專利名稱：離子束流密度和能量的同步測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及離子輔助沉積鍍膜技術(shù)，特別是一種用于離子源的離子 束流密度和能量的同步測量裝置，也可用于離子注入、改性以及濺射中離子 源所發(fā)射離子能量和束流密度的測量。 豕抆不離子束技術(shù)已被證實可有效改善薄膜質(zhì)量并廣泛應(yīng)用于薄膜沉積技術(shù) 中，其關(guān)鍵設(shè)備離子源的性能也成為影響沉積質(zhì)量的重要因素。離子源發(fā)射出一定離子能量和束流密度的離子束，使其在真空室中運行 一定距離后作用到薄膜分子或原子上，發(fā)生動量和能量交換作用，從而改變 了生長中的薄膜性質(zhì)，這就是離子輔助沉積的過程。離子輔助沉積的優(yōu)點是可以通過控制離子的參數(shù)來控制薄膜的屬性，因 此要考察離子束輔助效果，必須考察離子束的參數(shù)，包括離子的束流密度、 能量、離子束發(fā)散角、離子種類等，其中離子的能量和束流密度是最重要的 又最難確定的參數(shù)，因此離子束輔助沉積需要一種探測離子束流密度和能量 的裝置。離子束流密度和能量的同步測量存在以下難點陽離子和電子的分離。離子源所發(fā)射的離子束一般為陽離子和電子共同 存在的等離子體，它們之間互相干擾影響了測量的準(zhǔn)確性，因此需要在探測 時進行分離。束流密度和能量測量的同步性。對同一種離子進行空間分布和能量分布 的測量是很不現(xiàn)實的，因此兩個參數(shù)需要針對兩種粒子進行測量。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述難點，提供一種離子源的離 子束流密度和能量的同步測量裝置，該裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單和操作方便的特 點。本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種用于離子源的離子束流密度和能量的同步測量裝置，其特征在于包 括采用磁屏蔽材料制成一圓柱形采集筒，在圓柱形采集筒內(nèi)設(shè)置一筒形結(jié)構(gòu)的離子過濾器，其截面為一半圓形及一等腰直角三角形的一直角邊和 斜邊圍合而成，在該采集筒的側(cè)壁上及所述的離子過濾器的半圓形和三角 形的斜邊連接處采用磁屏蔽材料設(shè)一引流孔，在離子過濾器的半圓形位置 設(shè)置碗形電子接收器，在離子過濾器的等腰直角三角形的直角邊和斜邊位 置處設(shè)置一片狀陽離子接收器，該離子過濾器接地，但與所述的陽離子接收 器和電子接收器絕緣，在該采集筒內(nèi)兩個端面分別設(shè)置電磁線圈，該兩電磁 線圈與該采集筒外的一可調(diào)恒壓直流電源相連，以在該采集筒中離子過濾器 內(nèi)建立恒定的可調(diào)的勻強磁場，所說的陽離子接收器經(jīng)第一電阻和第一毫安 表接地，所說的電子接收器經(jīng)第二電阻和第二毫安表接地。所述的陽離子接收器的金屬片的尺寸與所述的引流孔的尺寸相當(dāng)，分別 位于離子過濾器的斜邊的兩側(cè)對稱放置，并互相垂直。所述的兩個電磁線圈的中心同軸，二者之間的距離與線圈直徑相等。本實用新型的優(yōu)點本實用新型能夠同時對離子能量和束流密度進行測量。可以同時獲得束 流密度和離子能量的分布規(guī)律。本裝置不但可以用于離子輔助沉積離子束流 密度和能量的測量，還可用于離子注入、離子改性和離子濺射中束流密度和 能量的測量。本實用新型裝置使用簡單，操作方便，實用性強。


圖1是本實用新型離子源的離子能量和束流密度的同步測量裝置的結(jié)構(gòu) 剖視示意圖圖2是使用本實用新型測量Ar離子源的Ar離子相對束流與離子能量的 關(guān)系曲線。離子源陽極電壓為120V情況下Ar離子相對束流與離子能量的關(guān) 系曲線，代表了離子能量的分布情況，中心線處橫坐標(biāo)代表離子束的平均能圖3是使用本實用新型測量離子源陽極電壓為120V情況下束流密度的分 布情況圖4是使用本實用新型測量離子平均能量隨陽極電壓的變化曲線。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本 實用新型的保護范圍。請參閱圖1，圖1是本實用新型離子源的離子能量和束流密度的同步測量 裝置的結(jié)構(gòu)剖視示意圖，由圖可見，本實用新型離子束流密度和能量的同步 測量裝置，其特征在于包括采用磁屏蔽材料制成一圓柱形采集筒2，在圓柱 形采集筒2內(nèi)設(shè)置一筒形結(jié)構(gòu)的離子過濾器4，其截面為一半圓形及一等 腰直角三角形的一直角邊和斜邊圍合而成，在該采集筒2的側(cè)壁上及所述的離子過濾器4的半圓形和三角形的斜邊連接處采用磁屏蔽材料設(shè)一引流 孔1，在離子過濾器4的半圓形位置設(shè)置碗形電子接收器7，在離子過濾器 4的等腰直角三角形的直角邊和斜邊位置處設(shè)置一片狀陽離子接收器6， 該離子過濾器4接地，但與所述的陽離子接收器和電子接收器絕緣，在該采 集筒2內(nèi)兩個端面分別設(shè)置電磁線圈5，該兩電磁線圈5與該采集筒2外的一 可調(diào)恒壓直流電源相連，以在該采集筒2中離子過濾器4內(nèi)建立恒定的可調(diào) 的勻強磁場3，所說的陽離子接收器6經(jīng)第一電阻8和第一毫安表9接地，所 說的電子接收器7經(jīng)第二電阻9和第二毫安表11接地。 本實施例中各部分的元件的主要性能參數(shù)和作用引流孔l:位于裝置下方的直徑為2mm的小孔，孔壁采用磁屏蔽材料制 成，用于引入離子流。采集筒2:為圓柱形的封閉裝置，其外殼采用磁屏蔽材料制成，用來避免 磁場對離子束的干擾，保證正常測量。磁場3:由裝置前后兩個面的電磁線圈產(chǎn)生，用以改變粒子運動方向，使陽離子和電子分別向左右兩個方向運動，分離后分別由接收器捕捉。離子過濾器4:由金屬片圍繞而成，完全環(huán)繞著陽離子接收器，電子接收器及全部的入射粒子。該器件與地相連，用來濾除不需要的陽離子。電磁線圈5:由裝置前后兩個面的電磁線圈構(gòu)成亥姆霍茲線圈，外接直流電源，通過調(diào)節(jié)該電源電壓，產(chǎn)生可調(diào)的恒定的勻強磁場3。陽離子接收器6由直徑2mm的金屬片制成，與離子過濾器4的外殼絕緣，外接第一電阻8和第一毫安表9，用以采集一定運行軌跡的陽離子。電子接收器7為一碗形金屬片，可以覆蓋該裝置的右半部分，與離子過濾器的外殼絕緣，電子接收器7經(jīng)第二電阻10和第二毫安表11接地，用以采集絕大多數(shù)的電子。第一電阻8用以在測量時進行分壓，起到保護電路的作用。第一毫安表9通過測量電路中的電流，得出經(jīng)流的陽離子數(shù)量。 第二電阻10:用以在測量時進行分壓，起到保護電路的作用。 第二毫安表ll，通過測量電路中的電流，得出經(jīng)流的電子數(shù)量。 本實用新型裝置的測量流程是將本實用新型裝置的引流孔1正對著待測離子源的離子發(fā)射方向，由離 子源發(fā)射的等離子體束正入射至引流孔1后，在磁場3的作用下，在采集筒2 內(nèi)的陽離子和電子分別獲得兩個方向相反的運動速度，如圖1所示，電子向 右被電子接收器7所捕獲，電子流經(jīng)第二電阻10和第二毫安表11，由第二毫 安表11記錄該電子流的大小，將第二毫安表11所示讀數(shù)除以入射的引流孔1 的截面積即為電子流密度，由于所發(fā)射的為等離子體，因此電子流密度即為 離子源的束流密度；而陽離子向左運動，其中一部分被離子過濾器4過濾掉， 只有滿足一定運行軌道半徑的陽離子才能被陽離子接收器6所捕獲，通過對 運動軌跡的分析，得出該條件下離子的能量。第一毫安表9所代表的即為該 能量下的陽離子流密度，我們將兩表示數(shù)值相比定義為相對束流，亦即該能 量下的束流的分布概率。設(shè)入射離子質(zhì)量m，速度v，能量E，電量q，運行軌跡半徑r，可變磁 場的磁感應(yīng)強度B，根據(jù)公式Z —柳v2 — 2五 _ 一 W即可求出入射離子能量。調(diào)節(jié)磁場3，使第一毫安表9的示數(shù)，經(jīng)過由小 到大然后又變小的過程，即可捕捉到全部能量范圍情況，最后通過積分我們 就可以獲得離子源的能量情況。利用本實用新型裝置對離子源進行了測量，其結(jié)果如圖2、圖3和圖4所 示。試驗表明本實用新型的優(yōu)點是能夠同時對離子能量和束流密度進行測 量?？梢酝瑫r獲得離子束流密度和能量的分布規(guī)律。本實用新型不但可以用 于離子輔助沉積離子束流密度和能量的測量，還可用于離子注入、離子改性 和離子濺射中束流密度和能量的測量。本實用新型裝置使用簡單，操作方便， 實用性強。
權(quán)利要求1、一種用于離子源的離子束流密度和能量的同步測量裝置，其特征在于包括采用磁屏蔽材料制成一圓柱形采集筒(2)，在圓柱形采集筒(2)內(nèi)設(shè)置一筒形結(jié)構(gòu)的離子過濾器(4)，其截面為一半圓形及一等腰直角三角形的一直角邊和斜邊圍合而成，在該采集筒(2)的側(cè)壁上及所述的離子過濾器(4)的半圓形和三角形的斜邊連接處采用磁屏蔽材料設(shè)一引流孔(1)，在離子過濾器(4)的半圓形位置設(shè)置碗形電子接收器(7)，在離子過濾器(4)的等腰直角三角形的直角邊和斜邊位置處設(shè)置一片狀陽離子接收器(6)，該離子過濾器(4)接地，但與所述的陽離子接收器和電子接收器絕緣，在該采集筒(2)內(nèi)兩個端面分別設(shè)置電磁線圈(5)，該電磁線圈(5)與該采集筒(2)外的一可調(diào)恒壓直流電源相連，以在該采集筒(2)中離子過濾器(4)內(nèi)建立恒定的可調(diào)的勻強磁場(3)，所說的陽離子接收器(6)經(jīng)第一電阻(8)和第一毫安表(9)接地，所說的電子接收器(7)經(jīng)第二電阻(9)和第二毫安表(11)接地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子束流密度和能量的同步測量裝置，其特征 在于所述的陽離子接收器(6)的金屬片的尺寸與所述的引流孔(1)的尺寸 相當(dāng)，分別位于離子過濾器(4)的斜邊的兩側(cè)對稱放置，并互相垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離子束流密度和能量的同步測量裝置，其特征 在于所述的兩個電磁線圈(5)的中心同軸，二者之間的距離與線圈直徑相等。
專利摘要一種用于離子源的離子束流密度和能量的同步測量裝置，采用磁屏蔽材料制成圓柱形采集筒，在該圓柱形采集筒內(nèi)設(shè)置離子過濾器，在該采集筒的側(cè)壁上及所述的離子過濾器的半圓形和三角形的斜邊連接處采用磁屏蔽材料設(shè)一引流孔，在離子過濾器的半圓形位置設(shè)置碗形電子接收器，在離子過濾器的等腰直角三角形的直角邊和斜邊位置處設(shè)置片狀陽離子接收器，該離子過濾器接地而與陽離子接收器和電子接收器絕緣，在該采集筒內(nèi)兩個端面分別設(shè)置電磁線圈，該兩電磁線圈與該采集筒外的可調(diào)恒壓直流電源相連，所述的陽離子接收器經(jīng)第一電阻和第一毫安表接地，所述的電子接收器經(jīng)第二電阻和第二毫安表接地。本實用新型裝置使用簡單，操作方便，實用性強。
文檔編號C23C14/54GK201102984SQ20072007517
公開日2008年8月20日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者晉云霞, 王聰娟, 邵建達 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所