一种离子加速装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种离子加速装置，包括电离室、脉冲吸取栅极、分析磁场单元和多级离子加速级，所述分析磁场单元的一端与脉冲吸取栅极连接，另一端与多级离子加速级连接，所述的离子加速装置还包括外接脉冲高压电源供应器、脉冲高压电源供应器和脉冲频率调制器；所述的外接脉冲高压电源供应器阳极与电离室连接，阴极与脉冲吸取栅极连接；所述的脉冲高压电源供应器一端与多级离子加速级连接，另一端与脉冲频率调制器的一端连接；所述的脉冲频率调制器的另一端与外接脉冲高压电源供应器连接。本发明专利技术提供的离子加速器具有离子利用率高、结构简单、离子加速能量高、扩充自由灵活的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子加速装置，尤其涉及一种离子直线加速器装置。技术背景离子加速装置在军用、民用、科学研究领域都有广泛应用。例如正负离 子对撞机、空间飞行器动力等，民用中最典型应用是在半导体生产制造中离 子植入机装置将离子掺杂到硅片中。离子主要由中性分子电离产生，然后通 过加速装置加速并应用。现阶段主要应用两种原理方式加速离子一种是直流加速模式，它通过直流高压电源供应器实现。直流高压电源 供应器阳极第一栅极，阴极接第二栅极，离子由第一栅极进入后在电场的作 用下被加速，该方式存在主要的问题是两个栅极间的绝缘问题随着电压的升 高越来越难实现，现阶段一般实用的也就在200千伏左右。再则在该方式的多 极模式中，由于每个栅极处于不同的电势中，造成系统的复杂程度成几何倍 增加。另一种是交流射频(RF)加速模式，它通过射频高压电源供应器实现。 该方式的第一个或前几个栅极通过射频高压电源供应器吸引和排斥离子，将 直流加速模式中得到的直流离子束变为小组离子团构成的离子束，后面的所 有栅极每一个外加一个地极构成一个加速级，每个栅极都在射频高压电源供 应器的作用下，但是有严格的相位差， 一个栅极带负极时正好吸引前一个栅 极带正极时排斥过来的离子团，这样每两个加速级形成一拉一推形式加速离 子团形式的离子束。该方式由于采用一拉一推形式，因此栅极利用率不高； 采用射频高压电源供应器使直流离子束变为小组离子团构成的离子，在这个 过程中被分成团的离子只占50%以下；同时采用射频高压电源供应器的栅极电压成正弦变化，使得部分离子被加速到非所需的能量。由于以上种种原因最终达到所需能量的离子不到20%,离子利用率非常低。因此，需要一种离子利用率高、结构简单、离子加速能量高、扩充自由 灵活的离子加速装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种离子利用率高、结构简单、离子加速能量高、 扩充自由灵活的离子加速装置。为实现专利技术目的，本专利技术的专利技术人在现有技术的基础上经过大量的实验 及创造性的劳动设计出一种离子加速装置，包括电离室、脉冲吸取栅极、分 析磁场单元和多级离子加速级，所述分析磁场单元的一端与脉冲吸取栅极连 接，另一端与多级离子加速级连接，所述的离子加速装置还包括外接脉冲高 压电源供应器、脉冲高压电源供应器和脉冲频率调制器；所述的外接脉冲高 压电源供应器阳极与电离室连接，阴极与脉冲吸取栅极连接；所述的脉冲高 压电源供应器一端与多级离子加速级连接，另一端与脉冲频率调制器的一端 连接；所述的脉冲频率调制器的另一端与外接脉冲高压电源供应器连接。所述的多级离子加速级中的每一个加速级包括一个栅极和地极，所述的 栅极与脉冲高压电源供应器连接，所述的地极为两个。本专利技术的离子加速装置的工作原理是脉冲高压电源供应器阳极接电离 室，阴极接脉冲吸取栅极，同时栅极接地，在脉冲高压电源供应器作用下， 离子被吸取出来构成脉冲离子束。通过分析磁场单元筛选出所需离子。脉冲粒子束进入多级离子加速级， 每个加速级的栅极由脉冲高压电源供应器提供的高压脉冲相差多个相位，每 一个脉冲粒子束在被一个加速级的栅极一拉一推后，进入漂移模式，然后再 接受下一个加速级的栅极一吸一推。在漂移段中根据脉冲频率的不同和每个 加速级栅极不同相位可以同时存在多个脉冲粒子束。本专利技术提供的离子加速装置由于采用了多相位方式使栅极的利用率大大 提高，提高了粒子束的电流；采用脉冲的高压电源供应方式，减少了粒子束的损耗；采用脉冲吸取栅极，减少了使粒子束成团的损耗，使得吸取的粒子 束可以全部利用。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的脉冲离子束的产生装置及方式示意图； 图3为本专利技术的多级离子加速级的结构示意图； 图4为本专利技术的脉冲离子束的漂移示意图。具体实施方式参照图l，本专利技术提供的离子加速装置，包括电离室l、脉冲吸取栅极2、 分析磁场单元3和多级离子加速级4，所述分析磁场单元3的一端与脉冲吸取栅 极2连接，另一端与多级离子加速级4连接，所述的离子加速装置还包括外接 脉冲高压电源供应器7、脉冲高压电源供应器5和脉冲频率调制器6;所述的外 接脉冲高压电源供应器7阳极与电离室1连接，阴极与脉冲吸取栅极2连接；所 述的脉冲高压电源供应器5—端与多级离子加速级4连接，另一端与脉冲频率 调制器6的一端连接；所述的脉冲频率调制器6的另一端与外接脉冲高压电源 供应器7连接。离子被外接脉冲高压电源供应器7的脉冲吸取栅极2吸取出来构成脉冲粒 子束，通过分析磁场单元3筛选出所需离子。脉冲粒子束进入多级离子加速级 4，每个加速级的栅极9由脉冲高压电源供应器5提供的高压脉冲相差多个相 位，每一个脉冲粒子束8在被一个加速级的栅极9一吸一推后，进入漂移模式， 然后再接受下一个加速级的栅极9一吸一推。在漂移段中根据脉冲频率的不同 和每个加速级栅极9不同相位可以同时存在多个脉冲粒子束8，这样一级一级 加速下去。脉冲频率调制器6根据需要严格的控制脉冲高压电源供应器5的相 位和频率。本专利技术加速级可以是图1所示的3个也可以是任意个累加，方式原 理相同，不一一描述。参照图2，本专利技术包括如图2所示脉冲离子束的产生装置及方式，脉冲高压电源供应器7阳极接电离室1，阴极接脉冲吸取栅极2，同时脉冲吸取栅极2 接地，该脉冲高压电源供应器7只产生正高压脉冲。如图2a部分在^时段内产 生+V的脉冲，电离室l为正电压，脉冲高压电源供应器7为地。由于电场的作 用，离子束8被吸出。如图2b部分在t2时段内无脉冲产生，电离室l与脉冲高压 电源供应器7间无电场作用，没有离子束8被吸出，但是之前被吸出的粒子束8 已获得了能量，将进入漂移模式，能量不改变。这样形成第一个脉冲离子束8。 如图2c部分在又一个t,时段产生V的脉冲，电离室l为正电压，脉冲高压电源供 应器7为地，由于电场的作用，离子束8将再次被吸出。依次下去，按照本发 明将形成一束束的脉冲离子束，为后段的多极脉冲离子加速作准备。该脉冲 高压电源供应器7频率为f=l/(trH2)，本专利技术通过改变^可以改变脉冲离子束的长短，改变t2可以改变脉冲离子束之间的间隔时间。参照图3，多级离子加速级4的每个加速级包括一个栅极9、地极10和地极 11，每个栅极9接有一脉冲高压电源供应器5。正负高压脉冲被应用于该脉冲 高压电源供应器5，频率为fH/t3。如图3a所示， 一个脉冲离子束8刚穿出地 级10的同时加速级栅极9 (脉冲高压电源供应器5)严格的根据需要正好改变 为阴极，这时电场方向和离子束运动方向相同，电场将使该脉冲粒子束8加速 进(拉)入加速级栅极9。图3b所示，该脉冲离子束8刚达到加速级栅极9中间 时，加速级栅极9 (脉冲高压电源供应器5)严格的根据需要正好要反响变为 阳极+V，此时加速级栅极9为0，该脉冲粒子束8漂移模式不改变状态继续移 动。图3c所示，加速级栅极9 (脉冲高压电源供应器7)严格的根据需要反响 变为阳极+V后，这时电场方向和离子束运动方向相同，电场又将使该脉冲粒 子束8加速进(推)入地级ll，当脉冲粒子束8正好进入后地极11，同时该+V 脉冲结束。进入下一个一V脉冲，此时第二个脉冲离子束正好穿出前一个地极 10。这样周而复始达到本专利技术中加速级栅极9加速每一个脉冲粒子束8作用。 在本专利技术中，要达到加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子加速装置，包括电离室（１）、脉冲吸取栅极（２）、分析磁场单元（３）和多级离子加速级（４），所述分析磁场单元（３）的一端与脉冲吸取栅极（２）连接，另一端与多级离子加速级（４）连接，其特征在于：所述的离子加速装置还包括外接脉冲高压电源供应器（７）、脉冲高压电源供应器（５）和脉冲频率调制器（６）；所述的外接脉冲高压电源供应器（７）产生高压电源，其阳极与电离室（１）连接，阴极与脉冲吸取栅极（２）连接；所述的脉冲高压电源供应器（５）产生脉冲离子束并加速离子，其一端与多级离子加速级（４）连接，另一端与脉冲频率调制器（６）的一端连接，脉冲频率调制器（６）用于控制脉冲高压电源供应器（５）；所述的脉冲频率调制器（６）的另一端与外接脉冲高压电源供应器（７）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑，
申请(专利权)人：和舰科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]