专利名称：等离子体离子能量测量分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是等离子体离子能量测量分析仪，属离子能量测量技术，特别涉及离子能量测量分析装置设备。
等离子体技术已越来越广泛地应用到许许多多的技术领域，如等离子体增强化学气相沉积，等离子体溅射沉积，等离子体刻蚀、等离子体表面改性等等。在这些技术应用过程中，都对等离子体能量分布状态具有一定的要求，因此，实际应用中就非常需要测量等离子体的能量分布规律。然而至今为止，国内外常用的等离子体离子能量测量技术是利用Langmuir探针方法测量出等离子体的空间电势后，再利用等离子体空间电势来估算等离子体的离子能量。这种测量方法很不准确，它只能对等离子体离子能量作出定性的说明，无法给出定量的结果，不能给出等离子体离子能量的分布状态。因此，在等离子体的技术应用中，实际上非常急需研制一种能直接地测量等离子体离子能量分布规律的专门的、完备的、成型的等离子体离子能量测量分析仪器。
本实用新型的目的就是为了克服现有常用的等离子体离子能量测量技术只能作定性说明，无法给出定量结果，不能给出等离子体离子能量的分布状态的缺点，解决急需要一种能直接测量等离子体离子能量分布规律的专门的等离子体离子能量测量分析仪器的问题，研究设计一种能给出定量测量结果、能直接地测量等离子体离子能量分布规律的等离子体离子能量测量分析仪。
本实用新型是通过下述结构技术方案来实现的等离子体离子能量测量分析仪的外型结构示意图如
图1所示，等离子体离子能量分析器2的结构组成示意图如图2所示。本测量分析仪由机箱1、等离子体离子能量分析器2、显示器3、直流电压表4、键盘5、取样电阻6、可调直流电压源7、数据自动采集测量装置8、主控计算机9、等离子体离子能量测量分析仪电路共同连接构成，其中等离子体离子能量分析器2由屏蔽极10、排斥极11、分析极12、接收极13、各电极引线14共同连接构成，各极板与各电极引线14的连接采用直接压固连接。其相互连接关系为若为手动测量方式，等离子体离子能量分析器2通过直流电压源信号线及装于机箱1背部的接插头座与可调直流电压源7相电气连接，直流电压源7与等离子体离子能量分析器2的排斥极11，分析极12连接，等离子体离子能量分析器2的接收极13通过取样信号线与取样电阻6串连连接，直流电压表4通过取样信号线与取样电阻6并联连接，各连接线均采用屏蔽信号导线连接；若采用自动测量方式，则除采用上述的连接方式外，把取样电阻6通过取样电压信号传输线与数据自动采集测量装置8中的低通滤波器17相电气连接，数据自动采集测量装置8通过计算机测量信号输入线及装于机箱背部的接线接插头座与主控计算机9相电气连接；等离子体离子能量测量分析仪的电路连接示意图如图3所示，数据自动采集测量装置的电路方框图如图4所示。其中等离子体能量测量分析仪的电路由多路可调直流电压源7、取样电阻6，高精度直流电压表4、数据自动采集测量装置8的相互连接构成，其相互连接关系为直流电压表4与数据自动采集测量装置8的输出线并接，取样电阻6与数据自动采集测量装置8的输出线并接，可调直流电压源7通过连接电缆线15及各电极引线14与等离子体离子能量分析器2中的分析极12、排斥极11相电气连接，取样电阻6通过连接电缆线15及电极引线14与接收极13相串联连接；数据自动采集测量装置电路由低通滤波器17、前置放大器18、模数变换器19、主控计算机9、图形打印机20相互电气连接构成，其相互连接关系为低通滤波器17通过取样电阻的取样信号线与取样电阻6相电气连接，并同时通过低通滤波器信号输出线与前置放大器18相电气连接，前置放大器18通过放大信号输出线与模数变换器19相电气连接，模数变换器19通过模数变换信号输出线与主控计算机9相电气连接，主控计算机9通过计算机输出信号线与图形打印机20相连接。
等离子体离子能量测量分析仪的测量过程和作用原理如下其测量方式过程程序流程图如图5所示。首先对模数变换器及相应接口进行初始化，然后对等离子体的离子能量初测以判断其分布范围，再对等离子体离子能量进行实际测量，最后需将所测数据进行数据处理，数据处理后，再输到显示器进行显示和图形打印机进行打印输出。其测量方式可采用手动测量和计算机自动测量两种方式，手动测量方式时，高精度电压表4与取样电阻6并联，测出取样电阻6上的电压降作为取样电压信号，从而获得直流电压源7所提供的电压与取样电压之间的变化关系，即获得等离子体离子能量分布规律；当采用计算机自动测量方式时，接收极13与取样电阻6串连，经取样电阻6得到的取样电压信号通过传输线路输送到数据自动采集测量装置的低通滤波器17中，经低通滤波器滤除掉微波等高频干扰信号，再经前置放大器18放大后输送到模数变换器及其相应接口，经模数变换器变换后输送到主控计算机，经计算机处理后，最后输送到显示器进行显示和图形打印机打印而获得等离子体离子能量分布规律。
本实用新型与现有技术相比有如下的优点和有益效果；(1)本测量分析仪克服了现有常用的等离子体离子能量测量技术不准确，只能对等离子体能量作出定性说明，不能给出等离子体离子能量的分布状态的缺点，是完全能直接地测量等离子体离子能量分布规律，能给出定量的测量结果；(2)本测量分析仪结构紧凑合理，造价低，测量精度高，操作简单、方便，自动化程度高；(3)本实用新型提供了一种专门测量等离子体离子能量分布规律新方法，对更广泛应用等离子体技术提供了完备的条件。
下面对说明书附图进一步说明如下图1为等离子体离子能量测量分析仪的外形结构示意图，图2为等离子体离子能量分析器的结构组成示意图，图3为等离子体离子能量测量分析仪的电路连接示意图，图4为本测量分析仪的数据自动采集测量装置的电路方框图，图5为本测量分析仪的测量方式过程程序流程图，图6为用本测量分析仪测量实例获得的等离子体离子能量分布曲线图。各图中1为机箱、2为等离子体离子能量分析器、3为显示器、4为高精度直流电压表、5为键盘、6为取样电阻、7为精密可调直流电压源、8为数据自动采集测量装置、9为主控计算机、10为屏蔽极、11为排斥极、12为分析极、13为接收极、14为电极引线、15为连接电缆线、17为低通滤波器、18为前置放大器、19为模数变换器、20为图形打印机。
本实用新型的实施方式可为如下(1)按图1所示设计，并采用常用的机加工方法加工制造机箱1，同时在背面安装电源及各种信号线的接插头座。(2)按图2所示设计、制造等离子体离子能量分析器2，其中①例如可用20#不锈钢用车切削等机加工方法加工成外径Φ为28mm，内径为24mm的屏蔽极外壳10；②可用0.5mm厚的不锈钢钢片，用机加工方法加工成有外径为Φ22mm，内径为Φ3mm的环状排斥极11、分析极12和直径为Φ22mm的接收极板13；③将各电极用Φ1mm的不锈钢丝直接与各电极压固制成带电极引线14的各种电极；④将各电极安装于屏蔽外壳内，并按图2所示连接构成等离子体离子能量分析器2；(3)显示器3可选用与主控计算机配套的任何型号的显示器，直流电压表4可选用hP3458A高精度10-7V直流电压表，键盘5可选用能与主控计算机配套的任何类型键盘，多路可调直流电压源7可选用BJ1790型晶体管精密多路可调直流电压源，主控计算机9可选用PC586，低通滤波器17可选LP412型，前置放大器18可采用OP07运算放大器，模数变换器及相应接口19可选用ADC0809芯片，图形打印机20可选用HP激光打印机。加工制造好机箱1、等离子体离子能量分析器2及选购好其它各部件后，可按上面说明书所述的相互连接关系进行连接安装，便能较好地实现本实用新型。
具体测量方式过程也可按上面说明书所述的测量过程进行测量操作。实际应用举例如下首先将等离子体离子能量分析器2置于等离子体中，按测量要求连接好各种引线。由多路可调电压源7分别向等离子体离子能量分析器2的各个电极(图2中的10、11、12)供给一定的电压，利用高精度电压表4或经计算机自动测量处理，测量等离子体离子能量分析器2中的离子流强在取样电阻6中的电压降随可调电压源供给的电压的变化关系曲线，从而获得等离子体离子能量的分布状态，便可得到等离子体离子能量分布曲线图如图6所示。
权利要求1.一种等离子体离子能量测量分析仪，其特征在于它由机箱(1)、等离子体离子能量分析器(2)、显示器(3)、直流电压表(4)、键盘(5)、取样电阻(6)、可调直流电压源(7)、数据自动采集测量装置(8)、主控计算机(9)、等离子体离子能量测量分析仪电路共同连接构成，其中等离子体离子能量分析器(2)由屏蔽极(10)、排斥极(11)、分析极(12)、接收极(13)、各电极引线(14)共同连接构成，各极板与各电极引线(14)的连接采用直接压固连接，其相互连接关系为若为手动测量方式，等离子体离子能量分析器(2)通过直流电压源信号线及装于机箱(1)背部的接插头座与可调直流电压源(7)相电气连接，直流电压源(7)与等离子体离子能量分析器(2)的排斥极(11)，分析极(12)连接，等离子体离子能量分析器(2)的接收极(13)通过取样信号线与取样电阻(6)串连连接，直流电压表(4)通过取样信号线与取样电阻(6)并联连接，各连接线均采用屏蔽信号导线连接；若采用自动测量方式，则除采用上述的连接方式外，把取样电阻(6)通过取样电压信号传输线与数据自动采集测量装置(8)中的低通滤波器(17)相电气连接，数据自动采集测量装置(8)通过计算机测量信号输入线及装于机箱背部的接线接插头座与主控计算机(9)相电气连接。
2.按权利要求1所述的等离子体离子能量测量分析仪，其特征在于所述的等离子体离子能量测量分析仪的电路由多路可调直流电压源(7)、取样电阻(6)，高精度直流电压表(4)、数据自动采集测量装置(8)相互连接构成，其相互连接关系为直流电压表(4)与数据自动采集测量装置(8)的输出线并接，取样电阻(6)与数据自动采集测量装置输出线并接，可调直流电压源(7)通过连接电缆线(15)及各电极引线(14)与等离子体离子能量分析器(2)中的分析极(12)、排斥极(11)相电气连接，取样电阻(6)通过连接电缆线(15)及电极引线(14)与接收极(13)相串联连接；
3.按权利要求1所述的等离子体离子能量测量分析仪，其特征在于所述的数据自动采集测量装置电路由低通滤波器(17)、前置放大器(18)、模数变换器(19)、主控计算机(9)、图形打印机(20)相互电气连接构成，其相互连接关系为低通滤波器(17)通过取样电阻的取样信号线与取样电阻(6)相电气连接，并同时通过低通滤波器信号输出线与前置放大器(18)相电气连接，前置放大器(18)通过放大信号输出线与模数变换器(19)相电气连接，模数变换器(19)通过模数变换信号输出线与主控计算机(9)相电气连接，主控计算机(9)通过计算机输出信号线与图形打印机(20)相连接。
专利摘要本实用新型是等离子体离子能量测量分析仪，它由机箱、离子能量分析器、显示器、电压表、键盘、取样电阻、直流电源、数据自动采集测量装置、计算机共同连接构成。其中，离子能量分析器由屏蔽板、排斥极、分析极、接收极及各电极引线连接构成，各极引线与各极直接压固；其连接关系为离子能量分析器通过电源线与直流电源连接，分析器的接收极与取样电阻串接，电压表与取样电阻并接，或取样电阻与数据自动采集测量装置的低通滤波器相接，数据自动采集测量装置与计算机电气连接。本分析仪可直接测量等离子体离子能量分布规律，能使等离子体技术应用更广泛。
文档编号G01N33/00GK2354140SQ9824058
公开日1999年12月15日 申请日期1998年9月8日 优先权日1998年9月8日
发明者陈俊芳, 吴先球, 王德秋 申请人:华南师范大学