.一种离子源，该离子源包括产生电子的阴极，阳极，所述阴极和阳极之间的电离区域，用于将可电离的气体引导进入所述电离区域的气体供应通道，用于在所述阴极和所述阳极之间产生电势差以朝向所述阳极形成由所述阴极产生的电子流的装置，所述电子流基本上穿过所述电离区域并且导致所述气体的电离，所述电势差还用作从所述离子源排出产生在所述电离区域中的离子，其中所述阳极包括端壁，从端壁在阴极方向上延伸并且在从端壁朝向阴极的方向上向外倾斜的侧壁，从而使得端壁和侧壁共同限定基本上呈锥形的电离区域，该区域具有在端壁处的封闭端，以及在朝向阴极的开口端，其中所述气体供应通道包括一个或多个延伸通过所述阳极侧壁的通道，每个所述通道终止在基本上紧邻所述端壁设置的孔处。2.根据权利要求1所述的离子源，其中所述电势差产生远离阳极延伸的电场，所述离子源还包括产生磁场的磁体，其轴线基本上与所述电场平行。3.根据权利要求2所述的离子源，其中所述磁体如此设置使得磁场强度的最大值处于电场的轴线上以及电离区域的阳极一侧上。4.根据权利要求2所述的离子源，其中所述磁体是设置成与阳极接触的永磁体。5.根据权利要求1所述的离子源，其中所述用于集中所述电子流的所述装置包括延伸进入所述电离区域的所述阳极的突起。6.根据权利要求5所述的离子源，其中所述突起从所述侧壁延伸。7.根据权利要求5所述的离子源，其中每个通道在大致朝向所述突起的方向上延伸穿过所述侧壁。8.根据权利要求5所述的离子源，其中所述突起具有倾斜或弯曲的表面，该表面具有设置在阳极轴线上的顶点。9.根据权利要求1所述的离子源，其中所述阳极包括适于接纳冷却所述阳极的流体的内部流体通道。10.根据权利要求5所述的离子源，所述阳极包括适于接纳冷却所述阳极的流体的腔，所述流体通道延伸到突起的下表面，其中电离区域和腔之间的突起的材料厚度少于10mm。11.根据权利要求10所述的离子源，其中所述材料的厚度少于5mm。12.根据权利要求10所述的离子源，其中所述材料的厚度少于3mm。13.根据权利要求10所述的离子源，还包括延伸进入所述腔并且基本上紧邻所述突起的下表面终止的流体管道，从而使得通过所述流体管道提供的流体在所述突起的下表面受到引导。14.根据权利要求1所述的离子源，其中所述阳极包括至少一个暴露于所述电离区域的表面，所述至少一个表面的至少一部分是导电性非氧化材料。15.根据权利要求14所述的离子源，其中所述导电性非氧化材料是钛氮化物。16.根据权利要求5所述的离子源，其中所述突起的表面是导电性非氧化材料。17.根据权利要求1所述的离子源，还包括护罩，第一密封件和第二密封件，其中第一和第二密封件的至少其中之一将阳极定位在护罩中，从而使得所述阳极与所述护罩电绝缘，其中所述护罩，阳极和第一以及第二密封件限定一室，所述护罩还包括至少一个通向所述室的气体入口，从所述室延伸到电离区域的一个或多个通道。18.一种离子源，该离子源包括产生电子的阴极，阳极，所述阴极和阳极之间的电离区域，用于将可电离的气体引导进入所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦恩圣蒂，
申请(专利权)人：塞恩技术有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]