扫描式氩离子源

技术领域

本发明涉及超高真空设备的小型带电粒子发射装置，尤其涉及一种扫描式氩离子源。

背景技术

表面科学的研究内容主要包括表面状态、表面扩散、表面重建、表面声子、表面等离子激元、电子的发射和隧道效应、自旋电子以及自组装和纳米结构等。获得和控制表面原子精度的构造，是表面科学的基础，也是纳米科技的前提。典型的表面处理手段有解离、退火和离子溅射,而退火和离子溅射几乎是表面分析仪器的标准配置。退火相对简单，只要能实现精准的温度控制即可。离子溅射需要通过离子源枪来实现，离子源将质量大且不活性的氩(Ar)原子离子化后加速到数千电子伏特，照射到样品表面。离子源的种类有很多，包括冷阴极潘宁离子源、热阴极离子源、电子回旋共振离子源等。现阶段国内尚未有可靠的扫描式氩离子源，本发明提供一种结构简单、使用寿命长、无磁场、可扫描、最高可达到5keV的耐高温烘烤和使用方便的扫描式氩离子源。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种扫描式氩离子源。本发明采用的技术手段如下：

一种扫描式氩离子源，包括离子产生机构、离子引出机构、离子聚焦机构、离子扫描机构和二级差分机构，所述离子产生机构包括氩气通道以及用于将氩原子撞击为氩离子的电子发生装置；所述离子产生机构与离子引出机构相连，所述离子引出机构用于将产生的氩离子引出；所述离子引出机构与所述离子聚焦机构相连，所述离子聚焦机构用于将产生的氩离子聚焦为离子束；所述离子聚焦机构与离子扫描机构相连，所述离子扫描机构用于对聚焦的离子束进行直流和交流变换，实现多种扫描，所述二级差分机构用于外接氩气抽取装置。

进一步地，所述电子发生装置包括阳极栅网和呈圆弧状围绕在所述阳极栅网周围的灯丝，所述阳极栅网通过阳极栅网通电柱通电，所述灯丝通过两根灯丝接线柱通电，灯丝接线柱固定在支撑板上，所述阳极栅网通过五芯电极通电。

进一步地，灯丝接线柱与所述支撑板之间设有绝缘陶瓷。

进一步地，所述灯丝和阳极栅网的外部设有保护罩A，所述保护罩A的前端设有引出孔。

进一步地，所述离子聚焦机构包括透镜A、陶瓷环、透镜B、小孔件、透镜C和透镜D，所述透镜A和透镜B通过螺钉穿过陶瓷环连接，离子束通过透镜A和透镜B聚焦成离子束穿过小孔件，随后通过透镜C和透镜D离子束再次聚焦。

进一步地，所述透镜A、陶瓷环、透镜B、小孔件设置于外罩A内，外罩A和外罩B之间通过连接法兰A和连接法兰B连接，外罩B和透镜C以及透镜D所处的保护罩B之间通过接口法兰连接。

进一步地，所述外罩A上连接有一级差分法兰，所述外罩B上连接有二级差分法兰。

进一步地，离子扫描机构包括支撑架、X偏转块、Y偏转块，X偏转块和Y偏转块均为两块，通过支撑架固定，通过扫描电极法兰给其供电，从而对聚焦的离子束进行直流和交流变换，实现多种扫描，所述外罩B上连接所述扫描电极法兰。

本发明为热阴极离子源，不存在磁场问题，使用寿命长，结构简单，通过设置二级差分机构，能够减少对腔室真空度的影响，通过扫描电极法兰对离子扫描机构进行供电，能够实现直流和交流变换的多种扫描。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是扫描式氩离子源的结构示意图。

图2是扫描式氩离子源底部结构示意图。

图3是图1的局部放大图。

图4是扫描式氩离子源顶部结构示意图。

图5是图4的剖视图。

图中：1、五芯电极；2、离子产生机构；3、离子引出机构；4、离子聚焦机构；5、离子扫描机构；6、外罩A；7、进气法兰；8、连接法兰A；9、小孔件；10、一级差分法兰；11、支撑板；12、阳极栅网通电柱；13、保护罩A；14、灯丝；15、灯丝接线柱；16、阳极栅网；17、引出孔；18、透镜A；19、陶瓷环；20、透镜B；21连接法兰B；22、扫描电极法兰；23、二级差分抽法兰；24、接口法兰；25、保护罩B；26、电极法兰A；27、外罩B；28、电极法兰B；29、透镜C；30、透镜D；31、支撑架；32、X偏转块；33、Y偏转块；34、保护罩C。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～5所示，本发明实施例公开了一种扫描式氩离子源，包括离子产生机构、离子引出机构、离子聚焦机构、离子扫描机构和二级差分机构，所述离子产生机构2包括氩气通道以及用于将氩原子撞击为氩离子的电子发生装置，所述氩气通道的入口设有进气法兰7；所述离子产生机构2与离子引出机构3相连，所述离子引出机构用于将产生的氩离子引出，所述离子引出机构包括引出孔17；所述离子引出机构与所述离子聚焦机构相连，所述离子聚焦机构4用于将产生的氩离子聚焦为离子束；所述离子聚焦机构与离子扫描机构相连，所述离子扫描机构5用于对聚焦的离子束进行直流和交流变换，实现多种扫描，所述二级差分机构用于外接氩气抽取装置。

所述电子发生装置包括阳极栅网16和呈圆弧状围绕在所述阳极栅网周围的灯丝14，所述阳极栅网通过阳极栅网通电柱12通电，所述灯丝通过两根灯丝接线柱15通电，灯丝接线柱固定在支撑板11上，所述阳极栅网通过五芯电极1通电。

灯丝接线柱与所述支撑板之间设有绝缘陶瓷。

所述灯丝和阳极栅网的外部设有保护罩A13，所述保护罩A的前端设有引出孔。

所述离子聚焦机构包括透镜A18、陶瓷环19、透镜B20、小孔件9、透镜C29和透镜D30，所述透镜A和透镜B通过螺钉穿过陶瓷环连接，离子束通过透镜A和透镜B聚焦成离子束穿过小孔件，随后通过透镜C和透镜D离子束再次聚焦。

所述透镜A、陶瓷环、透镜B、小孔件设置于外罩A6内，外罩A和外罩B27之间通过连接法兰A8和连接法兰B21连接，外罩B和透镜C以及透镜D所处的保护罩B25之间通过接口法兰连接。

所述外罩A上连接有一级差分法兰10，所述外罩B上连接有二级差分法兰23，所述二级差分机构包括所述一级差分法兰和二级差分法兰。

离子扫描机构包括设置在保护罩C34内部的支撑架31、X偏转块32、Y偏转块33，所述保护罩C和保护罩B之间通过接口法兰24相连，X偏转块和Y偏转块均为两块，通过支撑架固定，通过扫描电极法兰22给其供电，从而对聚焦的离子束进行直流和交流变换，实现多种扫描，所述外罩B上连接所述扫描电极法兰，电极法兰A26和电极法兰B28上均设有电极，通过穿过四芯的陶瓷棒的四根线为前方供电。

本发明的离子产生机构是通过灯丝产生电子进入阳极栅网中轰击氩原子产生氩离子，然后通过离子引出机构将氩离子引出，在离子聚焦机构的作用下在小孔件处形成一束离子，然后进入二次聚焦透镜，在离子扫描机构处形成一束离子束，扫描机构可对离子束进行快速扫描。二级差分机构可减少氩气对真空腔室真空度的影响。本发明离子能量可调，最大为5kV，束流可调。本发明选用的材料为SUS304和陶瓷，可耐220℃的高温烘烤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。