霍爾無柵離子源的離子束性能測試

離子束輔助鍍膜是 90年代初發展起來的一種新技術 ，離子源是離子束輔助蒸發 離子束 濺 射等 技 術 的關 鍵裝 置 ．離 子 束輔 助 蒸 發技 術 提 高 了膜 層 的附 著力 和 機 械強 度 ，縮 短 了鍍膜生產的周期 ，降低 了鍍膜零件的報廢率 ，使一些按常規工藝不能或不易制造的薄膜得以實現 … ．因此離 子 束 輔 助蒸 發 工藝 在科 研 生 產 中將 越 來 越受 到 重視 ，并將 得 到不 斷 的 完善 和 發展 ．但 是 ，傳 統 的有 柵 離子 源 引 出 的離 子束 束 流 有 限 、有 效 幅 照面 積小 ，難 于滿 足 當 今工 業生產的需要 ，因此 ，研究適合工業鍍膜要求 的離子源迫在眉睫 ．本 文介 紹 自行 研 制 的新 型 的霍 爾 無柵 離 子 源 ，該 離 子 源 不僅 具 有大 的離子 束 流 （安 培量級 ），而且具有大的有效輻照面積 （有效輻照直徑可達 1m），既可以提供惰性氣體離子（如氬離子 ），也可提供純氧等反應氣體離子 ，從而克服了現有 的有柵離 子源的技術局限性 ．此外 ，由于不需要柵極 引出系統 ，大大地簡化 了離子源的結構 ，提高 了使用壽命與可靠性 ．而且它還 具有 較 高 的離 子 引 出能 量并 可 在較 大 能 量 范 圍 內調節 的特 點 ．

1 工作原理該 離 子源 由 陽極 、陰極 和 磁 場線 圈 構成 ．工 作 氣 體 沿 著 陽極 邊 緣 均勻 進 入 放 電 區 ，陰極發 射 的部 分 電子通 過 擴 散 回流 進 入放 電 區 ，回流 進 入 放 電 區 的 電子 流 ，轟 擊 電離 氣 體 ，形 成放電等離子體 ．部分 電子則提供 中和 電子流，用于磁場加速 ．在電場作 用下有軸 向的電子 流及 反 向 的 電子流 ，在 磁 場 作 用 下存 在 封 閉 的周 向電 流 ，稱 之 為 霍 爾 電 流 ．徑 向磁 場 可 以 加 速該 電流 ，使 等 離 子 體 獲 得 能 量 ．該 加 速 僅 發 生 在電子 回旋 半 徑 的區域 內 ，可 以使 加 速器 與 電離 區分 開 ，從 而 獲得 更 高 的 效率 ．霍 爾 無柵 離 子 源 的 結 構 如 圖 1所 示 ．磁 場加 速離 子 有兩 種 機理 ，一 是 由磁 場 分 布差 異 導 致的加 速 ．這 種 差 異 表 現 在 ：電 導 率 在 磁 場 的 平 行方 向及 垂 直方 向相差 數 十倍 ，造 成 了 電位 分 布 類似 于磁 力線 的分 布 ．離 子 在該 電場 作 用 下 向周中心 加 速 ．第二 個 加 速 機理 是 由于霍 爾 電 流 的加速 作用 ．這 個 加 速 占 去 陽 極 電位 的 大 部 分 ，起 主要 作用 ．所 謂 霍爾 電流 加速 器 是 利 用磁 場 來 加 速電子 流 ，電子 流加 速 過程 中產 生 了對 離子 加 速 的電位差 ．該 過 程 主要 發 生在 徑 向磁 場 強度 高 的端圖 1 無柵離 子源結構 簡圖部 ，因此也稱該源為端部霍爾加速器 ．圖 1中顯示 的是磁場線 圈，但我們對永久磁場 也進行 過試 驗 ，工 作 特性 沒 有 改變 ．