專利名稱：離子加速器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種離子加速器裝置。
背景技術：
離子加速器裝置例如可用于表面處理，具體說是可用于半導體技術中或者用作空間導彈的動力。離子主要從中性工作氣體產生而用于驅動的動力，特別是從稀有(惰性)氣體產生并被加速的。尤其是，已經證明有兩種結構原理可以用于產生及加速離子。
在柵極加速器的情況中，帶正電的離子用一柵極結構從等離子體中被抽出，其中與等離子體室接界的一第一柵極處于陽極電位，在離子束出口方向中偏移的一第二柵極處于一較負的陰極電位，該帶正電的離子在兩柵之間被靜電加速。這種結構安排例如揭示在美國專利3,613,370中。這種加速器裝置的離子流密度由于空間電荷效應而被限制在低的密度值上。
另一種設計提供一等離子體室，一電場及一磁場通過此等離子室，電場用以在離子束出口開口的方向上加速正電荷離子，磁場用于引導用于使一中性工作氣體電離成離子的電子通過。具體地說，加速器裝置具有一環狀等離子體室，在其中，磁場主要在徑向移動，而電子在電的影響下以閉合的漂移路徑移動而磁場在電和磁場的影響下以閉合的漂移路徑移動，該加速器裝置已經被使用了一些時間。這種加速器裝置例如揭示在美國專利5,847,493中。
例如在德國專利DE 15 39 264中揭示的一種脈沖等離子體加速器的一個實施例中，不論在理論和實際方面都與此大為不同。它在一平的等離子體通道的相對兩側提供電極軌道，在其間一電流，通過脈沖放電，在一位于通道中的工作氣體中橫向于通道的縱向流動，從而形成一等離子體。電極軌道的電流回路以及通過等離子體的電流，通過磁場的移動形成電離成離子的氣體的脈沖狀的射出。
在一種閉合電子漂移型、在等離子體室中具有電場和磁場的新的離子加速器裝置中，磁場具有一特殊的結構，它具有一在一第二類型的縱向段中的平行于縱的方向的連續行進的磁場，和一在第一類型的縱向段中的垂直于縱向方向的，具體說是徑向的連續行進的磁場。這種連續行進的磁場也稱為波峰場。該裝置構成幾級，第一及第二類型的縱向段彼此交替相隨。這種加速器裝置例如揭示在德國專利DE 100 14 033 A1，DE 101 30 464 A1或DE 198 28 704 A1中。
發明內容
本發明的目的是提供一離子加速器裝置，它具有靈活可變的結構原理。
為實現上述目的，根據本發明的離子加速器裝置，它具有一電離室，一磁鐵結構，一電極結構，并且有將一中性工作氣體引入電離室的部件，其中該電極結構在電離室中產生一正電荷離子的靜電加速場，它主要指向裝置的縱的方向，該磁鐵結構在電離室中產生一磁場，該磁場至少有一第一類型的一縱向段，此縱向段具有一垂直于縱向的磁場，以及一第二類型縱向段，此第二類型縱向段具有漸進的磁場，此漸進的磁場基本上平行于縱向的磁場與第一類型縱向段在兩側相鄰，該電離室在縱向具有一離子出口開口，其橫向以一圓周形壁為界并形成一垂直于電離室截面的縱向的截面表面，它至少在第一方向是垂直于它的第二方向的兩倍大小。
有利的是，上述磁場，靜電場及第二方向的電離室的截面的尺寸在第一方向的中心區域中近似于恒定不變；上述電離室的結構相對于兩正交平面都鏡對稱；作為電子源的陰極設置在離子出口開口的區域并且和該離子出口開口橫向偏移；用沒有電子發射的陰極作為中和電子源和/或初級電子源以產生離子束。
本發明的磁場結構基于DE 100 14 033 A1。電離室具有一在橫向于縱的方向的截平面中的內聚性的橫截表面，這就是說，在環形電離室的情況下，它的結構沒有把室徑向地向著中心定界的中心部分。
有意識地偏離圓的室截面并在相對于第二橫的方向中的室的尺寸在一橫向方向上把室的截面至少放大2倍的結構可以把出來的離子流按比例放大或縮小到任何程度，而把裝置的其他參數保持不變。此裝置還在相對于橫截表面具有一有利的等離子體密度。
下面結合附圖對一個較佳的例子作詳細的敘述。附圖中圖1是電離室的基本形狀；圖2是Z-X平面的截面圖；圖3是X-Y平面的詳細截面圖；圖4是Y-Z平面的截面圖。
具體實施例方式
在圖1所示的傾斜的視圖中，是從前面向著離子出口開口AO看過去的。傾斜視圖中示出了本發明的離子加速器裝置的電離室IK的基本形狀。為了簡單清楚起見，此電離室近似長方塊的形狀，其Y方向的寬度為KB，Z方向的高度為KH，X方向的長度為KL。坐標系統的坐標軸線置于電離室的主軸線的方向。坐標的原點設置在電離室下部陽電極處，作為裝置的中心縱軸線的中心的延伸線。此線與圖中X軸線相重合。X方向也可以叫做縱的方向，Y、Z方向也可以叫做橫的方向。該電離室相對于X-Z平面及X-Y平面都是鏡對稱的。
在Y方向形成室的界面的邊緣段RB具有形成電離室的界面的電離室的室壁的圓的漸進壁表面，因此與單純的方塊形有所不同。在Y方向的中心區域MI中，電離室IK的高度KH基本是恒定不變的。為了方便解釋起見，電離室在下面就假定它是圓筒形的。也就是說，在X方向它具有基本上一致的截面面積(區域)，但本發明并不限于這種一致截面的圓筒形電離室。在圖1中為了清晰起見，電極、磁極以及電場和磁場的漸進方式都沒有畫出來。
從圖2的截面圖之中，在根據圖1的坐標系統的X-Z平面中，在電離室中的已知磁場的漸進方式可以清楚地看出，這種漸進方式是重要的。此磁場MF的特征是，第一型式的縱向段MA1與第二型的縱向段MA2彼此在裝置的縱向(X)相隨。從而，在第一型的縱向段MA1中磁場平行于Y-Z平面，也就是說，垂直于縱的方向，而在第二型的縱向段MA2中，它平行于縱向X。在第一型的縱向段中，磁場的縱向部分的反向發生在縱的方向，第一型縱向段MA1中的磁場結構也稱為波峰結構，第一和第二型縱向段可以彼此直接跟隨，或者如圖中所示，它被縱向的中間段所隔開。磁場的磁力線從第一型的縱向段連續地進入第一型縱向段MA1，如果采用中間段，也可以通過在它們中間的中間段進入。磁鐵的安排，也就是說磁場是有利地分成多級安排的，即電離室中的磁場交替地有幾個第一型的縱向段和幾個第二型的縱向段，在縱向具有如上所述的磁場的漸進性的特征，磁場MF可以按已知方法通過線圈和/或永久磁鐵PM產生。
電極結構可以包括一以已知方式設置在電離室IK的出口開口AO的陰極KA，以及相對于X方向的離子出口孔相對設置的陽極EA。有利的是，特別是在磁鐵是多級磁鐵的情況下，中間的電極EZ1，EZ2，EZ3也可以設置在電離室的壁WA上。它們可以處在陽極電位和陰極電位之間的固定的或滑動中間電位處。陽極EA可以有利地設置在電離室的底部，如圖所示，它離開離子出口開口AO。在圖2中，陰極KA是以已知的方式設置成在縱向橫向偏移離子出口的開口的。具體地說，陰極可以用作行將引入電離室的初級電子的電子源，以使一工作氣體電離，和/或用作要加入出口離子束PB以進行電中和的電子之用。中性的工作氣體AG較佳地引入到電離室的陽極EA的區域中。
在另一個有利的實施例中，陰極可以是一個這樣的電極，但它并不發射電子，因此不起中和和/或并不起到用于氣體電離的初級電子源的作用。在這方面，該陽極可以有利地配備一殼體部分，該殼體部分圍繞電離室的出口開口并處于陰極電位。
在電極結構的靜電場EF(圖2中用虛線表示)的影響下，電子被加速地趨向陽極，帶正電荷的氣體離子被加速地趨向離子出口開口，從而電子在磁場的影響下在縱向(圖4)形成閉合的 移流DS，具體說是在第一類型磁場的縱向段MA1中。在圖3中，示出了根據圖1X-Y平面中的截面圖的細節，并示出了在此區域中的典型的磁場漸進形式。圖4示出了在縱向段MA1的區域中的平行于Y-Z平面的平面中的一段橫截面，其中示出了典型的磁場漸進方式及一環形閉合移流DS。此移流的循環方向取決于第一類型縱向段MA1中的磁場的徑向方向。并在縱向在第一類型連續的縱向段MA1之間進行交替。在圖4中，還另外示出了磁鐵PM，該磁鐵在外面圍繞電離室并且可以用線圈或由永久磁鐵形成。電極的結構和/或磁鐵結構的幾何形狀有利地適應了電離室的寬闊的截面形狀。
上述特征及在權項中所揭示的特征以及從附圖中的特征可以分別或以不同的組合加以實施。本發明并不限于上述舉例說明用的實施例，本技術領域的專業人士是完全可以在本發明的范圍之內以不同的方式進行改變或變化的。
權利要求
1.一種離子加速器裝置，它具有一電離室，一磁鐵結構，一電極結構，并且有將一中性工作氣體引入電離室的部件，其中該電極結構在電離室中產生一正電荷離子的靜電加速場，它主要指向裝置的縱的方向，該磁鐵結構在電離室中產生一磁場，該磁場至少有一第一類型的一縱向段，此縱向段具有一垂直于縱向的磁場，以及一第二類型縱向段，此第二類型縱向段具有漸進的磁場，此漸進的磁場基本上平行于縱向的磁場與第一類型縱向段在兩側相鄰，該電離室在縱向具有一離子出口開口，其橫向以一圓周形壁為界并形成一垂直于電離室截面的縱向的截面表面，它至少在第一方向(Y)是垂直于它的第二方向(X)的兩倍大小。
2.如權利要求1所述的離子加速器裝置，其特征在于，該磁場(MF)，靜電場(EF)及第二方向(Z)的電離室的截面的尺寸(KH)在第一方向(Y)的中心區域(MI)中近似于恒定不變(KH(Y)＝恒定)。
3.如權利要求1或2所述的離子加速器裝置，其特征在于，該電離室的結構相對于兩正交平面(X-Y、X-Z)都鏡對稱。
4.如權利要求1～3中任一權項所述的離子加速器裝置，其特征在于，作為電子源的陰極(KA)設置在離子出口開口(AO)的區域并且和該離子出口開口(AO)橫向偏移。
5.如權利要求1～3中任一權項所述的離子加速器裝置，其特征在于，用沒有電子發射的陰極作為中和電子源和/或初級電子源以產生離子束。
全文摘要
本發明涉及一種離子加速裝置，該裝置使用一組合磁場，該磁場具有一波峰結構以及一相對于縱軸在一個方向橫向延伸的電離室的橫截面。這就有利于離子電流能逐漸增大。
文檔編號H05H1/54GK1741936SQ200380108438
公開日2006年3月1日 申請日期2003年12月10日 優先權日2003年1月11日
發明者京特·科恩菲爾德, 格雷戈里·庫斯圖, 諾貝特·科赫 申請人:泰雷茲電子器件有限公司