Rf离子源装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子源装置，特别是涉及一种RF(射频)离子源装置。
【背景技术】
[0002]离子源装置是离子注入设备的核心部件之一，作为产生束流的部件，其性能的优劣对离子注入的效果有着至关重要的影响。倘若前端离子源中引出的束流是不理想的(例如在束流高度方向上不均匀、束流高度较低等)，那么下游束流传输系统的压力就会比较大，需要将不理想形态的束流校正至理想注入条件。反之，若前端引出的束流就较为理想，那么对下游束流传输系统的要求就降低了，也比较容易达到理想的注入条件，更有利于形成高质量的束流。
[0003]在中国专利CN1427446A中公开了一种现有的离子源装置，即贝纳斯(Bernas)型离子源，参考图1，该离子源包括具有离子引出孔67的等离子体发生室66。等离子体发生室66结合有灯丝68和反射器70，灯丝68用于发射热电子以在其自身和该室之间产生电弧放电，并将引入的原料气体电离以形成等离子体72。在连接灯丝和反射器70的直线的方向上，通过等离子体发生室66外部的源磁体74向等离子体发生室66内部施加磁场75。磁场75和反射器70用于提高原料气体6的电离效率，以产生高密度等离子体72。
[0004]在图1所示的方案中，该离子源包括了多个电源，例如等离子体电源14，其中包括加热灯丝的灯丝电源80、产生电弧放电的电弧电源82以及启动源磁体74的源磁体电源84。
[0005]除了图1所示的贝纳斯型离子源之外，大部分现有的离子源也是采用灯丝发射热电子来起弧，由此产生等离子体。而在这种类型的离子源中，不可避免地用到多个电源，而这些电源都将在被抬高的电位下工作，这就对电源和电路系统(例如需要设置隔离变压器来隔离整个电路系统，又例如在高压工作环境下难以用电线传输控制指令)提出了较高的要求。
[0006]另外，在现有的离子源中，除了电源之外还需要控制这些电源和部件的控制装置和发送指令给控制装置的通讯装置，同样地，这些控制装置和通讯装置都在被抬高的电位下工作，这无疑也提高了对控制装置和通讯装置的要求。
[0007]再者，由于整个离子源装置在高电位下工作，出于安全性的考虑，一般都需要设置隔离变压器以隔离高压，这无疑又增加了成本，增加了装置的复杂度。而且整个离子源装置被抬高至高电位后，对于操作人员来说其操作的危险性也大大增加了。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中离子源装置中包括多个部件、多个电源以及控制装置和通讯装置、结构复杂、对各种电源和部件的要求较高，并且在工作时离子源装置需要被整体抬高至高电位由此增加操作危险性的缺陷，提供一种RF离子源装置，其结构简单，无需设置多个电源，并且RF发生器、匹配器等设备都是在大地电位上工作，仅仅等离子体被抬高至高电位，降低了对离子源装置中各个部件的要求，加之电容隔断直流的保护，增加了操作的安全性。
[0009]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0010]一种RF离子源装置，包括一电弧腔体，该电弧腔体中填充有气体，其特点在于，该电弧腔体中置有至少一根天线，每根天线均设置于一绝缘套管中，该离子源装置还包括一高压电源、一 RF发生器、与该RF发生器相连的一匹配器以及第一电容和第二电容，
[0011]其中，该第一电容连接该匹配器与该天线的第一端部，该天线的第二端部通过该第二电容接地，该天线用于发射电子以与该气体作用产生等离子体，该高压电源连接至该电弧腔体以使得该等离子体的电位被抬高至一预设电位，该预设电位小于等于5万伏。其中，天线及RF发生器、匹配器均位于大地的电势上，仅该电弧腔体和其中的等离子体是高压悬浮的。
[0012]在该技术方案中，无需设置多个电源，并且除了电弧腔体中的等离子体被抬高至较高电位外，该离子源装置中的其他部件都是在大地电位上工作，无论是对部件的设计要求还是从操作的安全性角度来说，都有极大改进。另外，两个电容的设置对离子源装置起到了良好的保护作用，其隔断直流，即使绝缘套管受到损坏或者由于其他原因产生高压，也能保护匹配器和RF发生器不被影响，同时也降低了操作风险。
[0013]优选地，该RF离子源装置还包括一包围该电弧腔体以及该第一电容和该第二电容的屏蔽罩。
[0014]优选地，该屏蔽罩和电弧腔体之间连接一第三电容。
[0015]优选地，该屏蔽罩接地；
[0016]更优选地，该屏蔽罩通过一金属带接地以使该屏蔽罩成为RF接地回路的一部分。
[0017]优选地，该电弧腔体的侧壁上设有槽口，该槽口的长度方向平行于该天线的长度方向。本发明中的“平行”包括了几何上绝对平行的情况以及在部件加工误差范围内近似平行的情况。
[0018]优选地，该预设电位为2千伏-5万伏；较佳地，该预设电位为5千伏-5万伏。
[0019]本发明还提供一种RF离子源装置，包括一电弧腔体，该电弧腔体中填充有气体，其特点在于，该电弧腔体中置有至少一根天线，每根天线均设置于一绝缘套管中，该离子源装置还包括一高压电源、一 RF发生器、与该RF发生器相连的一匹配器以及第一电容和第二电容，
[0020]其中，该第一电容连接该匹配器与该天线的第一端部，该天线的第二端部通过该第二电容接地，该天线用于发射电子以与该气体作用产生等离子体，该高压电源连接至该电弧腔体以使得该等离子体的电位被抬高至一预设电位，该预设电位小于等于5万伏。
[0021]该RF离子源装置还包括一个或多个产生会切磁场磁性装置，在该天线的长度方向上，该会切磁场用于使该电弧腔体中的等离子体分布均匀。其中，天线及RF发生器、匹配器均位于大地的电势上，仅该电弧腔体和其中的等离子体是高压悬浮的。
[0022]其中，该会切磁场还用于限制天线发射的电子向电弧腔体内壁的运动以增加电子与气体分子碰撞的概率。
[0023]也就是说，在该技术方案中，除了上述的优点之外，会切磁场的引入有助于等离子体的生成，使得天线发射的电子不容易撞击电弧腔体的侧壁而损耗，这样电子就能被限制在电弧腔体中，二次碰撞气体而产生等离子体的机率就提升了。再者，由于会切磁场的作用，电离气体产生的等离子体在天线的长度方向上能够形成均匀分布，有助于大尺寸束流的引出。
[0024]优选地，该RF离子源装置还包括一包围该电弧腔体以及该第一电容和该第二电容的屏蔽罩。
[0025]优选地，该屏蔽罩和电弧腔体之间连接一第三电容。
[0026]优选地，该屏蔽罩接地；
[0027]更优选地，该屏蔽罩通过一金属带接地以使该屏蔽罩成为RF接地回路的一部分。
[0028]优选地，该电弧腔体的侧壁上设有槽口，该槽口的长度方向几乎平行于该天线的长度方向。
[0029]优选地，该预设电位为2千伏-5万伏；较佳地，该预设电位为5千伏-5万伏。
[0030]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0031 ] 本发明的积极进步效果在于:
[0032]1、与现有采用灯丝发射热电子的离子源相比，本发明的RF离子源无需过多的电源，仅仅采用一个高压电源，配合RF生成器和匹配器就能在电弧腔体中形成等离子体。电源数量的减少有效降低了成本，降低了整体装置的复杂度。
[0033]2、在本发明的技术方案中，离子源装置中的各个部件均在大地电位上工作，仅仅是等离子体被抬高至高电位，即电弧腔体和其中的等离子体是高压悬浮的，由此降低了对离子源装置中各个部件的要求，而且通讯控制设备也完全是在大地电势上的，无需如同现有技术一般在高压下工作；加之电容隔断直流的保护，即使有击穿发生，也能保护RF生成器和匹配器以及其他通讯控制设备免受影响，