可调节的质量分辨孔

摘要

本发明的实施例涉及质量分辨孔，其可用于离子注入系统中，该离子注入系统基于电荷质量比(和/或质量电荷比)选择性排除在离子束组件中不希望用于注入的离子种类。本发明的实施例涉及被分段、可调节和/或向将撞击孔的迎面而来的离子种类呈现弯曲表面的质量分辨孔。本发明的实施例还涉及通过封闭的等离子体通道(CPC)超导体或玻色子能量传输系统的带电粒子流的过滤。

权利要求

1.一种离子注入系统，包括：

离子源，其被配置成生成具有沿着束线路传播的多种离子的离子束；

质量分析仪，其被配置成生成将所述离子束内的离子中的每一种离子的轨迹弯曲的磁场，以使得具有第一质量电荷比的离子比具有第二质量电荷比的离子弯曲更多，其中所述第二质量电荷比与所述第一质量电荷比不同，其中所述离子中的每一种离子的所述轨迹位于相应的平面中；

质量分辨孔(MRA)，其中所述MRA具有开口；

其中所述MRA被定位，以使得随着所述离子束接近所述MRA，在所述离子束中的离子的第一部分穿过所述开口，并且在所述离子束离开所述MRA之后处于所述离子束中，并且随着所述离子束接近所述MRA，所述MRA改变在所述离子束中的离子的第二部分的运动，以使得在所述离子束离开所述MRA之后所述离子的第二部分不处于所述离子束中，其中所述开口的边缘的至少一部分包括鳍片，其中所述鳍片具有前表面和后表面，其中随着所述离子束接近所述MRA，所述前表面的法线具有面向所述离子束的分量，以及随着所述离子束离开所述MRA，所述后表面的法线具有面向所述离子束的分量，其中所述鳍片具有在所述前表面上的引导部分，其具有与束路径的方向垂直的法线，其中所述前表面在远离所述开口的方向上远离所述引导部分弯曲，以形成与所述引导部分邻近的所述前表面的外凸部分以及与所述前表面的凸部分邻近的所述前表面的外凹部分。

2.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中撞击所述外凸部分的离子偏转出所述离子束。

3.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述后表面在朝向所述开口的方向上远离所述引导部分弯曲，以形成与所述引导部分邻近的所述后表面的内凸部分。

4.根据权利要求3所述的离子注入系统，

其中撞击所述内凸部分的离子偏转出所述离子束。

5.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述鳍片的至少一部分被分段，以使得所述鳍片的第一区段具有与所述鳍片的第二区段不同的电荷和/或不同的磁极性。

6.根据权利要求5所述的离子注入系统，

其中所述第一区段具有以使得所述外凹部分吸引在离子的所述第二部分中的所述离子的电荷。

7.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述鳍片从在整个开口周围的所述边缘延伸。

8.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述开口的宽度是可调节的，其中所述宽度在位于所述平面中的方向上被测量，其中调节所述开口的所述宽度改变哪种离子处于所述离子的所述第一部分中。

9.根据权利要求8所述的离子注入系统，

其中所述MRA包括：

四个侧边，其中所述至少一个侧边是线性可移动的，其中线性移动所述至少一个线性可移动侧边的一个或多个侧边来调节高度和/或所述宽度。

10.根据权利要求9所述的离子注入系统，

其中所述至少一个侧边的所述四个侧边中的每一个侧边在与所述宽度被测量的方向平行的方向上是线性可移动的，并且在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性可移动，其中在开口尺寸操作范围内的任何开口尺寸可通过在与所述宽度被测量的方向平行的方向上和/或在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性移动所述四个侧边的至少两个侧边来实现。

11.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述开口的高度是可调节的，其中所述高度在与所述平面垂直的方向上被测量，其中调节所述开口的所述高度改变哪种离子处于所述离子的所述第一部分中。

12.根据权利要求11所述的离子注入系统，

其中所述开口的宽度是可调节的，其中所述宽度在位于所述平面中的方向上被测量，其中调节所述开口的所述宽度改变哪种离子处于所述离子的所述第一部分中。

13.根据权利要求12所述的离子注入系统，

其中所述MRA包括：

四个侧边，其中所述至少一个侧边是线性可移动的，其中线性移动所述至少一个线性可移动侧边的一个或多个侧边来调节所述高度和/或所述宽度。

14.根据权利要求13所述的离子注入系统，

其中所述至少一个侧边的第一侧边在与所述宽度被测量的方向平行的方向上是线性可移动的，其中在与所述宽度被测量的方向平行的方向上线性移动所述第一侧边来调节所述开口的宽度。

15.根据权利要求13所述的离子注入系统，

其中所述至少一个侧边的第一侧边在与所述高度被测量的方向平行的方向上是线性可移动的，其中在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性移动所述第一侧边来调节所述开口的高度。

16.根据权利要求13所述的离子注入系统，

其中所述至少一个侧边的所述四个侧边中的每一个侧边在与所述宽度被测量的方向平行的方向上是线性可移动的，并且在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性可移动。

17.根据权利要求16所述的离子注入系统，

其中在开口尺寸操作范围内的任何开口尺寸可通过在与所述宽度被测量的方向平行的方向上和/或在与所述高度被测量的所述方向平行的方向上线性移动所述四个侧边的至少两个侧边来实现。

18.根据权利要求16所述的离子注入系统，

其中对于特定开口尺寸，对于所述特定尺寸的在开口位置操作范围内的任何开口位置可通过在与所述宽度被测量的方向平行的方向上和/或在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性移动所述四个侧边的至少两个侧边来实现。

19.根据权利要求17所述的离子注入系统，

其中对于特定开口尺寸，对于所述特定尺寸的在开口位置操作范围内的任何开口位置可通过在与所述宽度被测量的方向平行的方向上和/或在与所述高度被测量的方向平行的方向上线性移动所述四个侧边的至少两个侧边来实现。

20.根据权利要求13所述的离子注入系统，

其中至少一个侧边的边缘的至少一部分包括所述鳍片。

21.根据权利要求20所述的离子注入系统，

其中所述后表面在朝向所述开口的方向上远离所述引导部分弯曲，以形成与所述引导部分邻近的所述后表面的内凸部分。

22.根据权利要求21所述的离子注入系统，

其中所述四个侧边中的每一个侧边具有沿着相应边缘的长度的相应鳍片。

23.根据权利要求11所述的离子注入系统，

其中所述开口的路径位置是可调节的，其中所述路径位置在沿着所述束路径的方向上被测量，其中调节所述开口的所述路径位置改变哪种离子处于所述离子的所述第一部分中。

24.根据权利要求12所述的离子注入系统，

其中所述开口的路径位置是可调节的，其中所述路径位置在沿着所述束路径的方向上被测量，其中调节所述开口的所述路径位置改变哪种离子处于所述离子的所述第一部分中。

25.根据权利要求11所述的离子注入系统，

其中所述多种离子包括同位素。

26.一种封闭的等离子体通道设备，包括：

具有离子化容器的离子化室，该离子化容器限定在真空下的离子化空间；以及在所述离子化空间内的静磁场，其中所述离子化室被配置以使得，当具有一个或多个构成等离子体的组分的低密度等离子体位于所述离子化空间内时，所述静磁场分离所述一个或多个构成等离子体的组分，以使得所述一个或多个构成等离子体的组分的每一个构成等离子体的组分占据所述离子化空间的多个单独区域中的一个；以及至少一个质量分离过滤器，其中，当所述分离的等离子体的至少一部分在所述离子化空间内流动以产生等离子体流时，所述至少一个质量分离过滤器去除所述等离子体流的相应至少一个部分，其中所述至少一个质量分离过滤器的第一质量分离过滤器包括从所述离子化容器的内侧表面延伸的弯曲鳍片，其中所述弯曲鳍片具有面向所述等离子体流的外部部分的凹表面，所述等离子体流的外部部分由所述第一质量分离过滤器从所述等离子体流去除。

27.根据权利要求23所述的封闭等离子体通道设备，进一步包括：电离器，其中所述电离器与所述离子化空间是可操作通信的，以使得当等离子体前体气体或气化物位于所述离子化空间的离子化区域中时，电离器离子化位于所述离子化空间的所述离子化区域中的等离子体前体气体或气化物中的至少一部分。

28.根据权利要求25所述的封闭等离子体通道设备，其中所述离子化容器包括圆柱形外壳，其中所述第一质量分离过滤器包括具有所述弯曲鳍片的环形环。

29.根据权利要求25所述的封闭等离子体通道设备，其中所述弯曲鳍片包括Halbach阵列。

30.根据权利要求25所述的封闭等离子体通道设备，其中所述弯曲鳍片包括正极化区域、负极化区域以及中性极化区域。

31.根据权利要求1所述的离子注入系统，

其中所述MRA具有与所述开口邻近的边缘，其中所述边缘具有面表面和侧边表面，其中所述面表面的法线与所述束路径平行，并且所述侧边表面的法线与所述束路径垂直，其中与所述面表面邻近的所述MSA的至少一部分被分段以使得与所述面表面邻近的所述MRA的所述至少一部分的第一区段具有与所述MRA的所述至少一部分的第二区段不同的电荷和/或不同的磁极性。

32.根据权利要求31所述的离子注入系统，其中所述第一区段具有以使得所述第一区段吸引在离子的所述第二部分中的离子的电荷。

说明书

可调节的质量分辨孔

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请序列No.61/800,855的权益，在本文中该临时申请以其整体(包括任何图、表或附图)通过引用并入在此。

技术领域

[0003] 本发明的实施例涉及质量分辨孔，其可以例如在诸如图1A(现有技术)中示出的注入系统的离子注入系统中使用。进一步的实施例涉及通过例如封闭的等离子体通道(CPC)超导体或玻色子能量传输系统对带电和/或非带电粒子流的过滤，诸如图1B(现有技术)中示出的PC。

背景技术

[0004] 离子注入是半导体工业的优选方法，以使集成电路的规模更小并且半导体基板(例如，硅芯片)的计算能力更大。传统的离子注入装置具有基本的共性。当工件335被处理为准备注入的点时，工件335(例如，硅芯片)从外部源转动到系统中。离子源302位于生产系统的另一端(用于离子化的进料可以是n型结的锑、砷、磷，或p型结的硼、镓、铟)。一般地，正离子被使用，但负离子也可被使用。在束装配(beam assembly)和离子注入过程期间，通常系统的大部分或全部被抽空，以使得在离子束中的离子不与残余气体碰撞。系统宽电源301、340、339被提供在需要的地方，并且控制系统338和/或操作员监督整个过程。离子源进料基于p型或n型结来选择。离子源由各种方法离子化，并且由电极305、336通过在离子化室
303中的开口来提取，该电极305、306被偏置以通常以相对高的能量(以减轻对如带电离子的空间电荷吹起的倾向)来激励发射离子束309。所发射的离子形成进入具有质量分析仪
310的束导引317中的相对密集(高电流)束309，所述质量分析仪310由将离子束在实际包络内以与原始飞行路径成近似90度的角度弯曲的偶极和/或四极磁场和/或电磁(EM)场组成。
在离子束内的离子种类具有不同的电荷质量比。在晶片上的一致集成电路落在用于注入的离子的电荷质量比的设定参数内。在发射的离子束309中的不正确电荷质量比在质量分析仪310和质量分辨孔314的提取之后被消除。不同质量将具有用于该离子种类的不同动量，该离子种类将通过质量分析仪310来隔离轨迹。控制在系统中的磁场，以使得比所需的离子种类更大的电荷质量比的离子种类将碰撞束导引311的一个壁，以及比所需的离子种类更小的电荷质量比的那些种类将碰撞束导引311的另一个壁，两者都从持续的离子束消除。

[0005] 随后，在大多数传统的离子注入系统中，离子束到达质量分辨孔314。由质量分析仪310选择的束电流大多具有所需的离子种类，但仍包含接近所需质量电荷比的一些种类，但并不是完全接近。质量分辨孔314将具有比从质量分析仪126出来的离子束包络更小的开口，并且将分辨(消除)在设定的孔开口外侧的离子种类；那些离子种类撞击质量分辨孔314的侧边并沉积在那里。

[0006] 产品晶片(或其它注入表面)的可测试品质将依赖于注入物的一致性。在注入之前和/或实际的注入期间，束将被扫描322并且通常从孔314的下游绘出轮廓331。控制系统338将能够解释发送给束诊断系统333的束轮廓信息，以将孔调节在最优开口下，以允许在对于特定注入的电荷质量比的最优设计参数内的最大电流。本发明向控制系统338和控制器给出了高度的灵活性，以用实时的调节能力，通过逐渐排除不正确的离子来优化质量分辨孔314的点处的束。

[0007] 从质量分辨孔314向下游，存在若干其它可用于聚焦、弯曲、偏转、汇聚、发散、扫描、并行和/或净化离子束的过程和光学效应。图1以举例的方式用作传统的离子注入装置。质量分辨孔是位于在离子束包络309中刚经过质量分析仪310的314。其它离子注入系统基于专有用途而不同。如前所述，诸如质量分辨孔的基本要素在几乎所有这些系统中是常见的。

[0008] 在毗连的美国对电能的需求在2005年是746,470兆瓦。大部分的能量由煤(49.7％)、核能(19.3％)以及天然气(18.7％)产生。不幸的是，从产生点到零售销售点的能量传输仍然是高度低效的。2005年在5-8％之间的能量损耗在收入损失上换算为近二百亿($20,000,000,000)美元。几乎所有产生的能量通过高压电力线路传递，该能量然后在下降到更低的电压之后输送到城市、商业区和居住区。

[0009] 由于其相对低廉的成本和对于金属良好的17.2×10-5Ωm的电阻率，所有的高压电力线路使用绝缘铜线。虽然这些电缆允许超过700,000伏特的电力传输，但是由于悬空线的机械和电气约束，使用铜的电力线路具有严重的缺点和局限性。例如，通过铜电缆的电力传输是难以置信地低效，具有以穿过电缆的电力的电阻产生的热形式的大量能量损失。此外，所产生的热可导致传输线路的变形和失效，尤其是如果它们太长的话。其它问题包括昂贵的通过权(right of way)，其必须被获得以确保用于塔的陆地的使用，如从其中悬挂的电缆，其呈现审美缺点。

[0010] 地下电缆具有胜于悬挂电力电缆的几个优点，包括更长的传输距离、更高的电力负荷、降低的财产通过权费用，以及没有审美障碍。埋设的铜线路还支持最小的重量，并具有较好的介电绝缘涂层，其与悬挂线路相比降低了电力的介电损耗。然而，由电阻引起的效率损失仍然是主要问题。低温电缆是第二地下传输线路的选择，但是需要液氮站以保持冷却，其连带其它成本。超导体电力传输线路是有吸引力的解决方案，因为它们将由于没有电阻率而呈现零损失；然而将单晶材料处理成任何可用长度的线仍然行不通的，如果不是不可能的话。

[0011] 显然对于长距离传输能量的更有效的手段存在长期的需要。为了满足本领域的需要，提供了用于通过经受磁场和/或电磁场的受约束等离子体的电力传输的方法和设备。

[0012] 已知的是，在每个端部处具有电极并且填充有惰性气体的玻璃管可传输电力。当外部电场施加时，这些气体管类似于氖气管。在高压交流电场下，等离子体在管内部形成，该高压交流电场离子化气体或其中的一部分。电子从父类气体分子释放，并且导电率相对于在施加的电场之前的气体的导电率而增加。这些电子的行为类似于诸如铜的金属中的自由电子。

[0013] 甚至在其中少至1％的粒子被离子化的部分离子化气体可具有等离子体的特性(即，响应于磁场和高导电率)。术语“等离子体密度”通常指的是“电子密度”，也就是说，每单位体积的自由电子数量。等离子体的离子化度是已失去(或获得的)电子的原子比例，并且主要由温度控制。如果几乎完全离子化，则等离子体有时被称为是“热”的，或如果仅气体分子的一小部分(例如1％)被离子化，则离子体有时被称为是“冷”的。在这个意义上“技术上的等离子体”通常是冷的。即使在“冷”的等离子体中，电子温度仍然通常是几千摄氏度。

[0014] 等离子体的导电率与它的密度相关。更具体地，在部分离子化的等离子体中，导电率与电子密度成比例，并且与中性气体密度成反比。换句话说，未离子化的或者由于其带电粒子的再结合而存在的气体介质的任何部分将继续充当绝缘体，对通过其中的电力传输产生电阻。本发明利用了等离子体对磁场的响应(以及顺磁性气体介质的响应)，以基本上或完全消除以在本文中更全面描述的方式的能量传输期间的这种电阻。因此，传输效率将基本上与距离无关，而是1)离子化，2)真空质量，以及3)磁场分层的函数。离子化将是通过UV光饱和保持的最优光电离子化；真空质量将是高到非常高的，其中决定性因素是存在的非离子化分子的MFP(平均自由程)；磁场分层将是静磁场的效应，以区域化室内的非参与分子和粒子。

发明内容

[0015] 本发明的实施例涉及一种质量分辨孔，其可在诸如在图1A中示出的传统离子注入系统的离子注入系统或其它装置中使用，所述其它装置可基于电荷质量比(和/或质量电荷比)选择性排除在离子束组件中不希望注入的离子种类。特定实施例涉及可在图1A中示出的离子束组件308过程中使用的MRA。离子注入系统由半导体工业使用，以产生例如计算电路。这些系统的最简单的一个，也是最重要的组件是质量分辨孔314。质量分辨孔314位于离子提取部307和质量分析束导引310的下游。质量分辨孔314分辨接近所需的电荷质量比但是不在特定注入的参数中的离子种类。离子的所需种类将穿过孔开口，并且不需要的种类将通过碰撞面向离子束的孔表面来消除。不需要的离子种类碰撞齐平的孔的表面，部分地溅射进入离子束，并且使残余物积聚。这种残余物积聚可能会变松，并且可能导致污染物被夹带在离子束中，并且找到它们到工件335的路线。由于激进缩放的努力使得集成电路更小，所以存在不断发展的策略，诸如：使用更高的束电流，以较低能量注入，使用更大质量的簇分子，使用诸如锗(在束导引中具有小范围的质量分散)的可替代离子源，使用多个离子源以及使其适于细化离子排除过程其它进步。

[0016] 本发明的实施例同样涉及通过封闭的等离子体通道(CPC)超导体或玻色子能量传输系统的带电粒子流的过滤，诸如在图1B中示出的PC。特定实施例涉及一种方法和设备，用于根据电荷和/或质量(诸如质量电荷比)在细长离子化室内过滤区域化分离的带电粒子流，诸如离子化或部分离子化介质的组分，其中离子化室提供低电阻或没有电阻的导电路径用于带电粒子的传输。本设备的实施例具有多个应用程序，并且还可以被描述为低能量粒子加速器。

[0017] 本发明的实施例涉及一种质量分辨孔，该质量分辨孔是分段的、可调节的，和/或向将撞击该孔的迎面而来的离子种类呈现弯曲表面。可调节的质量分辨孔可以允许控制器和/或控制系统执行增加的各种功能。在注入周期之前、期间和/或之后，具有对质量分辨孔进行调节的能力的实施例可提供优点。包括弯曲表面的实施例将沉积残留物保留在弯曲表面之后并且远离离子束，以使得到达工件335的离子束的部分不太可能使这种残余物夹带在下面的离子内。排除的离子种类可在弯曲表面上碰撞质量分辨孔，这可以减轻对不正确的离子种类的溅射。

[0018] 分段的孔的实施例可以包括任意数量的区段。为简化起见，区段将通过功能来讨论。在实施例中，孔主体的不同区域或区段可以具有不同的电荷和/或磁极性，其可以影响附近行进的离子的运动，以便增强离子的选择。在进一步的实施例中，孔的每一侧相对于其它侧是可移动的，以使得每一侧可以单独或与另一侧一致移动或滑动。以这种方式，孔开口可诸如手动控制或通过致动器手动控制或由操作系统来控制。这种调节可以实时进行，以在相对于带电粒子束的横截面和/或相对于带电粒子束的轴的所需位置处形成所需尺寸设定的孔开口。通过实时调节，离子束可在注入期间被调整，并且可基于从MRA下游进行的测量反馈来可选地调节。所需尺寸设定可以基于在操作之前预定或以其它方式确定的束分布反馈，诸如基于源自离子源的束包络，或所希望的质量电荷比和/或分辨。

[0019] 所需的孔开口的尺寸可以包括形状、高度和宽度。此外，一个或多个孔的面可被分段(例如，具有电荷和/或磁极性或其它磁性质)、磁隔绝和/或电气绝缘，以使得该面可以执行除了机械干涉之外的一个或多个功能。以举例的方式，面向迎面而来的离子束的孔表面(例如具有与束路径平行并且在离子束行进的相反方向上的分量的法线)可以：(i)被分段以使得这种表面执行法拉第标志(Faraday flag)或束分析仪的功能；和/或被磁化，使得这种表面执行Wien过滤器的功能。以举例的方式，随着离子束离开孔，面向离子束的孔表面可以是如下的电极，该电极被偏置以加速/减速，聚焦/散焦，光学地影响，和/或是ZFE限制元件和/或在某些清洗过程期间被利用。在特定实施例中，整个质量分辨孔开口可以相对于迎面而来的离子束，在X轴上从一侧到另一侧、在Y轴上向上或向下、在Z轴上向前或向后移动(例如参见图1B)。

[0020] 如在此所公开的，本发明的实施例可以包括针对与带电粒子束的运动有关或影响带电粒子束的运动的质量分辨孔的部分的弯曲表面。以举例的方式，形成开口和/或面向到来的离子束的孔的内侧表面可形成边缘。该表面可被弯曲，以使得该边缘具有最接近迎面而来的束的引导部分，并且该表面在远离边缘的引导部分并且朝向束的外部部分的方向上是凸出的(例如远离束弯曲)。进一步的实施例可具有在远离开口的方向上与引导部分邻近的凹表面。因为消除的离子碰撞弯曲表面而不是在平坦表面上齐平碰撞，具有远离引导部分弯曲的凸表面可减轻碰撞MRA的消除离子种类的溅射。进一步的实施例可以具有与凹部邻近的表面的凹区段。在孔上的残余物然后将径向地位于边缘的外侧，并且轴向地位于边缘的上游，例如在弯曲表面之后，并且不太可能夹带在离子束中。碰撞在分离点处边缘径向向外的孔表面的离子种类可通过弯曲表面被偏转出离子束。孔的区段和曲面可一起或单独使用以提高离子注入工艺的均匀性和生产率，特别是关于较高的束电流、在工件处的较低能量、分子簇离子、远程或多个离子源，以及其它激进缩放策略。

[0021] 本发明的实施例涉及一种系统，该系统可以被表征为封闭的等离子体通道(CPC)超导体，或作为玻色子能量传输设备。特定实施例涉及在美国专利No.8,368,033中公开的系统和方法的修改和改进，为了这种教导，其在此通过引用整体并入。在第一优选实施例中，该设备由如下组成：离子化室(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离室”)，其包括具有离子化空间(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离空间”)的离子化容器(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离容器”)；以及光离子化部件，其可操作地与离子化空间相关联，用于将在真空下约束于离子化空间中的等离子体前体气体或气化物离子化成由离子、电子和非离子化气体或气化物(在下文中称为“等离子体组分”)组成的等离子体。优选地，等离子体前体气体或气化物是顺磁性的。离子化通过适当波长的光源的光电效应来建立并保持，以产生最导电的传输介质。

[0022] 在第二优选实施例中，等离子体可被充电到上述容器，而不是在容器本身内产生。在任一情况下，磁场产生部件被用于产生在传输空间内轴向均匀的静磁场，以基本上将等离子体组分分离到位于与容器的中心纵轴平行的“区域”或“通道”中。每个通道沿着离子化空间的整个长度建立。主要由自由电子组成的至少一个通道被建立，在本发明的一个应用中，所述通道对穿过其中的电力传输提供最小阻力的路径。在其它实施例中，振荡磁场(电磁场或“扰动场”)在传输空间内被引入以刺激通过导管的带电粒子的运动。本方法和设备的各种附加实施例被描述，包括用于交替电流、或可替代地通过圆柱形壁的多极EM场、以及通过区域化通道中的至少一个通道的直流电流或带电粒子传输的混合系统，并且该过程可用作超导体、低能量的粒子加速器，以及其它的应用。在所有实施例中，上述光离子化部件可以用于维持等离子体(即，防止其组分的再结合)。提高通过传输空间的带电粒子的传输效率的方法被描述。

[0023] 具有磁性或顺磁性特性的不同成分和密度的等离子体组分将与在传输空间内的离散磁极性反应，以按照导电到绝缘的性质的顺序基本上分离区域或“渐变层”(gradation)，每种组分的质量/电荷比使本身更多或更少响应于静磁场。导电区域或渐变层的位置从而可使用不同的磁场产生部件来操纵，包括一个实施例，其中导电层主要在场的中心，以及包括另一个实施例，其中它主要沿导管的内壁表面取向。

[0024] 在其中导电通道是在场中心处的那些实施例中，可以施加电磁(EM)场即交替电流或任何多极场都。在这种情况下，EM场被称为沿着导管壁的“扰动场”，并且第一磁场作为将导电通道聚焦朝向中心的“分层场”。虽然第二EM场可能工作来扰乱原始场的分层，但是其影响将被改善以吸引和排斥带电粒子(即，DC电流)或以这种方式推-拉，以加速或增强到位于导管的收回端处的接收部件的流动。壁电荷同样将由位于接收端处的相同或附加的接收部件收回。进一步的实施例可以在用于不同目的的不同组合中使用相同的原理。

[0025] 本发明的另一个重要方面是在导管内光离子化的使用。等离子体介质将用在性质中可看出的光水平和波长特性被维持在最大导电率水平处，其中等离子体是最丰富的状态并且是玻色子能量载体。在本设备和方法中，等离子体密度与在磁流体力学(MHD)场中的其它应用相比相对稀疏，以减少动力学效应的电阻率。被维持在本导管中的等离子体状态更类似于空间等离子体，而不是聚变等离子体。本设备和方法被设计以模仿普遍存在于地球的大气层外，在“空间”中的等离子的天然状态，其被证明是经过广阔距离的高效能源传输介质。为了实现这个，CPC将需要是高到非常高的真空质量。决定因素是室中的外来分子的“平均自由程”(MFP)。MFP必须足够长以克服将由与电荷路径干扰的碰撞导致的阻力，其由引开干扰分子的静磁场辅助。

[0026] 本发明的特定实施例涉及CPC或系统，用于离子化在容器中的前体，并且向得到的离子施加力以形成离子束，并包括在诸如鳍片、弯曲表面或分段突起的容器的内侧表面上的过滤器，以影响在离子束中特定离子的运动(例如，转移离子、偏转离子，和/或从离子束中去除离子)。

[0027] 因此已经相当广泛地概述了本发明更重要的组件和特征，以便随后的其详细描述可被更好地理解，并且以便对现有技术的本贡献可被更好地理解。当然，存在将在下文中描述并且将构成所附权利要求书的本主题的本发明的附加特征。在这方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应该理解，本发明并不将其应用局限于在下面描述中阐述或在附图中示出的组件的结构的细节和组件的布置。本发明能够具有其它实施例并且被实践，并以不同的方式执行。此外，应当理解，本文所采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制。因此，本领域的技术人员将理解，在本公开所基于的概念可容易地被用作用于执行本发明的几个目的的其它结构、方法和系统的设计的基础。因此，重要的是，只要它们不脱离本发明的精神和范围，则权利要求被认为包括这些等价结构。

[0028] 为了更好地理解本发明、其优点以及通过其使用获得的具体对象，应必须参考附图和描述性内容，在其中示出了本发明的优选实施例。

附图说明

[0029] 当考虑到下面的其详细描述时，本发明将更好地被理解，并且除了上述的那些之外的目的将变得明显。这种描述参照附图，其中：

[0030] 图1A从美国专利No.8,637,838B2再现，并且用作可以提供用于本发明实施例的子系统和/或可以根据本发明的实施例来修改的离子注入系统的示例。

[0031] 图1B从美国专利No.8,368,033再现，并且用作可以提供用于本发明实施例的子系统和/或可以根据本发明的实施例来修改的封闭等离子体通道设备的示例。

[0032] 图2从美国专利No.7,399,980B2再现，并且是可以提供用于本发明实施例的子系统和/或可以根据本发明的实施例来修改的质量分辨孔的现有技术。

[0033] 图3A是示出具有滑动侧边的质量分辨孔的本发明的示例性实施例，所述滑动侧边允许孔被逐渐移动到与离子束包络相比的任何高度或宽度。

[0034] 图3B示出图3A完全打开的质量分辨孔。

[0035] 图3C示出图3A完全闭合的质量分辨孔。

[0036] 图4A示出包括螺杆驱动和两个气动驱动的本发明的特定实施例。

[0037] 图4B示出包括螺杆驱动和齿轮的本发明的特定实施例。

[0038] 图5A示出根据本发明实施例的鳍片的横截面视图。

[0039] 图5B示出可被用作质量分辨孔的内边缘的弯曲边缘。

[0040] 图6示出包括弯曲内边缘连同滑动侧边的MRA的实施例。

[0041] 图7示出包括图5A和/或图5B的弯曲边缘的实施例的纵向横截面。

[0042] 图8A示出根据本发明实施例的弯曲表面或“鳍片”的横截面。

[0043] 图8B示出根据本发明实施例的弯曲表面或“鳍片”的横截面。

[0044] 图8C示出根据本发明实施例的弯曲表面或“鳍片”的横截面。

具体实施方式

[0045] 首先，应当清楚地理解，类似的参考标记旨在一致地标识贯穿几个附图中相同的结构元件、部分或表面，因为这种元件、部分或表面可进一步由整个书面说明书描述或解释，该整个书面说明书的详细描述是整体的部分。除非另有说明，否则附图(例如交叉影线、部件布置、比例、角度等)旨在与说明书一起被读取，并且被认为是本发明的整个书面描述的部分。组件没有按比例绘制或成比例。如在下面描述中使用的，术语“水平”和“垂直”只是指对象相对于水平地面的取向，并且术语“左”、“右”、“顶部”和“底部”、“上”和“下”，以及其形容词和副词衍生物(例如“向右”、“向上”等)只是指表面按情况相对于其伸长轴或旋转轴的取向。

[0046] 图1A示出传统的离子注入系统，该图1A是作为现有技术在此再现的美国专利No.8,637,838的图1。传统的离子注入系统通常具有质量分辨孔314。图1A示出包括MRA的系统。本发明的实施例涉及图1A的系统、在图1A示出的子系统和关于系统的在美国专利No.8,637,838中描述的实施例、以及在美国专利No.8,637,838的图1中示出的子系统和在美国专利No.8,637,838中描述的对其的修改，该美国专利通用引用以其整体并入在此，本发明的实施例包含根据在沿着离子路径长度的离子路径的一个或多个位置处的在此描述的MRA的实施例中的一个的一个或多个MRA。本发明将对具有质量分辨孔的其它系统有效。

[0047] 对于本发明的实施例，参照图1A，工件335例如硅晶片通过离子束在系统的末端站336处注入。离子束309在终端307处生成。离子束沿着在束线路组件308中的路径被引导到末端站336。

[0048] 系统可以通过泵(未示出)被排出以减轻离子束与其它粒子碰撞。离子源302可以是在生成室304内离子化的掺杂剂材料(未示出)的离子化气体。离子化方法没有示出，但可以例如是热阴极、射频(RF)、微波、电子束注射，或激发足以与掺杂气体分子碰撞的自由电子并生成离子的其它机制。离子移动通过狭缝303并且由离子提取组件305提取。

[0049] 提取组件305被偏置以在相对高的能量下提取离子。通常，系统在相对高的能量下转移束贯穿该系统，所以粒子具有足够的动量来克服可导致束吹起来的排斥力。然后，在与工件335冲击之前，存在减速327级(stages)，其可包括电极组件或其它装置来减速离子，以使得它们具有与用于小结或超浅结(USJ)的晶片的浅冲击。注意，虽然减速级327被示为平行于离子束的电极板328和330，但是其它减速级可以利用与束路径垂直的电极，该电极具有束通过其行进的孔。

[0050] 在提取时，离子束309从终端307穿到束线路组件308。在图1B中所示的实施例中，质量分析仪310以约90度角形成，并呈现将束309弯曲的磁场。磁体在该图中未示出。束线路组件的其余部分包括束导引317、质量分析仪310、扫描系统(320，319，122)、电气元件339以及平行器329。

[0051] 图1B示出封闭的等离子体通道超导体，或示为玻色子能量传输设备，图1B是作为现有技术在此再现的美国专利No.8,368,033的图1。本发明的实施例可以包括具有从离子化容器12的壁14的内侧表面突出的弯曲表面的一个或多个鳍片或突起，以使得这种一个鳍片或多个鳍片影响离子束的运动和/或从离子束去除离子。

[0052] 图2示出现有技术的质量分辨孔的示例，其是作为现有技术在此再现的美国专利No.7,399,980的图4。本MRA的实施例可以涉及图2的MRA的修改，以包括定位在邻近离子束穿过其的孔的鳍片。这种鳍片可以具有最接近迎面而来的离子束的引导部分；以及在特定实施例中，从引导部分弯曲以形成与引导部分邻近的凸表面的表面，以将停止在这种凸部的离子偏转出离子束。这种鳍片同样可以具有两个或更多区段(例如，鳍片体积的每一个区段)，其具有电荷和/或磁特性。这种鳍片可以定位于沿着确立离子束宽度的侧边的一部分或整个边缘，和/或沿着确立离子束高度的顶部和底部侧边的边缘的一部分或全部。这种板的实施例可以具有一个、两个、三个或更多的开口，每一个具有诸如高度和宽度的所需尺寸。分辨孔组件400的修改的实施例可具有支撑分辨板404的组装臂402，该分辨率板404具有诸如三个分辨孔406、408和410的一个或多个开口(1，2，3，4...n)。实施例可以允许组件例如经由致动器被移动，所以所选择的孔对应于选择的束包络和/或可选择的质量分辨。该组件还可以移动以适应与上游(未示出)的质量分析仪的可能角度调节范围对应的变化束路径。因为孔开口的第一、第二和第三位置在操作期间是沿着侧边的，所以束的某些材料或部分可以穿过非选择孔中的一个孔。

[0053] 图3A示出质量分辨孔组件30的实施例。在图3A中的孔开口位置一般对应于在图2中所示的孔开口410(在页面的平面中)。该组件包括侧边31、32、33和34，其中侧边在X和Y方向上滑动，以创建各种开口尺寸和位置。侧边被示出，其具有相同的宽度，并且具有没有从侧边边缘向回延伸足够远以阻挡开口的部分的长度，一旦侧边移动到图3C中示出的位置，则侧边在图3A中正阻挡，为了绘图的便利其已经被完成，以使得侧边的运动范围可被强调。诸如齿轮、轨道、联动、致动器和马达的各种机构可用于控制侧边的移动。侧边31、32、33和
34分别沿着边缘41、42、43和44内侧的孔滑动。孔侧面31-34可以相对于具有开口的背板滑动，该背板允许将孔开口调节到侧边31-34的操作范围内的任何开口尺寸。

[0054] 图3B示出移动到操作范围内的最大开口孔并且可对应于背板开口的尺寸和位置的侧边31-34。这种背板可用作用于侧边到用于移动侧边的结构的互连的安装件。这个开口可以超过从质量分析仪310出来的束包络，以使得MRA可以通过将侧边打开到该最大开口来从束路径“去除”。在注入之前的最大开口的使用对质量分辨孔下游的束诊断是有用的。该最大开口设定也可以用于某些清洗技术，其中离子束或其它气体通过质量分辨板下游的系统来增殖。

[0055] 图3C示出侧边31-34移动从而孔被完全关闭。该设定阻挡离子束，并且可以用于束集堆(beam dump)，在该束集堆中磁场在该质量分析仪310中仍然可操作。该设定同样可用于某些清洗技术，其中离子束或其它气体通过上游并且包括质量分辨孔的系统来增殖。如在图3C中可见的，对于具有在X和Y方向以及可选地Z方向中可移动的所有四个侧边的实施例，对于四个侧边的各种位置可以创建闭合位置。在实施例中，完全闭合的位置完全阻挡离子束。

[0056] 侧边的其它位置可以被选择。用于孔开口(例如用于开口中心的位置，或用于开口的角落)的任何位置在操作范围内可以被选择。此外，具有背板的组件30、不具有背板的组件30，和/或组件、背板和其它结构可选地在操作范围内可从侧边到侧边(X轴)、向上或向下(Y轴)、向前或向后(Z轴)移动，以调节相对于离子束309的开口。

[0057] 质量分辨孔组件30可以可操作地耦合到电源340、339。控制系统337可用于控制、调节离子源302、质量分析仪313、质量分辨孔组件30、扫描元件322、平行器329以及束轮廓绘制系统331和/或装置的其它可操作方面，和/或与离子源302、质量分析仪313、质量分辨孔组件30、扫描元件322、平行器329以及束轮廓绘制系统331和/或装置的其它可操作方面通信。束诊断系统338可以连接到控制系统337，以允许系统内的迭代变化来管理在注入过程之前、期间和/或之后的束特性。因此，例如控制系统337可以在将工件335转动到系统末端站336中之前，将质量分辨孔侧边31-34设定在图3B的完全打开孔处，以使得例如束诊断完成并且参数被设定。一旦束参数被设定，则控制系统337可以移动侧面31-34到与所需参数匹配的任何所需的孔开口，以便例如启动、修改和/或终止注入过程。然后，在注入过程期间，例如，控制系统337可使用来自束诊断系统338的数据以逐渐地移动质量分辨孔组件30或侧边31-34，以管理和/或优化束特性。在注入过程之后或在新的工件(未示出)转动到末端站336的时间期间，例如控制系统337可以移动侧边31-34到图3C的完全闭合的位置，用于清洁过程或其它目的。控制系统337将能够移动侧边31-34到图3C用于束集堆的完全闭合位置，而在质量分析仪中的磁场是可操作的。质量分辨孔组件30的功能可以实时地迭代进行。通过在每个开口或用于开口的子集的一个或多个侧边上或侧边的节段上引入例如鳍片的弯曲内侧边缘，本MRA的实施例可以修改传统的质量分辨孔，该传统的质量分辨孔的示例在图2中示出。在本发明的示例性实施例中，如在此示出和描述的弯曲表面可以用于孔内侧边缘。如在此描述的弯曲表面可以用作用于任何传统的质量分辨孔(包括例如在图2中示出的现有技术)的内侧边缘。随着离子束309到达质量分辨孔组件(在图2中示出的现有技术系统中的314)，它仍然以相对的高能量行进，以减轻空间电荷吹起的倾向。减速级327在孔的下游，因此排除的离子种类正以相对高的速度碰撞质量分辨孔的引导缘，该相对高的速度具有溅射污染物(包括预先存在的残余物)到离子束中的倾向；所述污染物可能被夹带到束中，并且找到它们到工件335的路线。这在高束电流、更重质量的簇分子、具有窄范围的质量分散的多个一种离子源和多种离子源中是特别明显的。弯曲表面具有胜于呈现较小表面的其它表面的优点，以在排除点处撞击，并且排除的离子种类不齐平冲击弯曲表面，并且当它们偏转时，连续的离子束已经向下游移动，因此使具有来自被夹带的排除的离子种类的污染物以污染工件的可能性减少。在注入运行时间期间，来自排除的离子种类的残余物可在质量分辨孔上积聚，但它远离开口孔并且在质量分辨孔的弯曲边缘之后。如在此所述的弯曲表面可以在系统内的其它表面上使用，其中从上游系统部件排除的离子种类、排除的中性带电或负性带电粒子或污染物损耗掉，撞击表面。在此以公开的方式，来自于从工件335上游的任何地方重新进入生产线的排除污染物将有助于生产质量和效率。

[0058] 图5B示出具有单个孔开口的矩形质量分辨孔，而不是在图5A中示出的环形形状。沿着在新表面40内的侧壁14在图5A和5B中示出。虽然图5A和5B示出侧壁14，但该侧壁可增厚以使得侧壁成为诸如在图2中所示的板，并且该图然后表示从板延伸的鳍片。鳍片细节
200在图5A和5A两者中示出。在本发明的示例性实施例中，传统的质量分辨孔被修改以包括如在此公开的弯曲边缘，而不是平坦的或平齐的边缘，并且也不是从前面到后面的90°边缘(即平行于Z轴)。如在此所公开的，任何传统质量分辨孔的修改，以在面向迎面而来的离子束309的孔的内侧边缘上具有弯曲表面，将减轻在曲面后面的不正确的离子种类和沉积残余物、污染物的溅射，否则，该不正确的离子种类和沉积残余物、污染物可以被夹带在束中并且污染工件335。在运行期间，积聚的残余物从孔开口的下游被遏制，进一步减轻残留物变松动并找到其进入束的方式。

[0059] 图8A和8B示出可以与MRA合并的鳍片的实施例。虽然侧壁14的表面40在图5A和5B中示为延伸经过前表面(面向迎面而来的束)并且延伸经过后表面(面向背离迎面而来的束)，但是侧壁表面40可再次增厚来作为板执行，并且侧壁表面40可以从前表面延伸到超出后表面，从前表面到后表面，或以任何其它所需的取向延伸到前表面和后表面。区域205可以具有正、负或中性电荷。如区域215可以具有的，区域210可以具有正、负、或中性电荷。带电区域可用于排除不正确质量的带电离子种类。实施例可以不同的方式分割，包括尺寸、区域数量，和/或区域形状。如可以理解的，任何数量的区段可用于有益的原因。为简单起见，在本实施例中，三个区段在205、210和215中示出。另外，如可以理解的，为了有益的原因，存在可使用的任意数量的弯曲表面。如在此使用的，这个形状并不旨在是限制性的描述，为简单起见只有一个被使用。区段205、210和215优选地可彼此电绝缘，并且也彼此磁隔离，以使得每一个可携带不同的负或正的电荷/场(即静电有利和/或磁有利的)或根本没有电荷。如在图8B中所示的，以举例的方式，区段205是负电荷/场，区段210是带正电的，以及区段215不具有电荷。

[0060] 参考离子束309，随着离子束309到达区段215，区段215不具有电荷，区段205具有足够的负电荷/场来吸引接近所需电荷质量比但并并不完全在参数中的正离子种类，并且由于吸引性的负电荷/场，那些离子种类向区段205的方向移动并且倾向于通过减少的溅射粘贴。在该同一示例中，对于撞击区段215的表面(该孔的排除点)的正离子种类，它们由于弯曲的表面而偏转出离子束。继续该示例，在该点处离子束现在正经过区段215，如将进一步公开的，通过具有赋予正电荷/场、负电荷/场或不赋予电荷的能力，区段210可有利地影响离子束309。可以理解，如当前公开的，质量分辨孔的每个区段可以独立地和以各种不同的组合使用。例如，如果负离子种类而不是正离子种类被提取，则如在此公开的，质量分辨孔的区段电荷将被改为与负离子注入的注入参数对应。或者例如，如果使用氢化硼簇离子或锗离子种类，则如在此所公开的，质量分辨孔提供控制系统和控制器、可调整的选项，以有利于生产。

[0061] 虽然在图中没有示出，但具有围绕开口90°边缘的MRA可以分割成电荷/磁场区段。在特定实施例中，接近开口但又足够远离开口以不影响应穿过开口的离子的孔的面表面的区段可具有吸引离子的电荷，该离子应当被排除并且可能碰上边缘且可能偏回到束中。

[0062] 关于各种实施例可使用各种鳍片形状。在特定实施例中，可以使用具有在边缘处开始并且改正成离子束的弯曲表面的鳍片。

[0063] 虽然图4A和4B示出在图底部上的可移动侧边和在顶部上可固定到一起的三个侧边，但是根据图4A和4B的教导的实施例可用于移动在垂直方向上的侧边，或移动在水平方向上的侧边。三个侧边可以固定在一起并且作为单元移动，或所有的四个侧边连接到的基部可被移动。当第四侧边被移动以调节离子束的高度或调节离子束的宽度时，单元和各个侧边的移动可用于调节相对于离子束的开口的中心。

[0064] 图6是本发明的进一步示例性实施例，示出质量分辨孔组件30的独立可移动侧边的使用，其中如在图5A-B和8A-C中先前描述的鳍片表面被示出，作为滑动侧边31-34的引导缘，分别用鳍片边缘61-64代替41-44。在该示例性实施例中，在图3A-3C中描述的可调节质量分辨板组件30的引导缘是鳍片边缘61-64。用于质量分辨孔30的操作范围在操作空间内在X轴上是侧边到侧边，在Z轴上是向内和向外，在Y轴上是向上和向下。进一步的实施例只允许在X和Y方向上的运动。沿着X、Y和Z轴的质量分辨孔30的运动由与束诊断中心155可操作通信的控制系统337和/或控制器控制。具有鳍片边缘61-64的与控制系统337和/或控制器可操作通信从束诊断系统338接收操作数据的滑动侧边31-34，，具有实时从图3B的完全打开逐渐移动到图3C完全闭合或在完全打开和完全闭合之间的任何开口的能力。

[0065] 本发明的实施例可利用用于通过质量的离子分离的方法和设备，其使用永磁体以在腔内产生均匀磁场。这经由真空下的等离子体前体气体或气化物的光电离，在受限的空间内产生优选的低密度等离子体来实现。通过质量或质量电荷比的分离发生，因为具有更大质量或更高质量电荷比的离子不受磁场所影响，并且趋向于与较轻的离子或具有较低质量电荷比的离子分离。

[0066] 首先参考图1B，示出了通常由参考标记10指定的本封闭等离子体通道设备(在下文中有时也更简单地称为“本设备”)的侧横截面示意图。设备10的第一主组件是离子化室12(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离室”)，其包括具有离子化空间(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离空间”)的离子化容器(在一些实施例中在此也称为“等离子体分离容器”)。在优选实施例中，离子化室12由具有第一端部12A和第二端部12B的半柔性细长真空导管组成，该导管包括具有纵轴16并且限定用于容纳来自存储容器22经由入口20提供的等离子体前体气体或气化物100的传输空间18的中空圆柱形壁14。在下文中术语“室”和“导管”可互换地使用，除非明确区分。真空系统24可操作地附接到导管12，用于将空气从传输空间18通过出口26排出，该出口26通过壁14被设置。导管12可由耦合到一起以限定传输空间18的多个分离部分构成，或可以由一体式结构构成。导管12和传输空间14的横截面形状可以是圆形、椭圆形、多边形或以其它形状并且基于效率来选择，如通过实验确定的，采用该效率，能量传输通过该系统。

[0067] 离子化部件被提供用于离子化在导管12内侧的等离子体前体气体100。然而应当立即确认，等离子体前体气体100同样可以在单独的室中进行，并且然后转移到传输空间18。尽管有这个选项，但是优选在导管12内的离子化以在持续的基础上处理带电粒子的再结合。预计可能存在返回到不希望的气体或气化物状态的一些再结合；等离子体前体气体普遍符合在离子状态中是导体并且在气体状态中是绝缘体的玻色-爱因斯坦原理。借助于紫外线、X射线、放射线、发光金属、燃烧气体和电子碰撞的离子化都被考虑，但是前者的手段是优选的。

[0068] 人们认识到，合适波长的激光束可以穿透并且离子化很远距离的气体或气化物介质。因此，提供离子化束发射部件28，其用于发射离子化束30(“激光束”)到传输空间18中，该传输空间18已用等离子体前体气体100带电。在此使用的术语“离子化束发射部件”不仅包括目前已知的激光器和激光二极管，而且还包括将在介质中激发离子化的高球面发射强度的其它光源。激光器利用能级之间的原子或分子的固有振荡，用于生成一个或多个离散频率的高度放大和相干的电磁辐射的束。用于离子化等离子体前体气体100的激光器部件应当关于能量、脉宽和波长来选择。传输空间18必须清理、干燥、擦洗会阻碍等离子体前体气体100的完全离子化的任何催化剂或杂质。

[0069] 包裹镜32横跨导管12的第一端部12A的开口来安装，并且固体反射镜34横跨相对的端部12B的开口来安装。包裹镜32和固体镜34具有分别面向传输空间18的反射表面36和38。包裹镜32允许通过束发射部件28所生成的离子化束30进入到传输空间18中的通路，但不允许光以相反的方向穿过，而是将它反射回到反应空间18中。在传输空间18内的离子化束30的反射促进等离子体前体气体100的均匀光电离。

[0070] 为了确保整个传输空间18的等离子体前体气体100的均匀光电离，壁14的内侧表面40必须在反射光特别是在UV范围中的短波光的方面是高度有效的。可替代地，可以采用光学腔或光谐振器技术，并且其由形成用于光波的驻波腔谐振器的镜子的布置组成。光学腔是激光器的主要组件，其包围增益介质并且提供激光的反馈。在腔中限制的光多次反射产生用于某些谐振频率的驻波。

[0071] 一旦等离子体前体气体100被离子化以实现所需的等离子体密度，则等离子体组分响应于在传输空间18内施加的磁场，基本上分离成与纵轴16平行运行的区域化通道。每个通道主要由单个等离子体组件(即电子、离子或中性粒子)组成，并且从第一端部12A到第二端部12B，沿着传输空间18的整个长度被建立。一个通道主要由自由电子(“电子通道”或“电子路径”)组成，并提供最小阻力的路径，用于穿过其中的能量的传输。磁场产生部件的几个实施例如下描述。通常，均匀的轴向磁场首先在贯穿包含离子化气体的传输空间中建立，以将等离子体分离成其离子、电子和中性粒子成分部分，每一种组分类型占据与纵轴16平行的基本上分离的区域，每个区域具有不同程度的导电性。此过程可被称为等离子体的“层化”。

[0072] 在第一实施例中，磁场通过导管12本身在传输空间18内产生，该导管12的圆柱形壁14由具有变化的磁化方向44(即“Halbach圆柱体”)的磁区段42的阵列组成，该变化的磁化方向产生被限制于导管12的传输空间18的磁通。本领域技术人员将认识到，导管12的外部内部半径比在实现传输空间18内的所需磁通上起关键作用，如同每个磁化区段42的磁化数量和方向。参考图3，可以观察到，由K＝2种类的圆柱体产生的磁场方向是均匀地底部到顶部(横向向上)，如由矢量场箭头46所指示的。K＝2Halbach布置产生均匀磁场。这种布置的变型在图4中示出，其中成形为楔形件48的多个永磁体被组织成所需的空心导管12。由Abele和Jensen提出的这种布置同样提供了传输空间18内的均匀场。每个楔形件48的磁化方向使用Abele给出的一组规则计算，并允许在壁14的形状和传输空间18中大的自由度。具有非均匀磁场的实施例也可以使用。注意，通过将磁化方向44改变成不同的图案，传输空间18内的磁通量变得更复杂，如由矢量场箭头46所显示的。这种布置相应产生更复杂的通道布置，包括例如同一等离子体组分的一个以上的通道。因此，通过这些布置在单个传输空间
18内可以生成一个以上的电子路径。

[0073] 在称为“磁性轧”的另一种设计变化中，磁场产生部件在导管12的外部，并且在一个实施例中由多个均匀磁化杆50组成，该均匀磁化杆围绕与其纵轴16平行的导管12的圆周被逐渐间隔开。杆具有相对于另一个的磁化44的不同横截面方向，以模拟产生Halbach圆柱体效应的场。如可以观察到的，所示的布置与k＝2的Halbach圆柱体紧密相关。彼此相对的转动杆50产生许多可能性，包括动态可变场和各种偶极配置。提供导管12的外部的磁场产生部件的实施例具有允许导管由导电或非导电材料制成的优点。半刚性聚合物、陶瓷和玻璃可被考虑。

[0074] 在另一个实施例中，在导管外部的电磁场产生部件由至少一个电磁体组成，该至少一个电磁体被布置成赋予传输空间18内的电磁场，用于等离子体组分到所需纵向通道中的分离。四极电磁体是说明性的，但对于适合于长距离电力传输的长度的导管可能不是理想的。

[0075] 再次参考图1B，一旦“区域化”磁场在传输空间18内建立，并且等离子体组分被分离到轴向对准的区域中，则电流“I”从电源52抽出并穿过与磁场“B”垂直的导管12，产生具有大小和方向两者的电磁力“F”(洛仑兹力)。为简单起见，磁场“B”示出在两个永久磁体54A、54B之间，而不是上述的磁场产生部件之间。力F的方向是由磁场8和根据弗莱明(Fleming)的左手定律的电流I的方向决定。外部电磁力(洛伦兹力)的施加将对等离子体分层并且基本上彼此分离等离子体组分。一旦分离，则所施加的电动势将从点到点开发自由电子的路径，具有很少或没有阻力。所利用的等离子体前体气体或气化物100是顺磁性的，并且将被吸引到电磁场或从电磁场排除出。质量/电荷比对于电子、离子和中性粒子是不同的，其导致对外部场更大或更小的吸引力。因此，每个等离子体组分响应于具有更大或更小的空间位移的力。

[0076] 实施例可以形成具有用于提取不希望离子的一个或多个质量分离过滤器的封闭等离子体导体(CPC)。图5A-B和8A-8C的鳍片可以用作质量分离过滤器，其中40表示离子束在其中流动的容器表面，并且磁场和/或电场可以用来控制在束中的离子运动，以使得过滤器可以去除不希望的离子。鳍片可以从表面延伸出来并具有多种路径，例如螺旋、圆形(图5A-5B)或其它所需的路径。

[0077] 基于在应用中已经描述的Halbach磁性布置，永磁体的布置影响在CPC内侧的带电粒子。某些布置可以吸引不同的质量离子朝向室壁或朝向中心排斥。在不希望的离子已被吸引以沿着室壁移动的情况下，提取可以通过此处描述的方法用过滤器完成。然后在CPC的下一区段中，不同的Halbach布置吸引不同的质量的离子到过滤器等，直到仅所需的离子(产物)继续行进。

[0078] 鳍片型质量分离过滤器已被添加到CPC。掺杂剂、供体、接收器、“吸气剂”(getter)同样可以以在实施例变体中描述的方式来使用。优选实施例是由铁磁性材料制成的“鳍片”型过滤器，该铁磁性材料在可成形材料中束缚，以成形鳍片型离子过滤器，其在如图8A-8C中示出的CPC内侧成环形。可以施加掺杂剂。在特定实施例中，鳍片也可以是Halbach磁体，这意味着它是离散磁场的分段极点设置的合成体，以增强或取消在三维平面中的通量。

[0079] CPC同样可以适于以常规方式产生的离子化。Tanjyo等人的美国专利5,189,303和Brailove等人的美国专利6,803,590教导这种传统的离子化方法。Tanjyo和Brailove都采用传统的离子化室。Tanjyo使用细丝来诱导在室和细丝之间的电弧放电；而Brailove使用采用射频装置将电子离子化的RF天线。因此，Tanjyo和Brailove的离子化生产技术可用本质量分离方法来实现。

[0080] 本发明的实施例可以通过质量将离子与离子化的气体或气化物分离，将不希望的离子从成为本发明产物的离子消除。Tanjyo使用用于质量分离的Wien过滤器，并且Brailove使用独特设计的准直器壁，其中磁场被调整以发射所需的离子，同时通过与准直器壁的碰撞消除不同质量的不必要的离子。

[0081] 使用上述即Brailove的传统设定，本CPC发明将由传统的离子化源、传统的电极组(除了它们将是管状的之外)组成，并且将用一个以上的新颖特征取代Wein过滤器和Brailove准直器壁。

[0082] 通过修改传统的CPC设计，如贯穿本申请教导的“鳍片”可以用作质量分离过滤器，该传统的CPC设计通过将“鳍片”设置在在等离子体电极之后并在加速和接地电极之前。“鳍片”过滤器可以包括在CPC本身内侧的圆柱形架子或盆。考虑离子化气体或气化物以及所使用的Halbach阵列测量的当前性质，延伸到CPC中的距离的这种测量完全匹配不希望的离子与产物离子的空间分离。

[0083] 以举例的方式，如果具有最大质量的离子将要被提取，则Halbach阵列被组装以吸引该质量离子到室壁，并且“鳍片”将以与质量体积群体将占据的相同距离被设定。

[0084] 在实施例中，在CPC“鳍片”中，在通过第一过滤器之后，CPC的下一部分可以用以下部件组装：吸引不同的离子到室壁的不同的Halbach配置；和附加的正确测量的过滤器以提取在该位置处的离子组。等等。

[0085] 可以理解，“鳍片”过滤器的概念可以采取任何数量的形状，优选的实施例在此解释。为了CPC的目的，我们将这个标记为“鳍片”过滤器，因为如果海豚以与离子流相同的方向游动，则它类似于(在横截面中)海豚的背鳍。因此放置朝向离子束的鳍片的后部，使得与CPC的壁形成杯子。鳍片的背侧部分最接近于CPC的中心，并且鳍片漏(drain)的前部在下游。

[0086] 应该理解，在该鳍片漏设计的横截面观看，即鳍片可以分成任何数量的部分。在优选实施例中，鳍片分成三个部分：后部、背部和前部。

[0087] “鳍片”可以采用在粘合剂并且可能是掺杂剂中的铁磁材料来制造。铁磁材料可独立于CPC的壁，在其自己的Halbach阵列中磁化，除了通量在所需的一侧上布置，并且在其中杂散场是不希望的一侧上取消。各种置换可以实施。在优选实施例中，“鳍片”磁场可以在三个部分和三个相应的磁场中描述。鳍片电荷/极性可以是除CPC磁场以外，或同样取消到相同的程度。鳍片可以用于在任何组合中携带电荷或极性。

[0088] 在实施例中，鳍片的后部部分是增加到CPC的正场。背部不具有电荷，这意味着后部和前部已被布置以取消背侧。鳍片的前部部分具有负电荷。任何数量的电荷或极性配置可以设计到鳍片，鳍片调整背景CPC磁场以产生用于提取的最优解决方案。

[0089] 过滤器可以借助于缝隙、格栅(grate)或洞来提取不希望的离子。离子将在统一的磁场中具有圆形运动。在优选实施例中，洞用于一路上分隔到鳍片漏的后部部分的最低点，并且出来，并且到鳍片漏的背部部分上。不仅是洞被设定尺寸以适应不希望离子的提取，而且图案尺寸和形状被计算以优选将选择性消除的离子的质量和圆周运动。

[0090] 此外，洞本身可以使用在洞内侧的铁磁复合材料，以Halbach磁性小的通量场来增强，使得洞本身对于要提取的离子更有吸引力。

[0091] 在鳍片漏之前的实施例中，在CPC内壁的薄层中的穿孔可以闭合、打开，以周期性地或连续地释放移动到漏并且可能提取的“吸气剂”。

[0092] 本发明寻求引入最优可调变量，以满足产物离子的需要。

[0093] 本发明的实施例涉及用于提取所需或不希望的离子的质量分离过滤器。实施例包括用于选择离子的提取的至少一个环形鳍片200，该至少一个环形鳍片200从壁14的内侧表面40突出，用于选择离子的提取。鳍片可位于沿着在第一端处的等离子体电极和在第二端处的加速和/或接地电极之间的离子化室的长度的任何点处。在图8A-8C中示出的实施例中，鳍片200具有其中弯曲到导管12的第一端12A的方向的特定横截面形状。其它鳍片的横截面形状包括块状鳍片、具有到第一端12A的方向的尖锐迎角的鳍片，以及悬臂式鳍片。然而，该列表不是穷举的，并且对于本领域技术人员显而易见并且具有本公开益处的其它鳍片的横截面被考虑。

[0094] 图5A示出在沿着离子化室的长度的点处的实施例的局部径向横截面，在该点处存在鳍片。图7示出具有至少两个鳍片的实施例的局部纵向横截面；粒子m1和m2质量不同并因此由磁场不同地影响。这允许在沿着离子化室的长度的各点处不同质量的离子收集。在进一步的实施例中，鳍片数量和/或离子化室的长度为如此使得在其到达导管12的第二端12B时，仅所需(或不希望的)质量的离子保留在等离子体中。

[0095] 鳍片可以以各种方式捕获离子。在实施例中，鳍片独立于CPC的壁在其自己的Halbach阵列中被磁化。在图8A中所示的实施例中，鳍片具有在面向导管12的第一端12A的部分上的正极性区域205，在面向导管12的第二端12B的部分上的负极性区域210，以及在最接近纵轴16的鳍片部分上的非磁化区域215。在其它实施例中，正的、负的和非磁化部分不同地分布，或者并不都存在。

[0096] 在实施例中，鳍片通过将磁性材料引入到基板材料中制成。在进一步的实施例中，材料是添加到聚合物中并压缩或注射成模成所需鳍片形状的铁磁材料。在特定实施例中，鳍片包含诸如Nd2Fe14B的钕铁硼磁铁。在其它实施例中，鳍片可以另外包含一种或几种掺杂剂、供体、接收器和/或吸气剂。

[0097] 在图8C中所示的实施例中，在CPC的壁内侧的表皮中存在多个穿孔220，其可周期性或连续地闭合或打开以释放吸气剂，该吸气剂向鳍片移动并被提取。图8C同样示出位于鳍片中以适应离子提取的多个洞230。洞的图案尺寸和形状可被调节以优选选择性消除的离子的质量和圆周运动。此外，洞可以使用铁磁复合材料，通过Halbach磁性小的通量场来增强，使得洞本身对于要提取的离子更有吸引力。待发射的能量可以经由与在第一端部分12A处或其附近的传输空间18可操作通信的能量输入部件直接引入到电子路径中。在优选实施例中，能量输入部件由双曲发射电极56组成，该双曲发射电极56通常插入到在导管12的第一端部分12A处的传输空间18中，并且特别插入到由电子路径占据的传输空间18的区域中。可替代地，当电子路径与壁14的至少一部分邻近时，能量可引入到导电壁14本身中，于是它将跳到最小阻力的路径，即邻近的电子路径。要发射的能量从能量源52抽出。在一个实施例中，能量源52可以是变压器或Cockcroft-Walton(CW，不与用于“连续波”的缩写混淆)发生器或“倍增器”，其基本上是将AC或脉动DC电源从低电压电平转换到较高的DC电压电平的电压倍增器。它由电容器的电压倍增器梯形网络和二极管组成，以生成高电压。不像变压器，该方法消除了对于重芯和所需的绝缘/灌封堆积的要求。仅使用电容器和二极管，这些电压倍增器可以将相对低的电压升压到极高值，而在同间远比变压器更轻并且更便宜。这种电路的最大优点是横跨级联的每个级的电压仅是峰值输入电压的两倍，所以它具有需要相对低成本的组件并且易于隔离的优点。人们同样可以从任何级的输出抽头(tap)，如同多抽头的变压器。

[0098] 在操作中，清洁的、干燥的、密封的导管被提供。导管12的内部必须擦洗，以消除可能妨碍介质的完全离子化的任何污染物。导管12可以用诸如铯的所谓“吸气剂”冲洗，以消除任何催化剂。所有流体通过真空系统24从传输空间18排出。等离子体前体气体100然后从存储单元22提取，并经由入口20引入导管12并且进行压力验证。各种等离子体前体气体或气化物可以被采用。例如，钛气化物特别适合，因为它是仅具有一个价电子的碱性金属，并且因此是高度反应性的。锂气化物也可以是理想的。离子化束发射部件28被激活，以生成离子化束30并且离子化被带到最高可持续的水平。电力被提供给可能需要它用于操作的任何磁场产生部件(例如电磁多极)。电势经由发射电极56和双曲接收电极58轴向地横跨传输空间18并与磁通正交来施加，发射电极56和双曲接收电极58中的后者位于导管12的第二端12B处。双曲发射电极56和接收电极58的对焦点分别彼此面对。两个电极的端部被插入到传输空间18中，距第一端12A和第二端12B的距离足以解释影响磁场的均匀性的任何“末端效应”。一旦电磁场产生，则等离子体到其组分部分的分离发生，产生与纵轴16平行的每个组分的空间隔离通道。来自电源52的高阶能量然后再次经由发射电极56被引入传输空间18中，并且沿着具有从点到点的低阻力或不具有阻力的至少一个隔离的电子路径，通过传输空间发送。能量由在导管12的端部12B处的接收电极58来接收，并且例如与诸如电容器组的能量恢复部件60通信。导管12持续地被监视操作期间的泄漏。

[0099] 提供了用于设备10的辅助系统。设备10的操作在位于能量传输线路的端部处的两个控制面板处被监视，全部所需的信息通过沿着导管12的几个点处安装的用于离子化水平、真空质量的探针提供给所述控制面板。用于系统的用于监视、观察并且校正等离子体密度的合适位点将位于在部件之间的接合处。系统应保护以避免极端事件，诸如具有真空损失的导管12的破裂，为此，快速真空闸阀应安装在沿着导管的一定距离处。对于在0:5秒下的闸阀响应时间，并给定时间以从线路排出所有能量，总的能量损失应该是最小的。

[0100] 如现在应理解的，本设备10是设计的室温导体。设备10用作用于通过修改的等离子体容纳导管从远程能量源将高阶能量传输到用于进一步分配的负荷中心中的部件。在最简单的术语中，本发明是在管中的玻色子能量载体。因为磁场和EM场配置都几乎是无限的，并且不同的等离子体介质对于宽范围的带电粒子是导电的，所以通过该管的运动可以以有用的方式被操纵。

[0101] 本发明的方面，诸如控制打开和关闭、移动和调节质量分辨孔的开口，以及分析下游的束，可以在诸如由计算机执行的程序模块的计算机可执行指令的一般上下文中描述。一般而言，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实现特定抽象数据类型。此外，本领域的技术人员将理解，本发明可以用各种计算机系统配置，包括多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、小型机、大型计算机等实施。任何数量的计算机系统和计算机网络都可以接受用于本发明。

[0102] 具体的硬件装置、编程语言、组件、过程、协议以及包括操作环境等的众多细节被阐述以提供本发明的彻底理解。在其它情况下，结构、装置和方法以方框图的形式而不是细节来示出，以避免模糊本发明。但普通的技术人员将理解的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实践。计算机系统、服务器、工作站和其它机器可以横跨包括例如一个或多个网络的通信介质而彼此连接。

[0103] 正如本领域的技术人员将理解的，除其它事项之外，本发明的实施例可以体现为：方法、系统或计算机程序产品。因此，实施例可以采取硬件实施例、软件实施例，或组合软件和硬件的实施例的形式。在实施例中，本发明采取包括在一个或多个计算机可读介质上体现的计算机可用指令的计算机程序产品的形式。

[0104] 计算机可读介质包括易失性和非易失性介质、瞬态和非瞬态介质、可擦除和不可擦除介质，并考虑通过数据库、开关和各种其它网络装置可读的介质。以举例的方式，而非限制，计算机可读介质包括用于存储信息的以任何方法或技术实现的介质。存储信息的示例包括计算机可用指令、数据结构、程序模块以及其它数据表示。介质示例包括但不限于，信息传递介质、RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM，数字多功能光盘(DVD)、全息介质或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器，以及其它磁存储装置。这些技术可以随时、暂时或永久存储数据。

[0105] 本发明可在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和包括存储器存储装置的远程计算机存储介质中。计算机可用指令形成接口，以允许计算机根据输入源反应。这些指令与其它代码段合作，以响应于结合接收数据的源接收到的数据来启动各种任务。

[0106] 本发明可以在诸如通信网络的网络环境中被实践。这种网络被广泛地用于连接诸如路由器、服务器、网关等的各种类型的网络元件。此外，本发明可以在具有各种连接的公共和/或专用网络的多网络环境中实践。

[0107] 网络单元之间的通信可以是无线或线缆的(有线的)。如将被本领域的技术人员理解的，通信网络可以采取几种不同的形式，并且可以使用多种不同的通信协议。并且本发明不受本文所描述的形式和通信协议限制。

[0108] 本文提及或引用的所有专利、专利申请、临时申请和出版物通过引用并入其全部内容，包括所有附图和表格，只要它们不与本说明书的明确教导不一致。

[0109] 应当理解的是，在此所描述的示例和实施例仅用于说明性的目的，并且根据它的各种修改或变化将被建议给本领域的技术人员，并且包括在本申请的精神和范围内。

[0110] 尽管本发明已参照在此所阐述的具体实施例进行了描述，但应该理解的是，本公开已经仅通过举例的方式做出，并且在结构细节上的许多变化可被诉诸而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的范围不应由上述说明书限制，而仅由所附的权利要求书的范围限制。