离子束流密度和能量的同步测量装置
专利汇可以提供离子束流密度和能量的同步测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于离子源的离子束流 密度 和 能量 的同步测量装置，通过 磁场 偏转进行阳离子和 电子 的分离：电子通过电子接收器进行采集，采集的 电流 与该装置对应捕获面积的比值即反映了束流密度，而阳离子通过阳离子接收器进行采集，通过对阳离子运行轨迹的分析，获得离子能量的分布情况。本 发明 装置能够同时对离子能量和束流密度进行测量。可以同时获得离子束流密度和能量的分布规律。本发明装置使用简单，操作方便，实用性强。，下面是离子束流密度和能量的同步测量装置专利的具体信息内容。
1.一种用于离子源的离子束流密度和能量的同步测量装置，其特征在于 包括：采用磁屏蔽材料制成一圆柱形采集筒(2)，在圆柱形采集筒(2)内设 置一筒形结构的离子过滤器(4)，其截面为一半圆形及一等腰直角三角 形的一直角边和斜边围合而成，在该采集筒(2)的侧壁上及所述的离子过 滤器(4)的半圆形和三角形的斜边连接处采用磁屏蔽材料设一引流孔(1)， 在离子过滤器(4)的半圆形位置设置碗形电子接收器(7)，在离子过滤 器(4)的等腰直角三角形的直角边和斜边位置处设置一片状阳离子接收 器(6)，该离子过滤器(4)接地，但与所述的阳离子接收器和电子接收器绝 缘，在该采集筒(2)内两个端面分别设置电磁线圈(5)，该电磁线圈(5) 与该采集筒(2)外的一可调恒压直流电源相连，以在该采集筒(2)中离子 过滤器(4)内建立恒定的可调的匀强磁场(3)，所说的阳离子接收器(6) 经第一电阻(8)和第一毫安表(9)接地，所说的电子接收器(7)经第二电 阻(9)和第二毫安表(11)接地。
2.根据权利要求1所述的离子束流密度和能量的同步测量装置，其特 征在于所述的阳离子接收器(6)的金属片的尺寸与所述的引流孔(1)的尺 寸相当，分别位于离子过滤器(4)的斜边的两侧对称放置，并互相垂直。
3.根据权利要求1所述的离子束流密度和能量的同步测量装置，其特征 在于所述的两个电磁线圈(5)的中心同轴，二者之间的距离与线圈直径相等。
技术领域
本发明涉及离子辅助沉积镀膜技术，特别是一种用于离子源的离子束流 密度和能量的同步测量装置，也可用于离子注入、改性以及溅射中离子源所 发射离子能量和束流密度的测量。
背景技术
离子源发射出一定离子能量和束流密度的离子束，使其在真空室中运行 一定距离后作用到薄膜分子或原子上，发生动量和能量交换作用，从而改变 了生长中的薄膜性质，这就是离子辅助沉积的过程。
离子辅助沉积的优点是可以通过控制离子的参数来控制薄膜的属性，因 此要考察离子束辅助效果，必须考察离子束的参数，包括离子的束流密度、 能量、离子束发散角、离子种类等，其中离子的能量和束流密度是最重要的 又最难确定的参数，因此离子束辅助沉积需要一种探测离子束流密度和能量 的装置。
离子束流密度和能量的同步测量存在以下难点：
阳离子和电子的分离。离子源所发射的离子束一般为阳离子和电子共同 存在的等离子体，它们之间互相干扰影响了测量的准确性，因此需要在探测 时进行分离。
束流密度和能量测量的同步性。对同一种离子进行空间分布和能量分布 的测量是很不现实的，因此两个参数需要针对两种粒子进行测量。
发明内容
本发明的原理是：
通过磁场偏转进行阳离子和电子的分离：电子通过电子接收器进行采集， 其数量反映了束流密度，即通过的电流与该装置对应捕获面积的比值；而阳 离子通过阳离子接收器进行采集，通过对阳离子运行轨迹的分析，获得离子 能量的分布情况。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于离子源的离子束流密度和能量的同步测量装置，其特征在于包 括：采用磁屏蔽材料制成一圆柱形采集筒，在圆柱形采集筒内设置一筒形结 构的离子过滤器，其截面为一半圆形及一等腰直角三角形的一直角边和 斜边围合而成，在该采集筒的侧壁上及所述的离子过滤器的半圆形和三角 形的斜边连接处采用磁屏蔽材料设一引流孔，在离子过滤器的半圆形位置 设置碗形电子接收器，在离子过滤器的等腰直角三角形的直角边和斜边位 置处设置一片状阳离子接收器，该离子过滤器接地，但与所述的阳离子接收 器和电子接收器绝缘，在该采集筒内两个端面分别设置电磁线圈，该两电磁 线圈与该采集筒外的一可调恒压直流电源相连，以在该采集筒中离子过滤器 内建立恒定的可调的匀强磁场，所说的阳离子接收器经第一电阻和第一毫安 表接地，所说的电子接收器经第二电阻和第二毫安表接地。
所述的阳离子接收器的金属片的尺寸与所述的引流孔的尺寸相当，分别 位于离子过滤器的斜边的两侧对称放置，并互相垂直。
所述的两个电磁线圈的中心同轴，二者之间的距离与线圈直径相等。
本发明的优点
本发明能够同时对离子能量和束流密度进行测量。可以同时获得束流密 度和离子能量的分布规律。本装置不但可以用于离子辅助沉积离子束流密度 和能量的测量，还可用于离子注入、离子改性和离子溅射中束流密度和能量 的测量。本发明装置使用简单，操作方便，实用性强。
附图说明
图1是本发明离子源的离子能量和束流密度的同步测量装置的结构剖视 示意图
图2是使用本发明测量Ar离子源的Ar离子相对束流与离子能量的关系 曲线。离子源阳极电压为120V情况下Ar离子相对束流与离子能量的关系曲 线，代表了离子能量的分布情况，中心线处横坐标代表离子束的平均能量。
图3是使用本发明测量离子源阳极电压为120V情况下束流密度的分布情 况
图4是使用本发明测量离子平均能量随阳极电压的变化曲线。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明离子源的离子能量和束流密度的同步测量装置 的结构剖视示意图，由图可见，本发明离子束流密度和能量的同步测量装置， 其特征在于包括：采用磁屏蔽材料制成一圆柱形采集筒2，在圆柱形采集筒2 内设置一筒形结构的离子过滤器4，其截面为一半圆形及一等腰直角三角 形的一直角边和斜边围合而成，在该采集筒2的侧壁上及所述的离子过滤 器4的半圆形和三角形的斜边连接处采用磁屏蔽材料设一引流孔1，在离 子过滤器4的半圆形位置设置碗形电子接收器7，在离子过滤器4的等腰 直角三角形的直角边和斜边位置处设置一片状阳离子接收器6，该离子过 滤器4接地，但与所述的阳离子接收器和电子接收器绝缘，在该采集筒2内 两个端面分别设置电磁线圈5，该两电磁线圈5与该采集筒2外的一可调恒压 直流电源相连，以在该采集筒2中离子过滤器4内建立恒定的可调的匀强磁 场3，所说的阳离子接收器6经第一电阻8和第一毫安表9接地，所说的电子 接收器7经第二电阻9和第二毫安表11接地。
本实施例中各部分的元件的主要性能参数和作用：
引流孔1：位于装置下方的直径为2mm的小孔，孔壁采用磁屏蔽材料制 成，用于引入离子流。
采集筒2：为圆柱形的封闭装置，其外壳采用磁屏蔽材料制成，用来避免 磁场对离子束的干扰，保证正常测量。
磁场3：由装置前后两个面的电磁线圈产生，用以改变粒子运动方向，使 阳离子和电子分别向左右两个方向运动，分离后分别由接收器捕捉。
离子过滤器4：由金属片围绕而成，完全环绕着阳离子接收器，电子接收 器及全部的入射粒子。该器件与地相连，用来滤除不需要的阳离子。
电磁线圈5：由装置前后两个面的电磁线圈构成亥姆霍兹线圈，外接直流 电源，通过调节该电源电压，产生可调的恒定的匀强磁场3。
阳离子接收器6由直径2mm的金属片制成，与离子过滤器4的外壳绝缘， 外接第一电阻8和第一毫安表9，用以采集一定运行轨迹的阳离子。
电子接收器7为一碗形金属片，可以覆盖该装置的右半部分，与离子过 滤器的外壳绝缘，电子接收器7经第二电阻10和第二毫安表11接地，用以 采集绝大多数的电子。
第一电阻8用以在测量时进行分压，起到保护电路的作用。
第一毫安表9通过测量电路中的电流，得出经流的阳离子数量。
第二电阻10：用以在测量时进行分压，起到保护电路的作用。
第二毫安表11，通过测量电路中的电流，得出经流的电子数量。
本发明装置的测量流程是：
将本发明装置的引流孔1正对着待测离子源的离子发射方向，由离子源 发射的等离子体束正入射至引流孔1后，在磁场3的作用下，在采集筒2内 的阳离子和电子分别获得两个方向相反的运动速度，如图1所示，电子向右 被电子接收器7所捕获，电子流经第二电阻10和第二毫安表11，由第二毫安 表11记录该电子流的大小，将第二毫安表11所示读数除以入射的引流孔1 的截面积即为电子流密度，由于所发射的为等离子体，因此电子流密度即为 离子源的束流密度；而阳离子向左运动，其中一部分被离子过滤器4过滤掉， 只有满足一定运行轨道半径的阳离子才能被阳离子接收器6所捕获，通过对 运动轨迹的分析，得出该条件下离子的能量。第一毫安表9所代表的即为该 能量下的阳离子流密度，我们将两表示数值相比定义为相对束流，亦即该能 量下的束流的分布概率。
设入射离子质量m，速度v，能量E，电量q，运行轨迹半径r，可变磁 场的磁感应强度B，根据公式
即可求出入射离子能量。调节磁场3，使第一毫安表9的示数，经过由小 到大然后又变小的过程，即可捕捉到全部能量范围情况，最后通过积分我们 就可以获得离子源的能量情况。
利用本发明装置对离子源进行了测量，其结果如图2、图3和图4所示。 试验表明本发明的优点是：能够同时对离子能量和束流密度进行测量。可以 同时获得离子束流密度和能量的分布规律。本发明不但可以用于离子辅助沉 积离子束流密度和能量的测量，还可用于离子注入、离子改性和离子溅射中 束流密度和能量的测量。本发明装置使用简单，操作方便，实用性强。
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