專利名稱：離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在用于注入離子或離子摻雜的裝置使用的，在導(dǎo)入原料氣的等離子體生成容器內(nèi)具有放出熱電子用的長(zhǎng)絲的離子源。具體地說(shuō)，涉及抑制原料氣中所含元素造成長(zhǎng)絲的劣化、用于延長(zhǎng)長(zhǎng)絲壽命的離子源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的這種離子源的例子和電源一同示于圖3。所述離子源的結(jié)構(gòu)是在導(dǎo)入原料氣4的等離子體生成容器2內(nèi)，采用兩個(gè)導(dǎo)電端子，用其端部12b把U字狀放出熱電子用的長(zhǎng)絲12加以支撐。各導(dǎo)電端子8和所述等離子體生成容器2之間，用絕緣物10加以絕緣。在所述等離子體生成容器2的開(kāi)口部附近設(shè)置電極系14，其在電場(chǎng)作用下，從等離子體生成容器2內(nèi)的等離子體6引出離子束16。長(zhǎng)絲12，通常由高熔點(diǎn)金屬制成。例如，由鎢或鎢合金等鎢系材料制成。
原料氣4是含有從作為離子束16的離子源引出的元素的氣體。例如是硼或硼的化合物(即，硼化物)。例如，含B2H6、BF3等硼素的氣體。還有，在本申請(qǐng)中，“氣體”使用的是包括蒸氣在內(nèi)的廣義氣體。下面對(duì)該離子源的工作實(shí)例加以說(shuō)明。在往排至真空的等離子體生成容器2內(nèi)導(dǎo)入原料氣4的同時(shí)采用長(zhǎng)絲電源18使電流流至長(zhǎng)絲12。在高溫加熱長(zhǎng)絲12的同時(shí)，在長(zhǎng)絲12的一端和等離子體生成容器2之間施加來(lái)自電孤電源20的電孤放電電壓。從長(zhǎng)絲12放出的熱電子在對(duì)著等離子體生成容器2的加速空間內(nèi)與原料氣4碰撞。所述熱電子碰撞的原料氣4電離，在等離子體生成容器2內(nèi)生成原料氣4的等離子體6。而且，從所述等離子體6，通過(guò)上述引出電極系14，把離子束16引出。原料氣4的硼或硼化物，含硼的離子束16引出。
在上述離子源中，伴隨著其運(yùn)行(更具體地說(shuō)，伴隨著等離子體6的生成)，在與各導(dǎo)電端子8的等離子體6接觸部分(a)及在長(zhǎng)絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近(b)，如圖3所示，構(gòu)成原料氣4的元素5(例如硼)發(fā)生堆集。該堆集的元素5其大部分為固相。在長(zhǎng)絲側(cè)的先端部分上述堆集的元素5為液相。
作為上述元素5以硼為例對(duì)其加以詳細(xì)說(shuō)明。長(zhǎng)絲12的熱通過(guò)導(dǎo)電端子8散失。從而，在長(zhǎng)絲12先端附近12a溫度最高(例如3000C°以上)形成由此向兩導(dǎo)電端子8溫度降低的溫度梯度。而且，在長(zhǎng)絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近構(gòu)成原料氣4的硼(5)存在達(dá)到液相存在溫度的部分13。在該部分13溫度達(dá)到硼的熔點(diǎn)(2080C°)附近。從該部分13至長(zhǎng)絲的先端一側(cè)溫度比硼的熔點(diǎn)高。特別是，在長(zhǎng)絲的先端附近12a溫度遠(yuǎn)比硼熔點(diǎn)高，所以硼不發(fā)生堆集。與長(zhǎng)絲12的導(dǎo)電端子8的支撐部附近的上述部分13相比，在導(dǎo)電端子8一側(cè)由于其溫度比硼的熔點(diǎn)低，所以硼以固相堆集。
在上述部分13硼為液相。所述液相的硼滲透到長(zhǎng)絲12的組織內(nèi)(換言之，侵入)，使長(zhǎng)絲12劣化。因此，長(zhǎng)絲12的壽命縮短。還有，在從上述部分13到導(dǎo)電端子8一側(cè)的部分硼以固相堆集。從而，硼向長(zhǎng)絲12進(jìn)行滲透，長(zhǎng)絲不發(fā)生劣化。液相硼附著在長(zhǎng)絲上是本申請(qǐng)必須解決的問(wèn)題。如上所述，由于構(gòu)成原料氣4的元素5以液相附著在長(zhǎng)絲12上，元素5滲透至長(zhǎng)絲12的組織內(nèi)。由此引起長(zhǎng)絲12的劣化問(wèn)題在作為上述元素5的硼和作為長(zhǎng)絲12材料的鎢系材料組合時(shí)特別大，在其他的組合場(chǎng)合也存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是把原料氣中所含元素滲透至長(zhǎng)絲組織內(nèi)對(duì)長(zhǎng)絲劣化加以抑制，從而延長(zhǎng)長(zhǎng)絲的壽命。
本發(fā)明的離子源，是所述長(zhǎng)絲的一部分，具有至少使在構(gòu)成上述原料氣的元素存在于液相溫度的部分的周圍與長(zhǎng)絲之間空開(kāi)間隙并覆蓋的覆蓋部件。
原料氣例如是含硼的氣體。此時(shí)在上述原料氣中所含的元素是硼。長(zhǎng)絲例如由鎢系材料制成。
按照上述構(gòu)成，構(gòu)成原料氣的元素(例如硼)在達(dá)到以液相存在的溫度的部分周圍，由于至少由覆蓋部件覆蓋，所以，該覆蓋部件變成障礙，在等離子體生成容器內(nèi)生成的等離子體中的上述元素難以到成為上述液相溫度的部分，在其上難以附著。結(jié)果，由于可以減少以液相在長(zhǎng)絲上附著的上述元素，所以該元素滲透至長(zhǎng)絲組織內(nèi)，可以抑制長(zhǎng)絲的劣化，使長(zhǎng)絲的壽命延長(zhǎng)。


圖1是一同表示本發(fā)明涉及的離子源之一例和電源的示意剖面圖；圖2是表示圖1中覆蓋部件22附近的更詳細(xì)的放大圖；圖3是一起表示現(xiàn)有的這種離子源的一例和電源的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是一起表示本發(fā)明涉及的離子源之一例和電源的示意剖面圖。
與圖3中示出的現(xiàn)有例相同或相當(dāng)?shù)牟糠植捎孟嗤姆?hào)。下面，主要對(duì)與該現(xiàn)有例的不同點(diǎn)加以說(shuō)明。這里，主要對(duì)原料氣4為含上述硼素的氣體、長(zhǎng)絲12為由上述鎢系材料制成的實(shí)例加以說(shuō)明。
在該離子源中，從分別支撐上述長(zhǎng)絲12兩端部12b的各導(dǎo)電端子8的先端，到該先端附近的構(gòu)成原料氣4的元素(硼)5達(dá)到液相存在溫度(換言之，硼熔點(diǎn)附近的溫度)的上述部分13(圖中以圓包圍的部分)以及從該部分到稍前的部分的長(zhǎng)絲12，與該長(zhǎng)絲12之間空開(kāi)間隙，并具有分別覆蓋的兩個(gè)覆蓋部件22。在該例中，各覆蓋部件22不僅圍繞上述部分13的周圍，而且構(gòu)成上述長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的理由將在下面加以介紹。
各覆蓋部件22在與長(zhǎng)絲12之間空開(kāi)間隙加以覆蓋時(shí)，假定當(dāng)各覆蓋部件22接觸長(zhǎng)絲12時(shí)，通過(guò)該覆蓋部件22使長(zhǎng)絲12的熱散失，所以與只延長(zhǎng)各導(dǎo)電端子8沒(méi)有很大差別，上述部分13從各覆蓋部件22的先端更向前方移動(dòng)，用該覆蓋部件22覆蓋該部分13變得困難。
各覆蓋部件22為筒狀，更具體的為圓筒狀。各覆蓋部件22采用可承受長(zhǎng)絲12加熱的材質(zhì)。例如，各覆蓋部件22最好采用熔點(diǎn)比長(zhǎng)絲12加熱的最高溫度高的金屬。作為這種金屬之一例可以舉出鎢。或者，也可用陶瓷等絕緣物形成。各覆蓋部件22既可以用電導(dǎo)體制造也可用絕緣體制造。
按這種離子源，至少構(gòu)成原料氣4的硼(5)達(dá)到以液相存在溫度的部分13的周圍由覆蓋部件22覆蓋。從而，該覆蓋部件22成為障礙，在等離子體生成容器2內(nèi)生成的等離子體6中的硼，難以到達(dá)處于上述液相溫度的部分13，難以在其上附著。結(jié)果可以明顯減少以液相附著在長(zhǎng)絲12上的硼。
若詳細(xì)介紹，等離子體6中的硼(5)，如圖1所示，在與各導(dǎo)電端子8的等離子體6的接觸部分以及各覆蓋部件22的外面，由于溫度低而以固相堆集。然而，在各覆蓋部件22中，只有通過(guò)與長(zhǎng)絲22之間的間隙的通路，所以等離子體6中的硼難以進(jìn)入。另外，硼幾乎不能到達(dá)處于覆蓋部件22深處的上述部分13。因此，覆蓋部件22不僅在上述部分13的周圍，而如該實(shí)施例那樣，最好做成長(zhǎng)度從上述部分13至某種程度的前面的部分圍繞。另外，覆蓋部件22的內(nèi)壁和長(zhǎng)絲12之間的間隙最好例如達(dá)到1ˉ2mm左右。
另外，各導(dǎo)電端子8的前端和覆蓋部件22之間也可分離，但是這樣一來(lái)通過(guò)兩者8、22之間的空間硼易于到達(dá)上述部分13，所以最好像該實(shí)施例那樣，連接兩者8、22，使在兩者8、22之間不產(chǎn)生空間。這樣由于可以用各導(dǎo)電端子8支撐各覆蓋部件22，所以各覆蓋部件22的支撐也變得容易。
在這種離子源，通過(guò)上述作用可以減少以液相附著在長(zhǎng)絲12上的硼。從而，該硼滲透至長(zhǎng)絲12的組織內(nèi)可以抑制長(zhǎng)絲12的劣化，延長(zhǎng)長(zhǎng)絲12的壽命。結(jié)果在延長(zhǎng)離子源的保守循環(huán)的同時(shí)，可以提高離子源性能的穩(wěn)定性。進(jìn)而，可以降低采用該離子源的離子注入及用于離子摻雜的裝置等的運(yùn)行成本及提高性能穩(wěn)定性。
圖2示出圖1中覆蓋部件22附近的更詳細(xì)的放大圖。在該例中，在導(dǎo)電端子8的前端部分形成把長(zhǎng)絲12的端部12b加以固定并保持的突起部9，其外周部制成陽(yáng)螺紋。9a是裂縫(裂紋)。在該突起部9上螺合，把固定長(zhǎng)絲12的螺母24和圓筒狀的上述覆蓋部件22形成整體。
導(dǎo)電端子8(包括突起部9)的材質(zhì)是鉬，覆蓋部件22及螺母24的材質(zhì)是鉭，長(zhǎng)絲12的材質(zhì)是鎢。突起部9和螺母24用不同種金屬以防止燒結(jié)。所用的的原料氣24，例如是含有B2H6、BF3等硼化物的氣體。
在該例中，硼達(dá)到以液相存在溫度的部分13的中心和突起部9的先端之間的距離L1約為2mm。但是，該距離L1，根據(jù)長(zhǎng)絲12的加熱溫度及支撐結(jié)構(gòu)有時(shí)也在2mm上下。覆蓋部件22的長(zhǎng)度約為15mm。正確地說(shuō)，突起部9的先端和覆蓋部件22的先端之間的距離L2約為15mm。但是，該距離L2達(dá)到10ˉ20mm左右也可。長(zhǎng)絲12的直徑D1為1mm。覆蓋部件2的內(nèi)徑D2為4mm，也可以3mm左右。
不具有上述覆蓋部件22的是現(xiàn)有離子源，此時(shí)長(zhǎng)絲12發(fā)生折彎(或折斷)的壽命為約30ˉ50小時(shí)。反之，設(shè)置圖2所示覆蓋部件22的本發(fā)明離子源，長(zhǎng)絲12的壽命約300小時(shí)，是現(xiàn)有離子源的5ˉ10倍，長(zhǎng)絲12的壽命顯著延長(zhǎng)。
還有，原料氣4的種類及長(zhǎng)絲12的材質(zhì)等也可以是上述例子以外的材質(zhì)。另外，長(zhǎng)絲12的形狀也可以是上述例子以外的形狀。例如，也可以作成把直線狀長(zhǎng)絲12的兩端部用導(dǎo)電端子8分別固定的結(jié)構(gòu)等。按照本發(fā)明，由于具有上述覆蓋部件，構(gòu)成原料氣的元素滲透至長(zhǎng)絲組織內(nèi)，可以抑制長(zhǎng)絲的劣化，延長(zhǎng)長(zhǎng)絲的壽命。
權(quán)利要求
1.一種離子源，其特征在于，具有導(dǎo)入原料氣的等離子體生成容器，在上述等離子體生成容器內(nèi)，具有用于向所述等離子體生成容器導(dǎo)入電流的端子及由該端子支撐的放出熱電子用的長(zhǎng)絲，還具有，至少在使上述原料氣中所含的元素達(dá)到液相存在溫度的上述長(zhǎng)絲部分周圍，與上述長(zhǎng)絲之間空開(kāi)規(guī)定的間隙覆蓋長(zhǎng)絲的覆蓋部件。
2.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述長(zhǎng)絲是由鎢系材料制造的。
3.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述原料氣是至少含有硼的原料氣。
4.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述原料氣是至少含有硼的原料氣。
5.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于，所述端子還具有突起部，其具有用于在所述端子的前端部固定長(zhǎng)絲端部的裂縫，在該突起部的外周面形成陽(yáng)螺紋，另外，所述覆蓋部件與螺合在上述突起部的螺母部形成整體。
6.如權(quán)利要求5所述的離子源，所述端子是由鉬制成的。
7.如權(quán)利要求5所述的離子源，所述覆蓋部件是由鉭制成的，所述長(zhǎng)絲是由鎢制成的。
全文摘要
一種離子源，其是長(zhǎng)絲12的一部分，其具有覆蓋部件22，該覆蓋部件22把至少在構(gòu)成原料氣4的元素5(例如硼)達(dá)到液相存在溫度的部分13的周圍與長(zhǎng)絲12之間空開(kāi)間隙并加以包圍。
文檔編號(hào)H01J27/02GK1453818SQ0312323
公開(kāi)日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月23日
發(fā)明者前野修一 申請(qǐng)人:日新電機(jī)株式會(huì)社