气体离子源的应用，你知道几种？

离子源是产生离子束的装置，又是离子束设备中的关键部件。在十九世纪末出现了气体放电离子源，然而到了二十世纪三十...

离子源是产生离子束的装置，又是离子束设备中的关键部件。在十九世纪末出现了气体放电离子源，然而到了二十世纪三十年代才开始发展高效率离子源，特别是和物理领域的研究促进了这些装置的进一步改进。三十年代为了降低离子源工作电压，开始用阴极弧光放电做离子源，这些离子源用了较大的放电电流，在阳极附近引进了有负电位的吸极，这个吸极用于引出离子，尽管采用加强放电和更好的利用所获得的离子，虽然没有产生合理的使用结构，但却为研制新型高效离子源打下了基础。

下面是现已广泛应用的几种气体离子源：

1、考夫曼型离子源

考夫曼型离子源的结构主要由真空放电室、引出系统和中和器组成。放电室中有直热式阴极、同轴的阳极筒、屏栅极筒组成。通常将阴极和屏栅极短接，且低于阳极电位，形成了对热电子运动的阻滞位阱，迫使受阳极电位加速的自由电子在此位阱中作来回振荡运动，增加原初电子在放电室内逗留时间，同时，在放电室内必须建立磁场。使用较多的磁场分布有两种形式，轴向磁场和多极会切磁场。考夫曼型离子源的特点：在使用多级会切场的离子源中，由于在放电室内的很大范围内磁场强度很弱，对离子的作用可忽略不计，所以等离子体中的离子密度可在很大范围内作均匀分布，引出的离子束流密度均匀性很好，离子束直径可达30cm以上。这是一种宽束离子源，它的引出系统采用多孔引出系统。

2、霍尔源

霍尔效应离子源也是一种热阴极离子源，产生的离子在运动方向，能量范围和离子流密度等方面都有很好的可控性。主要优点可以产生低能大束流，这些性能优越于加栅离子源。它们现已在薄膜沉积和表面处理中得到了日益广泛的应用，特别适用于薄膜沉积过程中的改性或薄膜特性的增强。如在增强硬度、钝化表面、产生优选的晶体方向和激活表面的化学反应等方面，都有很好的应用前景。此外还具有结构简单、操作方便和机械性能可靠等很大的优点。 霍尔效应离子源是运行在辉光放电方式下的等离子体器件，灯丝发射的电子被电场加速成电子束，该电子束由磁场作用下产生电子流。电子运动速度的一个分量与离子流的相反，而另一分量则与离子流的垂直，与这垂直分量相关的电流称为霍尔电流。在霍尔效应离子源中，霍尔电流的路径是闭合的，离子流和磁场相互作用做回旋运动，其回旋半径较总的加速长度大得多。

3、ECR源

由于微波放电较其它的放电方式容易产生，所以在相同的气压下工作时，ECR源中可以形成电离度更高的等离子体，也就是说，ECR离子源可在气压较低(约在1.3×10-3~1.3×10-2Pa范围内)的情况下工作。由于原初电子的数量多、能量大、电子和离子约束在放电区的时间又长，所以能形成多次电离产生多电荷离子。在ECR源中，有高密度的等离子体，而微波功率对电子能选择性地加热提高了电子温度，所以在ECR源中可输出大的饱和离子流，另外饱和离子流和等离子体密度和电子温度平方根的乘积成比例。

4、GIS无栅离子源

GIS无栅离子源是中科院空间中心在德国莱宝APS源基础上发展起来的，采用了发散场，便于引出更大的等离子体，结构类似于霍尔源，只是电子发射材料为六硼化镧，位置在阳极内。但他的功率大，可达7.5KW，电流强度10-70A，离子流密度200-500uA/cm2,运行时间500小时。

5、高频放电离子源

射频宽束离子源由德国Giessen大学，H.W.Loeb教授于上世纪六十年代，从电火箭空间应用向地面应用扩展而来。至今宽束离子用于固体表面的注入、微细加工，镀膜机辅助镀膜等众多工艺中，已成为涉及表面、界面、薄膜工业的热点。一些特殊的高性能光学薄膜(附着力、折射率、硬度、低吸收、低漂移较高，折射率达2.6的TiO2)只能用射频宽束离子源离子束辅助镀膜工艺来完成。 辅助镀制光学膜通常要用O2作为反应气体。采用直流气体放电，离子源的阴极灯丝在氧作用下会影响离子源工作寿命，会给离子束带进杂质污染，从而影响薄膜的质量；如用冷阴极则由于冷阴极的溅射会使基片带来相当大的污染。

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