专利名称：一种中空阴极离子源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离子源，具体来说，涉及一种中空阴极离子源。
背景技术：
离子注入技术是上世纪70年代兴起的材料表面改性和掺杂手段，广泛用于半导体、集成电路、金属材料表面改性等工业及科研领域。离子源作为产生和引出离子束的装置，是加速器、离子注入机、同位素分析器等诸多设备的核心部件。根据所需离子的种类和电荷态，存在多种结构的离子源，各离子源的工作原理各不相同。在现有技术中，利用911型离子源进行中空阴极放电，使电子与金属蒸气原子碰撞产生电离，形成等离子体，并由引出电极引出离子束流。911型离子源的主要问题是结构复杂，既有蒸发坩埚又有电子枪，蒸发坩埚的加热丝和电子枪的灯丝都是易损部件，需要经常更换，而蒸发坩埚内的金属原料也需要根据加工或科研业务的需要进行更换。电子枪内工作物质常常污染腔体或短路，需要进行清洗。另一方面，蒸发坩埚和电子枪并不是同时需要卸换，原有的一体化设计增加了不必要的工作量。
发明内容为解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种中空阴极离子源，本实用新型提供的离子源便于拆卸、安装、换料、更换受损部件和清洁。为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种中空阴极离子源，至少包括电子枪、蒸发坩埚、连接螺母和进气管，电子枪包括灯丝、上阴极、下阴极、阴极绝缘套、上阴极接线环、阴极帽、阴极套、阳极、阳极座及阳极绝缘套，蒸发坩埚包括坩埚体、加热器、坩埚套及隔热屏；在电子枪中，外部套装有阴极绝缘套的下阴极设于阴极帽的中心处，上阴极位于下阴极的上方、且上阴极与下阴极之间设有阴极绝缘套，上阴极、下阴极及阴极绝缘套构成中空阴极，灯丝位于中空阴极内、且中空阴极安装于与阴极帽以螺纹方式连接的阴极套中，上阴极的上方依次安装有阳极绝缘套、阳极及阳极座，阳极绝缘套的下部与上阴极的上部连接，阳极位于阳极绝缘套与阳极座之间且与上阴极之间设有间隙，上阴极接线环套装于上阴极与阴极绝缘套的外部；在蒸发坩埚中，缠绕有加热丝的加热器套装于坩埚套内、且下部与坩埚套连接，坩埚体位于加热器内，隔热屏以卡槽方式套装于坩埚套的外部；坩埚体的底部嵌于阳极和阳极座中，坩埚套的下部及阴极套的上部均设有外螺纹，坩埚套的下部与阴极套的上部通过连接螺母连接，加热器的底部置于阳极座和阴极套的上方，阴极帽与隔热屏以螺纹方式连接，坩埚体和加热器的上部连接有进气管。中空阴极的外围设有缠绕于线圈架上的磁场线圈，线圈架位于隔热屏的下部、且与隔热屏以螺纹方式连接。磁场线圈的缠绕方向与灯丝的缠绕方向相反。与现有技术相比，本实用新型提供的中空阴极离子源的坩埚套的下部及阴极套的上部均设有外螺纹，坩埚套的下部与阴极套的上部通过连接螺母连接，因此便于拆卸、安装、换料、更换受损部件和清洁。
附图是本实用新型的离子源的结构示意图。图中1-灯丝；2-上阴极；3-下阴极；4-阴极绝缘套；5-上阴极接线环；6-阴极帽；7-阴极套；8-阳极；9-阳极座；10-阳极绝缘套；11-坩埚体；12-加热器；13-坩埚套； 14-隔热屏；15-连接螺母；16-加热丝；17-进气管；18-线圈架。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型提供的中空阴极离子源做进一步详细说明。如图1中所示，至少包括电子枪、蒸发坩埚、连接螺母15和进气管17，电子枪包括灯丝1、上阴极2、下阴极3、阴极绝缘套4、上阴极接线环5、阴极帽6、阴极套7、阳极8、阳极座9及阳极绝缘套10，蒸发坩埚包括坩埚体11、加热器12、坩埚套13及隔热屏14。在电子枪中，外部套装有阴极绝缘套4的下阴极3设于阴极帽6的中心处，上阴极 2位于下阴极3的上方、且上阴极2与下阴极3之间设有阴极绝缘套4，上阴极2、下阴极3 及阴极绝缘套4构成中空阴极，灯丝1位于中空阴极内、且中空阴极安装于与阴极帽6以螺纹方式连接的阴极套7中，上阴极2的上方依次安装有阳极绝缘套10、阳极8及阳极座9， 阳极绝缘套10的下部与上阴极2的上部连接，阳极8位于阳极绝缘套10与阳极座9之间且与上阴极2之间设有间隙，上阴极接线环5套装于上阴极2与阴极绝缘套4的外部。在蒸发坩埚中，缠绕有加热丝16的加热器12套装于坩埚套13内、且下部与坩埚套13连接，坩埚体11位于加热器12内，隔热屏14以卡槽方式套装于坩埚套13的外部。坩埚体11的底部嵌于阳极8和阳极座9中，坩埚套13的下部及阴极套7的上部均设有外螺纹，坩埚套13的下部与阴极套7的上部通过连接螺母连接，加热器12的底部置于阳极座9和阴极套7的上方，阴极帽6与隔热屏14以螺纹方式连接，坩埚体11和加热器 12的上部连接有进气管17。中空阴极的外围设有缠绕于线圈架18上的磁场线圈，线圈架18位于隔热屏14的下部、且与隔热屏14以螺纹方式连接。磁场线圈的缠绕方向与灯丝的缠绕方向相反。本实用新型提供的中空阴极离子源在使用时，上阴极接6V、30A的直流电正极，下阴极通过离子源外壳接公共地，通电使灯丝发射电子。坩埚体和进气管接30V、5A的直流电正极用以与灯丝之间起弧放电，上阴极作为负极。坩埚的加热丝上通15V、20A的直流电，并通过坩埚套接公共地。经坩埚加热升华的固态物质被从进气管进入的载流气体(Ar)送入放电区域，在阳极和上阴极之间形成的放电室内经起弧放电和电子碰撞形成等离子体，离子束流由引出电极引出。可在中空阴极外围设置绕制方向与灯丝的绕制方向相反的磁场线圈以抵消灯丝产生的磁场，从而有利于离子束流的引出。该改进型中空阴极源的引出束流在几十至几百微安。在离子源中，蒸发坩埚的加热丝和电子枪的灯丝均为易损部件，需要经常更换；蒸发坩埚内的金属原料也需要根据具体情况进行更换；离子源内的工作物质也常常会污染电子枪的腔体或造成短路，需要经常对电子枪进行清洁。本离子源的坩埚套的下部及阴极套的上部均设有外螺纹，坩埚套的下部与阴极套的上部通过连接螺母连接；在需要更换蒸发坩埚的加热丝或更换蒸发坩埚内的原料时，可将蒸发坩埚从连接螺母上拧下来，更换加热丝或更换蒸发坩埚内的原料；在需要更换电子枪的灯丝或对电子枪进行清洁时，可将电子枪从连接螺母上拧下来，更换灯丝或电子枪进行清洁。
权利要求1.一种中空阴极离子源，其特征在于至少包括电子枪、蒸发坩埚、连接螺母和进气管，电子枪包括灯丝、上阴极、下阴极、阴极绝缘套、上阴极接线环、阴极帽、阴极套、阳极、阳极座及阳极绝缘套，蒸发坩埚包括坩埚体、加热器、坩埚套及隔热屏；在电子枪中，外部套装有阴极绝缘套的下阴极设于阴极帽的中心处，上阴极位于下阴极的上方、且上阴极与下阴极之间设有阴极绝缘套，上阴极、下阴极及阴极绝缘套构成中空阴极，灯丝位于中空阴极内、且中空阴极安装于与阴极帽以螺纹方式连接的阴极套中，上阴极的上方依次安装有阳极绝缘套、阳极及阳极座，阳极绝缘套的下部与上阴极的上部连接， 阳极位于阳极绝缘套与阳极座之间且与上阴极之间设有间隙，上阴极接线环套装于上阴极与阴极绝缘套的外部；在蒸发坩埚中，缠绕有加热丝的加热器套装于坩埚套内、且下部与坩埚套连接，坩埚体位于加热器内，隔热屏以卡槽方式套装于坩埚套的外部；坩埚体的底部嵌于阳极和阳极座中，坩埚套的下部及阴极套的上部均设有外螺纹，坩埚套的下部与阴极套的上部通过连接螺母连接，加热器的底部置于阳极座和阴极套的上方，阴极帽与隔热屏以螺纹方式连接，坩埚体和加热器的上部连接有进气管。
2.根据权利要求1所述的中空阴极离子源，其特征在于中空阴极的外围设有缠绕于线圈架上的磁场线圈，线圈架位于隔热屏的下部、且与隔热屏以螺纹方式连接。
3.根据权利要求2所述的中空阴极离子源，其特征在于磁场线圈的缠绕方向与灯丝的缠绕方向相反。
专利摘要本实用新型公开了一种中空阴极离子源，其至少包括电子枪、蒸发坩埚、连接螺母和进气管；在电子枪中，灯丝位于上阴极、下阴极及阴极绝缘套构成的中空阴极内，阳极安装于上阴极的上方且与上阴极之间设有间隙；在蒸发坩埚中，加热器套装于坩埚套内，坩埚体位于加热器内，隔热屏套装于坩埚套的外部；坩埚套的下部及阴极套的上部均设有外螺纹，坩埚套的下部与阴极套的上部通过连接螺母连接，坩埚体和加热器的上部连接有进气管。本实用新型提供的离子源便于拆卸、安装、换料、更换受损部件和清洁。
文档编号H01J37/08GK202042452SQ20112014329
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者付德君, 刘传胜, 周霖, 杨铮 申请人:武汉大学苏州研究院