专利名称：离子加速器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子加速器装置。
背景技术：
离子加速器装置例如可用于表面处理，具体说是可用于半导体技术中或者用作空间导弹的动力。离子主要从中性工作气体产生而用于驱动的动力，特别是从稀有(惰性)气体产生并被加速的。尤其是，已经证明有两种结构原理可以用于产生及加速离子。
在栅极加速器的情况中，带正电的离子用一栅极结构从等离子体中被抽出，其中与等离子体室接界的一第一栅极处于阳极电位，在离子束出口方向中偏移的一第二栅极处于一较负的阴极电位，该带正电的离子在两栅之间被静电加速。这种结构安排例如揭示在美国专利3,613,370中。这种加速器装置的离子流密度由于空间电荷效应而被限制在低的密度值上。
另一种设计提供一等离子体室，一电场及一磁场通过此等离子室，电场用以在离子束出口开口的方向上加速正电荷离子，磁场用于引导用于使一中性工作气体电离成离子的电子通过。具体地说，加速器装置具有一环状等离子体室，在其中，磁场主要在径向移动，而电子在电的影响下以闭合的漂移路径移动而磁场在电和磁场的影响下以闭合的漂移路径移动，该加速器装置已经被使用了一些时间。这种加速器装置例如揭示在美国专利5,847,493中。
例如在德国专利DE 15 39 264中揭示的一种脉冲等离子体加速器的一个实施例中，不论在理论和实际方面都与此大为不同。它在一平的等离子体通道的相对两侧提供电极轨道，在其间一电流，通过脉冲放电，在一位于通道中的工作气体中横向于通道的纵向流动，从而形成一等离子体。电极轨道的电流回路以及通过等离子体的电流，通过磁场的移动形成电离成离子的气体的脉冲状的射出。
在一种闭合电子漂移型、在等离子体室中具有电场和磁场的新的离子加速器装置中，磁场具有一特殊的结构，它具有一在一第二类型的纵向段中的平行于纵的方向的连续行进的磁场，和一在第一类型的纵向段中的垂直于纵向方向的，具体说是径向的连续行进的磁场。这种连续行进的磁场也称为波峰场。该装置构成几级，第一及第二类型的纵向段彼此交替相随。这种加速器装置例如揭示在德国专利DE 100 14 033 A1，DE 101 30 464 A1或DE 198 28 704 A1中。
发明内容
本发明的目的是提供一离子加速器装置，它具有灵活可变的结构原理。
为实现上述目的，根据本发明的离子加速器装置，它具有一电离室，一磁铁结构，一电极结构，并且有将一中性工作气体引入电离室的部件，其中该电极结构在电离室中产生一正电荷离子的静电加速场，它主要指向装置的纵的方向，该磁铁结构在电离室中产生一磁场，该磁场至少有一第一类型的一纵向段，此纵向段具有一垂直于纵向的磁场，以及一第二类型纵向段，此第二类型纵向段具有渐进的磁场，此渐进的磁场基本上平行于纵向的磁场与第一类型纵向段在两侧相邻，该电离室在纵向具有一离子出口开口，其横向以一圆周形壁为界并形成一垂直于电离室截面的纵向的截面表面，它至少在第一方向是垂直于它的第二方向的两倍大小。
有利的是，上述磁场，静电场及第二方向的电离室的截面的尺寸在第一方向的中心区域中近似于恒定不变；上述电离室的结构相对于两正交平面都镜对称；作为电子源的阴极设置在离子出口开口的区域并且和该离子出口开口横向偏移；用没有电子发射的阴极作为中和电子源和/或初级电子源以产生离子束。
本发明的磁场结构基于DE 100 14 033 A1。电离室具有一在横向于纵的方向的截平面中的内聚性的横截表面，这就是说，在环形电离室的情况下，它的结构没有把室径向地向着中心定界的中心部分。
有意识地偏离圆的室截面并在相对于第二横的方向中的室的尺寸在一横向方向上把室的截面至少放大2倍的结构可以把出来的离子流按比例放大或缩小到任何程度，而把装置的其他参数保持不变。此装置还在相对于横截表面具有一有利的等离子体密度。
下面结合附图对一个较佳的例子作详细的叙述。附图中图1是电离室的基本形状；图2是Z-X平面的截面图；图3是X-Y平面的详细截面图；图4是Y-Z平面的截面图。
具体实施例方式
在图1所示的倾斜的视图中，是从前面向着离子出口开口AO看过去的。倾斜视图中示出了本发明的离子加速器装置的电离室IK的基本形状。为了简单清楚起见，此电离室近似长方块的形状，其Y方向的宽度为KB，Z方向的高度为KH，X方向的长度为KL。坐标系统的坐标轴线置于电离室的主轴线的方向。坐标的原点设置在电离室下部阳电极处，作为装置的中心纵轴线的中心的延伸线。此线与图中X轴线相重合。X方向也可以叫做纵的方向，Y、Z方向也可以叫做横的方向。该电离室相对于X-Z平面及X-Y平面都是镜对称的。
在Y方向形成室的界面的边缘段RB具有形成电离室的界面的电离室的室壁的圆的渐进壁表面，因此与单纯的方块形有所不同。在Y方向的中心区域MI中，电离室IK的高度KH基本是恒定不变的。为了方便解释起见，电离室在下面就假定它是圆筒形的。也就是说，在X方向它具有基本上一致的截面面积(区域)，但本发明并不限于这种一致截面的圆筒形电离室。在图1中为了清晰起见，电极、磁极以及电场和磁场的渐进方式都没有画出来。
从图2的截面图之中，在根据图1的坐标系统的X-Z平面中，在电离室中的已知磁场的渐进方式可以清楚地看出，这种渐进方式是重要的。此磁场MF的特征是，第一型式的纵向段MA1与第二型的纵向段MA2彼此在装置的纵向(X)相随。从而，在第一型的纵向段MA1中磁场平行于Y-Z平面，也就是说，垂直于纵的方向，而在第二型的纵向段MA2中，它平行于纵向X。在第一型的纵向段中，磁场的纵向部分的反向发生在纵的方向，第一型纵向段MA1中的磁场结构也称为波峰结构，第一和第二型纵向段可以彼此直接跟随，或者如图中所示，它被纵向的中间段所隔开。磁场的磁力线从第一型的纵向段连续地进入第一型纵向段MA1，如果采用中间段，也可以通过在它们中间的中间段进入。磁铁的安排，也就是说磁场是有利地分成多级安排的，即电离室中的磁场交替地有几个第一型的纵向段和几个第二型的纵向段，在纵向具有如上所述的磁场的渐进性的特征，磁场MF可以按已知方法通过线圈和/或永久磁铁PM产生。
电极结构可以包括一以已知方式设置在电离室IK的出口开口AO的阴极KA，以及相对于X方向的离子出口孔相对设置的阳极EA。有利的是，特别是在磁铁是多级磁铁的情况下，中间的电极EZ1，EZ2，EZ3也可以设置在电离室的壁WA上。它们可以处在阳极电位和阴极电位之间的固定的或滑动中间电位处。阳极EA可以有利地设置在电离室的底部，如图所示，它离开离子出口开口AO。在图2中，阴极KA是以已知的方式设置成在纵向横向偏移离子出口的开口的。具体地说，阴极可以用作行将引入电离室的初级电子的电子源，以使一工作气体电离，和/或用作要加入出口离子束PB以进行电中和的电子之用。中性的工作气体AG较佳地引入到电离室的阳极EA的区域中。
在另一个有利的实施例中，阴极可以是一个这样的电极，但它并不发射电子，因此不起中和和/或并不起到用于气体电离的初级电子源的作用。在这方面，该阳极可以有利地配备一壳体部分，该壳体部分围绕电离室的出口开口并处于阴极电位。
在电极结构的静电场EF(图2中用虚线表示)的影响下，电子被加速地趋向阳极，带正电荷的气体离子被加速地趋向离子出口开口，从而电子在磁场的影响下在纵向(图4)形成闭合的 移流DS，具体说是在第一类型磁场的纵向段MA1中。在图3中，示出了根据图1X-Y平面中的截面图的细节，并示出了在此区域中的典型的磁场渐进形式。图4示出了在纵向段MA1的区域中的平行于Y-Z平面的平面中的一段横截面，其中示出了典型的磁场渐进方式及一环形闭合移流DS。此移流的循环方向取决于第一类型纵向段MA1中的磁场的径向方向。并在纵向在第一类型连续的纵向段MA1之间进行交替。在图4中，还另外示出了磁铁PM，该磁铁在外面围绕电离室并且可以用线圈或由永久磁铁形成。电极的结构和/或磁铁结构的几何形状有利地适应了电离室的宽阔的截面形状。
上述特征及在权项中所揭示的特征以及从附图中的特征可以分别或以不同的组合加以实施。本发明并不限于上述举例说明用的实施例，本技术领域的专业人士是完全可以在本发明的范围之内以不同的方式进行改变或变化的。
权利要求
1.一种离子加速器装置，它具有一电离室，一磁铁结构，一电极结构，并且有将一中性工作气体引入电离室的部件，其中该电极结构在电离室中产生一正电荷离子的静电加速场，它主要指向装置的纵的方向，该磁铁结构在电离室中产生一磁场，该磁场至少有一第一类型的一纵向段，此纵向段具有一垂直于纵向的磁场，以及一第二类型纵向段，此第二类型纵向段具有渐进的磁场，此渐进的磁场基本上平行于纵向的磁场与第一类型纵向段在两侧相邻，该电离室在纵向具有一离子出口开口，其横向以一圆周形壁为界并形成一垂直于电离室截面的纵向的截面表面，它至少在第一方向(Y)是垂直于它的第二方向(X)的两倍大小。
2.如权利要求1所述的离子加速器装置，其特征在于，该磁场(MF)，静电场(EF)及第二方向(Z)的电离室的截面的尺寸(KH)在第一方向(Y)的中心区域(MI)中近似于恒定不变(KH(Y)＝恒定)。
3.如权利要求1或2所述的离子加速器装置，其特征在于，该电离室的结构相对于两正交平面(X-Y、X-Z)都镜对称。
4.如权利要求1～3中任一权项所述的离子加速器装置，其特征在于，作为电子源的阴极(KA)设置在离子出口开口(AO)的区域并且和该离子出口开口(AO)横向偏移。
5.如权利要求1～3中任一权项所述的离子加速器装置，其特征在于，用没有电子发射的阴极作为中和电子源和/或初级电子源以产生离子束。
全文摘要
本发明涉及一种离子加速装置，该装置使用一组合磁场，该磁场具有一波峰结构以及一相对于纵轴在一个方向横向延伸的电离室的横截面。这就有利于离子电流能逐渐增大。
文档编号H05H1/54GK1741936SQ200380108438
公开日2006年3月1日 申请日期2003年12月10日 优先权日2003年1月11日
发明者京特·科恩菲尔德, 格雷戈里·库斯图, 诺贝特·科赫 申请人:泰雷兹电子器件有限公司