【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于等离子体设备，具体涉及到一种无栅聚焦束离子源。
技术介绍
0、技术背景
1、聚焦离子束抛光技术是基于微观尺度上的粒子碰撞，即产生“级联碰撞”的结果，从而实现物体表层原子量级的去除。与传统抛光方法相比，聚焦离子束抛光属非接触性加工，具有应力应变小，污染少，定位准确、操作简单和普适性等特点，使其成为材料表面修形抛光的一种新方法。
2、聚焦离子束抛光技术目前广泛应用于大口径超精密光学元件和半导体加工领域，在国际上仅有少数国家拥有其核心技术。德美等国家主要采用微波离子束源和考夫曼源两种类型，典型代表为德国的scia和ntg公司，其生产的微波离子束源和射频离子源常用于光学元件的整形抛光，但由于等离子体密度低，导致其抛光效率不佳。此外，此类型的离子源均采用石墨材料的阳极和离子束引出栅网，很容易在工件表面造成石墨污染、无法长时间稳定工作。
3、在“cn211125568u”中公开了“一种离子束镀膜聚焦离子源”，存在的技术问题是：使用两级栅网形成聚焦离子束，在工作过程中，栅网材料仍会被离子束溅射到工件表面，造成石墨污染。
4、在“cn110767522b”中公开的“一种聚焦型线性阳极层离子源”，该离子源采用平面阳极，利用外阴极和内阴极之间的高度差形成聚焦离子束，但此设计会使工作气体电离区电磁场产生畸变，导致等离子体分布不均匀。此外，内外阴极之间的高度差使引出离子束散射增加，离子束聚焦能量降低。
5、在“cn106653557a”中公开了“一种聚焦式阳极层离子源装置”，存在
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种无栅聚焦束离子源，以解决目前聚焦束离子源在工作过程中电离区电磁场产生畸变，导致等离子体分布不均匀，磁芯极其容易氧化生锈，导致磁场不稳定，离子源无法长时间稳定工作，同时栅网材料被溅射到工件表面造成污染的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种无栅聚焦束离子源，包括底板、底板上的筒状外壳、筒状外壳中间设置的阳极、上磁靴和下磁靴，所述筒状外壳为中空的水冷外壳，所述阳极和上磁靴均为异形圆环，中间穿设置有异形中心磁靴，中心磁靴的下部设置有工作气体导入装置，阳极的下方设置有环状的水冷装置，水冷装置外周设置有圆环形的永磁铁，永磁铁的下方、外壳内设置有起支撑和导磁作用的下磁靴，水冷外壳、工作气体导入装置和水冷装置的下部经下磁靴穿出底板，所述阳极上方同心设置有上磁靴。
3、进一步的，上述阳极的上端面向中心倾斜设置，所述上磁靴由水平的外环和向下倾斜的内环组成，所述异形中心磁靴的上部环状外缘倾斜向上设置，所述阳极上端面的倾斜角度、异形中心磁靴上部外缘倾斜角度以及上磁靴内环倾斜角度相同，且上磁靴内环倾斜部分与中心磁靴的外缘倾斜部分处于同一圆锥面内；上磁靴内端面与中心磁靴外端面相对设置，之间的间隙为离子束引出通道，间距为4-8mm，阳极的上端面与离子束引出通道之间的垂直距离为5-10mm。
4、进一步的，上述上磁靴的外端固定连接于水冷外壳上。
5、进一步的，上述倾斜角度范围是0～30o。
6、进一步的，上述的阳极和水冷装置为不导磁的奥氏体不锈钢材料制成。
7、进一步的，上述的永磁铁为钕铁硼磁铁制成。
8、进一步的，上述的下磁靴，水冷外壳，上磁靴，中心磁靴和工作气体导入装置均为导磁中碳合金钢制成。
9、与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
10、1、由于本专利技术采用无栅结构设计，离子束焦距和束斑尺寸可通过阳极、上磁靴和外壳工作面的设计角度进行调控，因此从根本上解决了传统栅网聚焦束离子源工作时对被加工件表面的污染问题，同时永磁铁的水冷装置采用独立密封设计，避免永磁铁与冷却水接触而导致的腐蚀，使永磁铁能长期稳定工作。
11、2、本专利技术中，阳极工作面设计为一定倾斜角度，倾斜角度与上磁靴内环和中心磁靴外缘斜面保持一致，有利于在工作气体电离区形成均匀稳定的正交电磁场，使等离子体在离子束引出通道处分布均匀，有效提升了工作气体利用率和离子束引出均匀性。
12、3、本专利技术结构简单、适用广泛：本专利技术中阳极、上磁靴和中心磁靴采用独立设计，可使用螺纹进行连接，拆卸方便，可根据不同工况更换具有不同倾斜角度的阳极、上磁靴和中心磁靴，快速实现离子束的聚焦性能调整，可满足多种加工需求。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种无栅聚焦束离子源，包括底板、底板上的筒状外壳、筒状外壳中间设置的阳极（1）、上磁靴（7）和下磁靴（4），其特征在于：所述筒状外壳为中空的水冷外壳（5），所述阳极（1）和上磁靴（7）均为异形圆环，中间穿设有异形的中心磁靴（9），中心磁靴（9）的下部设置有工作气体导入装置（6），阳极（1）的下方设置有环状的水冷装置（2），水冷装置（2）外周设置有圆环形的永磁铁（3），永磁铁（3）的下方、外壳（5）内设置有起支撑和导磁作用的下磁靴（4），水冷外壳（5）、工作气体导入装置（6）和水冷装置（2）的下部经下磁靴（4）穿出底板，所述阳极（1）上方同心设置有上磁靴（7）。
2.根据权利要求1所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述阳极（1）的上端面向中心倾斜设置，所述上磁靴（7）由水平的外环和向下倾斜的内环组成，所述中心磁靴（9）的上部环状外缘倾斜向上设置，所述阳极（1）上端面的倾斜角度、异形中心磁靴（9）上部外缘倾斜角度以及上磁靴（7）内环倾斜角度相同，且上磁靴（7）内环倾斜部分与中心磁靴（9）的外缘倾斜部分处于同一圆锥面内；上磁靴（7）内端面与中心磁靴（9）外端面相对
3.根据权利要求1或2所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述上磁靴（7）的外端固定连接于水冷外壳（5）上。
4.根据权利要求3所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述倾斜角度范围是0~30 o。
5.根据权利要求4所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述的阳极（1）和水冷装置（2）为不导磁的奥氏体不锈钢材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述的永磁铁（3）为钕铁硼磁铁制成。
7.根据权利要求6所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述的下磁靴（4）、水冷外壳（5）、上磁靴（7）、中心磁靴（8）和工作气体导入装置（6）均为导磁中碳合金钢制成。
...【技术特征摘要】
1.一种无栅聚焦束离子源，包括底板、底板上的筒状外壳、筒状外壳中间设置的阳极（1）、上磁靴（7）和下磁靴（4），其特征在于：所述筒状外壳为中空的水冷外壳（5），所述阳极（1）和上磁靴（7）均为异形圆环，中间穿设有异形的中心磁靴（9），中心磁靴（9）的下部设置有工作气体导入装置（6），阳极（1）的下方设置有环状的水冷装置（2），水冷装置（2）外周设置有圆环形的永磁铁（3），永磁铁（3）的下方、外壳（5）内设置有起支撑和导磁作用的下磁靴（4），水冷外壳（5）、工作气体导入装置（6）和水冷装置（2）的下部经下磁靴（4）穿出底板，所述阳极（1）上方同心设置有上磁靴（7）。
2.根据权利要求1所述的一种无栅聚焦束离子源，其特征在于：所述阳极（1）的上端面向中心倾斜设置，所述上磁靴（7）由水平的外环和向下倾斜的内环组成，所述中心磁靴（9）的上部环状外缘倾斜向上设置，所述阳极（1）上端面的倾斜角度、异形中心磁靴（9）上部外缘倾斜角度以及上磁靴（7）内环倾斜角度相同，且上磁靴（...
【专利技术属性】
技术研发人员：张进，刘卫国，惠迎雪，梁海锋，栗旭阳，秦文罡，蔡长龙，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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