一种直热式固体金属离子源的制作方法

本发明涉及离子注入机，尤其涉及一种直热式固体金属离子源。

背景技术：

sic(碳化硅)电力电子器件是在n型sic衬底上进行p型掺杂，掺杂的元素可以是b或者al。根据研究表明，p型掺杂的元素选择al要比b的效果好。离子注入是唯一可控性高的掺杂手段，目前al离子注入普遍采用溅射al离子源的离子注入机。该离子注入机的溅射al离子源是一种在离子源内放置含铝的固体、依靠离子的溅射al并使其电离成al+的固体离子源，而一般的半导体生产线用的离子源都是在离子源内通入工艺气体使其电离的气体离子源，两者在原理和结构上有较大差异，固体离子源在使用寿命和稳定性方面都与气体离子源有较大差距。现有的气体离子源不能产生al离子，不能用于sic功率器件芯片的制造。现有的固体离子源是一种间热式的离子源，在使用中容易发生短路故障，且离子源寿命较短，现有的固体离子源已经成为al离子注入机运行中的瓶颈。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简化了离子源本身和其外围配电的结果，提高了离子源运行的可靠性，同时al离子源的寿命有较大程度的提升的直热式固体金属离子源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种直热式固体金属离子源，包括离子源弧室、灯丝部件和含铝部件，所述灯丝部件包括灯丝端面、螺旋侧面和导电部，所述灯丝端面由单根灯丝径向盘旋形成，所述螺旋侧面由单根灯丝轴向螺旋形成，所述导电部与灯丝端面和螺旋侧面连接，所述含铝部件包括相互连接的第一环体和第二环体，所述离子源弧室一端具有安装孔，所述第二环体装于安装孔内，所述第一环体伸入离子源弧室内，所述灯丝端面和螺旋侧面设于第一环体内，所述导电部穿出第二环体位于离子源弧室外。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述灯丝端面和螺旋侧面由同一根灯丝螺旋形成，所述灯丝的两端向远离灯丝端面一端平行延伸，并构成所述导电部。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述离子源弧室由钼材料制作而成。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述离子源弧室由弧室引出顶板、弧室底板、两个弧室端板和两个弧室侧板构成，所述安装孔设于其中一个弧室端板上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述弧室端板内侧设有两个卡槽，外侧设有两个定位槽，所述弧室侧板两端卡于卡槽内，所述弧室引出顶板两端的内侧分别设有两个圆柱销，所述弧室底板两端对应设有两个圆柱销，各圆柱销卡于各定位槽内。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述弧室引出顶板的四角分别设有拉紧槽。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述弧室引出顶板上设有离子引出孔，所述弧室底板上设有离子源进气孔；另一个弧室端板上设有离子源的反射极安装孔。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第一环体的直径大于第二环体的直径。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的直热式固体金属离子源，通过新设计的螺旋状的灯丝部件，同时增加一个含铝部件，该灯丝部件的作用有两点，一是加热含铝部件，二是为弧室提供电离气体的热电子，将灯丝部件与含铝部件组成一体，成为一种高效的直热式固体金属铝离子源，简化了离子源本身和其外围配电的结果，提高了离子源运行的可靠性，同时al离子源的寿命有较大程度的提升。

附图说明

图1是本发明中离子源弧室的结构示意图(一)。

图2是本发明中离子源弧室的结构示意图(二)。

图3是本发明中灯丝部件的结构示意图(一)。

图4是本发明中灯丝部件的结构示意图(二)。

图5是本发明中含铝部件的结构示意图。

图6是本发明中灯丝部件与含铝部件之间的装配关系图。

图7是本发明中离子源弧室的弧室引出顶板的结构示意图(一)。

图8是本发明中离子源弧室的弧室引出顶板的结构示意图(二)。

图9是本发明中离子源弧室的一个弧室端板的结构示意图。

图10是本发明中热稳定之后灯丝部件的温场。

图11是本发明中热稳定之后含铝部件的温场。

图中各标号表示：

1、离子源弧室；101、安装孔；102、离子引出孔；103、离子源进气孔；104、反射极安装孔；11、弧室引出顶板；111、拉紧槽；12、弧室底板；13、弧室端板；131、卡槽；132、定位槽；14、弧室侧板；2、灯丝部件；21、灯丝端面；22、螺旋侧面；23、导电部；3、含铝部件；31、第一环体；32、第二环体；4、圆柱销。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图10所示，本实施例的直热式固体金属离子源，包括离子源弧室1、灯丝部件2和含铝部件3，灯丝部件2包括灯丝端面21、螺旋侧面22和导电部23，灯丝端面21由单根灯丝径向盘旋形成，螺旋侧面22由单根灯丝轴向螺旋形成，导电部23与灯丝端面21和螺旋侧面22连接，含铝部件3包括相互连接的第一环体31和第二环体32，离子源弧室1一端具有安装孔101，第二环体32装于安装孔101内，第一环体31伸入离子源弧室1内，灯丝端面21和螺旋侧面22设于第一环体31内，导电部23穿出第二环体32位于离子源弧室1外。

含铝部件3的第二环体32主要起固定作用，第一环体31主要是提供离子源的al⁺，螺旋结构灯丝部件2的灯丝端面21主要是发射热电子，是离子源弧室起弧的源头电子，螺旋侧面22主要是对含铝部件3进行加热，使含铝部件3容易被弧室内的f⁺腐蚀出al⁺，从而电离形成al⁺，导电部23起固定整个灯丝部件2的作用，保证灯丝部件2和含铝部件3的相对位置关系，另外还起连接电源的作用，保证灯丝部件2的加热电流通过。本发明在气体离子源中使用一种新设计的螺旋状的灯丝，同时增加一个含铝部件3，并将灯丝部件2与含铝部件3组成一体，成为一种高效的直热式固体金属铝离子源，简化了离子源本身和其外围配电的结果，提高了离子源运行的可靠性，同时al离子源的寿命有较大程度的提升。

本实施例中，灯丝端面21和螺旋侧面22由同一根灯丝螺旋形成，灯丝的两端向远离灯丝端面21一端平行延伸，并构成导电部23。导电部23与灯丝形成一体。

本实施例中，第一环体31(前环)的直径大于第二环体32(后环)的直径，便于后环安装在离子源弧室1上。

本实施例中，离子源弧室1由钼材料制作而成。离子源弧室1整个结构为可拆卸式，仅采靠槽和销进行定位连接。具体的，离子源弧室1由弧室引出顶板11、弧室底板12、两个弧室端板13和两个弧室侧板14构成，安装孔101设于其中一个弧室端板13上。弧室端板13内侧设有两个卡槽131，外侧设有两个定位槽132，弧室侧板14两端卡于卡槽131内，弧室引出顶板11两端的内侧分别设有两个圆柱销4，弧室底板12两端对应设有两个圆柱销4，各圆柱销4卡于各定位槽132内。弧室引出顶板11的四角分别设有拉紧槽111，通过一个带弹簧的拉钩(图中未示出)拉紧弧室引出顶板11，使得整体夹紧，拉钩卡在拉紧槽111内，整个弧室不需要通过螺钉或螺栓即可紧固，在接受高温时，弧室具有一定的膨胀空间(如果是螺钉或螺栓锁紧，遇高温将引起弧室变形)。弧室引出顶板11上设有离子引出孔102，离子源内产生的离子从这个孔中被引出来，弧室底板12上设有离子源进气孔103，用于通入含f的气体；另一个弧室端板13上设有离子源的反射极安装孔104，发射极的作用是增大离子源内的等离子体密度。

离子源使用时，两个导电部23分别接灯丝电源的两极，图10是热稳定之后灯丝的温场(温度单位是℃)，图11是热稳定之后含铝部件3的温场，此时灯丝的加热功率约1.4kw。此二图表明的灯丝温度已经达到离子源启动的温度，功率与现有的离子源功率相当。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。