一种霍尔离子源及其放电系统技术方案

本发明专利技术属于管壁处理装置技术领域，公开一种霍尔离子源，包括装置本体；所述装置本体为绝缘材料制成且为圆形结构，其外侧设有槽口；所述装置本体的两侧面分别设有第一磁极和第二磁极；所述装置本体的中部设有相互对称且贯穿装置本体和两个磁极的第一永磁体和第二永磁体。本发明专利技术能够在360

【技术实现步骤摘要】
一种霍尔离子源及其放电系统


[0001]本专利技术属于管壁处理装置
，尤其涉及一种霍尔离子源及其放电系统。

技术介绍

[0002]目前，为了延长各类管道的使用寿命，通常会对其管内壁进行处理，即朝其中壁面掺入外来原子，以改善工业过程中，管道的化学性能和/或物理性能。
[0003]为了达到以上目的，有例如化学气相沉积、阳极化处理等技术方案进行管内壁处理，但是这些方法存在膜层与基底的结合力较弱、处理技术过于复杂等缺陷。
[0004]目前，等离子体中的离子、电子和其他高能粒子已被广泛应用于基材清洗以及辅助和控制膜的生长工艺中，这些粒子不仅起到辅助镀膜作用，还将沉积下来成为膜的一部分，因此，在进行沉积镀膜前，利用等离子体进行清洗可以提高膜和基材的结合力。基于此，各大厂商开始利用等离子体渗氮的方法进行内壁处理。对于该方法来说，仍然具有一定的缺陷，即管内壁处理不均匀，特别是对于管径较小的管道，更难做到均匀的离子注入和沉积镀膜。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种霍尔离子源，能够在360度方向上引出均匀的离子束流，且具有较低的自溅射和较高的工质电离率。本专利技术还公开了上述霍尔离子源的放电系统，能够使该霍尔离子源具有两种放电模式，由此使得该霍尔离子源能够以不同的工作模式来应对不同的工况。本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种霍尔离子源，包括装置本体；所述装置本体为绝缘材料制成且为圆形结构，其外侧设有槽口；所述装置本体的两侧面分别设有第一磁极和第二磁极；所述装置本体的中部设有相互对称且贯穿装置本体和两个磁极的第一永磁体和第二永磁体。
[0007]本专利技术利用两个永磁体，通过第一磁极和第二磁极对磁场的引导作用，在槽口产生平行于装置本体轴向的环形磁静场，由此实现霍尔离子源的360
°
均匀放电，通过该环形磁静场有效约束放电等离子体中的电子，从而很好的降低自溅射、提高工质气体的电离率。
[0008]优选的，所述装置本体的中部设有用于离子源气体进入装置本体的送气孔，所述槽口设有用于离子源气体从装置本体的内部喷出的若干出气孔。
[0009]在本专利技术中，离子源气体进入装置本体后，由磁场引导，使离子源气体从出气孔中360
°
喷出，由此提高放电气体的喷出均匀性。
[0010]优选的，所述装置本体的内部设有若干依次连通的环形缓冲腔；靠近装置本体中心的缓冲腔与送气孔连通；远离装置本体中心的缓冲腔与槽口连通。
[0011]在本专利技术中，所述缓冲腔的设置进一步解决了离子源其他流速过快而来不及电离就被喷出放电位置的问题，并以此控制了放电位置内的气压梯度和大小分布，降低气体流速，并进一步提高了放电气体的喷出均匀性。
[0012]优选的，缓冲腔共设有三级，分别为第一级缓冲腔、第二级缓冲腔和第三级缓冲
腔；所述第一级缓冲腔与送气孔连通；所述第一级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的第一缓冲孔与第二级缓冲腔连通；所述第二级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的第二缓冲孔与第三级缓冲腔连通；所述第三级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的出气孔与槽口连通。
[0013]本专利技术利用三级缓冲腔即能很好的降低离子源气体的流速，以实现离子源气体的喷出均匀性。
[0014]优选的，出气孔的数量大于第二缓冲孔的数量大于第一缓冲孔的数量。
[0015]本专利技术利用逐级增加连通孔的结构，使得离子源气体的均匀性获得逐级提高，由此使得喷出的离子源气体均匀性更好。
[0016]优选的，所述装置本体远离其中心位的置两侧分别设有第一阳极和第二阳极；所述第一阳极和第二阳极的端部之间形成阳极间隙；所述第一磁极和第二磁极的端部之间形成放电位置；所述阳极间隙的一端连通出气孔，另一端连通放电位置。
[0017]离子源气体的电离位置在第一磁极和第二磁极之间，本专利技术利用第一阳极和第二阳极之间形成的阳极间隙，使得离子源气体能够先经过气体预电离，由此再进一步提高离子源气体喷出后的均匀性。
[0018]优选的，所述第一阳极和第一磁极之间，以及第二阳极和第二磁极之间均设有第一绝缘体。
[0019]在本专利技术中，所述第一绝缘体的设置能够保证霍尔离子源的正常工作，避免导体对磁场产生影响，从而使喷出的离子源气体达不到均匀性。
[0020]优选的，所述装置本体设有用于冷却第一阳极和第二阳极的冷却水通道。
[0021]由于在高功率工况下，运行霍尔离子源时会产生较高的热效应，此时高能电子主要落在第一阳极和第二阳极的表面，因此会导致两者的温度较高，因此，冷却水通道的设置能够对第一阳极和第二阳极很好的降温，以确保其正常工作状态。
[0022]优选的，所述冷却水通道包括设置于第一阳极一侧的第一水道，以及设置于第二阳极一侧的第二水道；所述第一水道设有第一入水口和第一出水口；所述第二水道设有第二入水口和第二出水口；所述装置本体设有贯穿其中部的第一管道孔和第二管道孔；所述第一管道孔的一端通过第一冷水管与第一出水口连通，另一端通过第二冷水管与第二入水口连通；所述第二管道孔的一端通过第三冷水管与第二出水口连通。
[0023]在本专利技术中，霍尔离子源由两个半体组成，因此第一阳极和第二阳极相对分开的，由此本专利技术通过上述水道和冷水管的设置，使冷却水通道形成完整的水路，由此使冷却水于其中流动，确保达到第一阳极和第二阳极的冷却目的。
[0024]优选的，所述第一管道孔和第二管道孔的两端均设有第二绝缘体。
[0025]在本专利技术中，所述第二绝缘体的设置确保了装置本体整体的绝缘设计，由此确保霍尔离子源的正常工作。
[0026]一种霍尔离子源的放电系统，包括如上所述的霍尔离子源；所述第一阳极和第二阳极组成第一阳极电极；所述第一磁极和第二磁极组成接地电极；若干缓冲腔组成第二阳极电极；所述第一阳极电极与外部阳极电源电性连接，所述第二阳极电极与另一个外部阳极电源电性连接，所述接地电极接地。
[0027]在本专利技术中的放电系统中，具有三个电极，其与霍尔离子源中的磁场产生交叉电
磁场，由此使离子源气体获得很好的电离和加速，由此在保证离子源气体的分离率的基础上，提高了霍尔离子源的工作范围；此外，还能够通过对第一阳极电极和第二阳极电极的电压调节，捕获实际需求中需要获得的粒子束流。
[0028]优选的，所述槽口的口径由靠近装置本体中心的一端朝向远离装置本体中心的一端逐渐增大。
[0029]由于槽口的口径的不同，因此离子源气体经电离后，电子的路径呈角向运动行程霍尔电流，此时在槽口的斜面上具有最大的磁场强度，由此配合三个电极，在槽口中产生正交的电磁场区域，实现了对放电等离子体的有效约束，同时能够保证较低的器壁的刻蚀，解决了镀膜前的清洗或镀膜时的杂质污染问题。
[0030]和现有技术相比，本专利技术公开的一种霍尔离子源，实现了其360
°
均匀放电，并以此实现了管内壁的离子注入和沉积镀膜的双重功能，有效的提高了管内壁的性能；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种霍尔离子源，其特征在于，包括装置本体；所述装置本体为绝缘材料制成且为圆形结构，其外侧设有槽口；所述装置本体的两侧面分别设有第一磁极和第二磁极；所述装置本体的中部设有相互对称且贯穿装置本体和两个磁极的第一永磁体和第二永磁体。2.如权利要求1所述的一种霍尔离子源，其特征在于，所述装置本体的中部设有用于离子源气体进入装置本体的送气孔，所述槽口设有用于离子源气体从装置本体的内部喷出的若干出气孔。3.如权利要求2所述的一种霍尔离子源，其特征在于，所述装置本体的内部设有若干依次连通的环形缓冲腔；靠近装置本体中心的缓冲腔与送气孔连通；远离装置本体中心的缓冲腔与槽口连通。4.如权利要求3所述的一种霍尔离子源，其特征在于，缓冲腔共设有三级，分别为第一级缓冲腔、第二级缓冲腔和第三级缓冲腔；所述第一级缓冲腔与送气孔连通；所述第一级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的第一缓冲孔与第二级缓冲腔连通；所述第二级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的第二缓冲孔与第三级缓冲腔连通；所述第三级缓冲腔通过若干沿其腔壁均匀排列的出气孔与槽口连通。5.如权利要求4所述的一种霍尔离子源，其特征在于，出气孔的数量大于第二缓冲孔的数量大于第一缓冲孔的数量。6.如权利要求4所述的一种霍尔离子源，其特征在于，所述装置本体远离其中心位的置两侧分别设有第一阳极和第二阳极；所述第一阳极和第二阳极的端部之间形成阳极间隙；所述第一磁极和第二磁极的端部之间形成放电位置；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，许丽，唐德礼，朱剑豪，阮庆东，全刚，李建，郑才国，黄勇，张帆，李平川，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院四川三束等离子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：