用于离子源的换靶装置及离子源的制作方法

1.本发明的实施例涉及离子源技术领域，具体涉及一种用于离子源的换靶装置及离子源。


背景技术：

2.离子源通过粒子束对样品靶进行轰击来产生离子。例如，铯溅射离子源用于：将铯蒸气电离成铯正离子，并利用铯离子流轰击样品靶表面，从而溅射产生负离子。
3.离子源通常包括设有多个靶位的靶盘，多个样品靶放置到多个靶位上，通过旋转靶盘来实现换靶，使得相应的靶位转动到工作位置，从而该靶位上的样品靶可以受到粒子束的轰击。
4.现有技术中存在采用压缩气体驱动靶盘旋转的换靶方式。然而，对于这样的换靶方式，换靶速度较慢、定位精度不够、稳定性较差，此外需要提供空压机及过滤装置等辅助设备，导致整个离子源系统的体积较大。


技术实现要素：

5.根据本发明的一个方面，提供一种用于离子源的换靶装置，其包括：靶盘，所述靶盘沿周向设有多个靶位；带轮、连接轴，所述带轮通过所述连接轴与所述靶盘连接；同步带，与所述带轮配合；电机，设置为驱动所述同步带运动，进而使得所述带轮带动所述靶盘旋转。
6.根据本发明的另一方面，提供一种离子源，其包括：离子源主体，所述离子源主体包括离子源腔；所述的换靶装置；其中，所述换靶装置与所述离子源主体连接，所述靶盘能够进入所述离子源腔内。
附图说明
7.通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
8.图1示出根据本发明一个实施例的用于离子源的换靶装置的一个视角的示意图；
9.图2示出图1的换靶装置的另一视角的示意图；
10.图3示出根据本发明一个实施例的离子源的一个视角的示意图；
11.图4示出图3的离子源的另一视角的示意图。
具体实施方式
12.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
13.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
14.图1示出根据本发明一个实施例的用于离子源的换靶装置100的一个视角的示意图；图2示出图1的换靶装置100的另一视角的示意图。参照图1和图2，换靶装置100包括：靶盘10，靶盘10沿周向设有多个靶位；带轮20、连接轴22，带轮20通过连接轴22与靶盘10连接；同步带24，与带轮20配合；电机26，设置为驱动同步带24运动，进而使得带轮20带动靶盘10旋转。
15.在根据本发明实施例的换靶装置100中，利用电机26进行驱动，可以提高控制精度，同时工作噪音低；利用同步带24和带轮20进行传动，可以保证准确的传动比，工作时无滑差，可以获得恒定的速度比，使得传动过程精准、平稳。总体而言，可以提高换靶过程的定位精度和平稳性，保证换靶装置100具有缓冲、减振能力，可以减少换靶过程中的机械振动、误差积累、反应时间，并且不需要其他辅助设备，有利于离子源的小型化设计。
16.同步带24具有齿形结构，带轮20也具有齿形结构，同步带24的齿形结构与带轮20的齿形结构配合，从而同步带24运动，带动带轮20转动。电机26的转轴可以形成齿形结构，用于与同步带24的齿形结构配合，从而电机26的转轴转动，带动同步带24运动。或者，电机26的转轴可以与另一带轮连接，该另一带轮再与同步带24配合，电机26驱动该另一带轮转动，该另一带轮带动同步带24运动。带轮20与靶盘10通过连接轴22连接，从而靶盘10可以跟随带轮20旋转。
17.在一些实施例中，电机26为伺服电机，从而可以进一步提高控制精度并提高换靶效率。
18.具体地，伺服电机配置有编码器，并由控制器控制。编码器可以检测出伺服电机的旋转位置经将检测到的信息反馈给控制器，控制器可以根据编码器检测到的信息来控制伺服电机的旋转位置，从而能够基于闭环控制来调整位置偏差，实现高精度定位。
19.伺服电机的转动量通过脉冲信号进行控制。可以对靶盘10上的多个靶位进行编码设置，每个靶位具有相应的靶号，每个靶号与相应的脉冲数对应，通过向伺服电机发送对应的脉冲数，使得伺服电机驱动靶盘10旋转相应的角度，以将相应的靶位转动到工作位置。靶盘10上的靶位数量例如可以为48个。
20.通过这样的控制方式，只需选择对应的靶号，即可将相应的靶位直接转动至工作位置，换靶过程高效快捷。比较而言，现有技术中在进行换靶时，只能在相邻的靶位之间进行切换，换靶过程中需要多次按动按钮，较为耗费时间。
21.上述控制方式可以通过plc控制器实现，由plc控制器向伺服电机发送脉冲数。可以利用配备有触摸屏的控制箱来对伺服电机进行控制。可以借助计算机对伺服电机进行远程控制。
22.在本发明的实施例中，伺服电机的分辨率为0.04
°
/脉冲，从而可以对靶盘10的旋转进行细微调节，使得样品靶的对中性更好，提高样品靶的利用率和离子源的溅射效率。
23.在一些实施例中，换靶装置100还包括：固定部30，用于安装至离子源主体200；安装部40，与固定部30连接，带轮20设置在安装部40上，安装部40和靶盘10分别位于固定部30两侧；驱动部42，用于驱动安装部40相对于固定部30移动，使得带轮20带动靶盘10移动，以使靶盘10靠近或远离固定部30。
24.图3和图4示出了离子源主体200，离子源主体200包括离子源腔70，用于轰击样品靶的粒子束形成在离子源腔70内。在离子源进行工作时，靶盘10需要进入到离子源腔70内。结合图1至图4，固定部30用于安装至离子源主体200，位于固定部30一侧的靶盘10进入离子源主体200内部，位于固定部30另一侧的安装部40位于离子源主体200外部。带轮20、电机26均可设置在安装部40上，从而也位于离子源主体200外部。固定部30可以通过螺纹紧固件与离子源主体200连接，并可以借助密封圈来实现固定部30与离子源主体200连接处的密封性。安装部40可以为法兰。
25.在驱动部42的驱动作用下，靶盘10能够移动以靠近或远离固定部30，使得靶盘10可以伸入离子源腔70内以便接受粒子束的轰击，或者从离子源腔70退出以便进行靶盘10的更换或者靶盘10上样品靶的更换。当靶盘10移动以靠近固定部30时，靶盘10远离离子源腔70，可以从离子源腔70退出；当靶盘10移动以远离固定部30时，靶盘10靠近离子源腔70，可以伸入离子源腔70内。
26.驱动部42用于驱动安装部40移动，相应地，设置在安装部40上的带轮20将跟随安装部40一起移动。由于带轮20通过连接轴22与靶盘10连接，靶盘10将跟随带轮20一起移动。由于安装部40和靶盘10分别位于固定部30两侧，并且带轮20与靶盘10之间的连接轴22的长度是固定的，因此，当安装部40移动以远离固定部30时，靶盘10将移动以靠近固定部30；当安装部40移动以靠近固定部30时，靶盘10将移动以远离固定部30。
27.在本发明的实施例中，驱动部42为气缸。气缸的缸体设置在安装部40上，气缸的活塞与固定部30连接，当活塞相对于缸体伸出或缩回时，安装部40相对于固定部30移动。具体地，当活塞伸出时，安装部40远离固定部30移动；当活塞缩回时，安装部40朝向固定部30移动。气缸的数量可以为多个。在本发明的实施例中，设置三个气缸，三个气缸均匀地分布在安装部40上，并且同步运动。从而可以保证靶盘10在运动过程中受力平衡，并保证良好的位置精度，有利于实现靶盘10的更换。
28.在其他实施例中，固定部30和安装部40可以通过导向杆连接，固定部30固定在所述导向杆一端，驱动部42用于驱动安装部40沿所述导向杆移动。
29.在一些实施例中，换靶装置100还包括：波纹管50，波纹管50与靶盘10位于固定部30的同一侧，波纹管50一端与固定部30连接，连接轴22穿过波纹管50的管腔；旋转密封件，设置在连接轴22与波纹管50的管壁之间。
30.离子源腔70内部为真空环境，当靶盘10伸入离子源腔70内时，需要保护离子源腔70的真空状况。本发明通过设置波纹管50和旋转密封件来实现密封，以保持离子源腔70的真空度。波纹管50用于提供沿轴向的真空密封，旋转密封件用于提供沿旋转方向的真空密封。旋转密封件套设在连接轴22上，并与波纹管50的管壁接触，以对连接轴22与波纹管50的管壁之间的部分进行密封。所述旋转密封件可以为磁流体密封件。
31.波纹管50具有弹性，能够伸展和收缩，从而不会妨碍靶盘10的移动。波纹管50设置在固定部30和靶盘10之间，当靶盘10朝向固定部30移动时，波纹管50可以收缩，而不会对靶盘10的移动造成阻挡；当靶盘10远离固定部30移动时，波纹管50可以伸展。波纹管50还可以为靶盘10的移动提供缓冲，使得靶盘10可以更为平稳地移动。
32.固定部30具有腔室，波纹管50的一端连接到所述腔室内。从而波纹管50可以收缩到固定部30的所述腔室内，使得靶盘10移动地更充分，可以移动到更为靠近固定部30的位
置处。
33.在一些实施例中，换靶装置100还包括：转盘44，转盘44设置在安装部40上，转盘44设置在安装部40背离固定部30的一侧，转盘44跟随带轮20旋转，转盘44设有标记，所述标记用于标示所述多个靶位的位置。
34.当固定部30安装至离子源主体200时，靶盘10进入离子源主体200内部，从而操作人员无法看到靶盘10，难以了解靶盘10上多个靶位的位置情况。通过在安装部40背离固定部30的一侧设置转盘44，使得操作人员可以看到转盘44，并能够根据转盘44上的标记所标示的内容来了解当前的靶位位置情况，有利于操作人员进行换靶等相关操作。转盘44上的标记可以包括刻度线和靶号。
35.转盘44可以通过连接轴22与带轮20连接，即带轮20、转盘44以及靶盘10通过同一连接轴22连接，三者可以同步旋转。转盘44能够反映靶盘10的旋转情况。
36.在一些实施例中，离子源主体200包括导轨60；换靶装置100还包括：支架32，与固定部30连接，支架32能够沿导轨60滑动。支架32可以包括滑动部，所述滑动部沿导轨60滑动。支架32可以包括操作部，操作人员对所述操作部进行操作，来拉动或推动支架32沿导轨60滑动。
37.支架32的数量可以为两个，两个支架32分别设置在固定部30的两侧。支架32可以为倒f形，包括竖向延伸部分以及与所述竖向延伸部分连接的两个横向延伸部分，所述竖向延伸部分的一端与固定部30连接，所述竖向延伸部分的另一端以及中部分别与两个所述横向延伸部分连接，其中一个横向延伸部分设有所述滑动部，另一个横向延伸部分作为所述操作部。
38.换靶装置100可以通过支架32的滑动来实现移动，导轨60为支架32的滑动提供导向，进而为换靶装置100的移动提供导向，使得换靶装置100可以相对于离子源主体200移动以靠近或远离离子源主体200，有利于实现换靶装置100安装到离子源主体200或者与离子源主体200分离。
39.当需要更换靶盘10时或者更换靶盘10上的样品靶时，可以将固定部30与离子源主体200拆卸，然后操作支架32，使得换靶装置100沿导轨60移动以远离离子源主体200，从而靶盘10露出，此时操作人员可以更换靶盘10或更换样品靶。
40.根据本发明的另一方面，提供一种离子源，其包括：离子源主体200，离子源主体200包括离子源腔70；换靶装置100；其中，换靶装置100与离子源主体200连接，靶盘10能够进入离子源腔70内。
41.离子源可以为铯溅射离子源，离子源主体200包括铯容器74，用于放置铯，并对铯进行加热以产生铯蒸汽。离子源主体200还包括设置在离子源腔70内的电离器以及聚焦透镜，所述电离器用于将铯蒸气电离成铯正离子，所述聚焦透镜用于将铯正离子聚焦为铯离子束，铯离子束用于轰击样品靶以产生负离子。离子源主体200还包括与离子源腔70连接的送气组件76，用于向离子源腔70内输送例如惰性气体。
42.在一些实施例中，离子源主体200还包括：隔离阀72，隔离阀72连接在换靶装置100与离子源腔70之间；隔离阀72处于打开状态，靶盘10进入离子源腔70内；或者隔离阀72处于关闭状态，靶盘10阻隔在离子源腔70外。
43.当需要更换靶盘10或样品靶时，靶盘10从离子源腔70内退出，此时隔离阀72关闭，
以密封离子源腔70，保护离子源腔70内的真空环境。
44.离子源主体200还包括冷却法兰，连接在隔离阀72与离子源腔70之间，用于阻隔或减缓离子源腔70的热量向隔离阀72传递。
45.在一些实施例中，当隔离阀72处于关闭状态时，隔离阀72和换靶装置100之间形成临时腔体；离子源主体200还包括：抽送气口71，与所述临时腔体连通，其中通过抽送气口71对所述临时腔体抽气或送气。
46.当需要更换靶盘10或样品靶时，靶盘10从离子源腔70内退出，隔离阀72处于关闭状态，此时隔离阀72和换靶装置100之间的所述临时腔体内为真空状态，受内外压强差的影响，换靶装置100无法与离子源主体200分开。此时，通过抽送气口71对所述临时腔体送气，使得内外压强平衡之后，再将固定部30与离子源主体200拆卸，然后可以使换靶装置100远离离子源主体200移动，使得换靶装置100和离子源主体200分开足够的空间，方便更换靶盘10或样品靶。
47.当完成靶盘10或样品靶的更换之后，使得换靶装置100靠近离子源主体200移动。待移动至合适位置后，将固定部30安装至离子源主体200。然后可以通过抽送气口71对所述临时腔体抽气，使得所述临时腔体恢复至真空状态，此时可以打开隔离阀72，使得靶盘10伸入离子源腔70内。
48.本发明的换靶装置100能够提高更换靶位时的定位精度、更换速度以及更换过程的平稳性；并能够实现靶盘10从离子源腔70内平稳退出，有利于更换靶盘10或更换样品靶；同时能够保证更换靶盘10或样品靶时不会破坏离子源腔70内的真空环境。
49.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
50.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。