一种大束径离子源及屏栅

摘要

本发明涉及一种大束径离子源，包括：气体电离装置、离子光学系统和中和装置，其中气体电离装置用于产生等离子体，离子光学系统用于从等离子体中抽取离子束并加速，中和装置用于向离子束发射电子生成中性离子束；该大束径离子源的发射口径为100～200mm；所述离子光学系统包括在同一中心线上轴向间隔设置的屏栅和加速栅，该屏栅中部设有带栅孔的栅孔区，栅孔区的栅孔孔径沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大。本发明的大束径离子源，通过设计变孔径屏栅，使屏栅孔径与屏栅抽取的等离子浓度分布相匹配，进而通过不同的孔径抽取相同的束流密度，达到改善束流均匀度的目的，可产生束流宽、方向性强的离子束，且有效束径及均匀度大，束流稳定性强。

权利要求

1.一种大束径离子源，包括:气体电离装置、离子光学系统和中和装置，所述气体电离装置用于产生等离子体，所述离子光学系统用于从所述等离子体中抽取离子束并加速，所述中和装置用于向所述离子束发射电子生成中性离子束；其特征在于，所述大束径离子源的发射口径为100～200mm；所述离子光学系统包括在同一中心线上轴向间隔设置的屏栅和加速栅，所述屏栅中部设有带栅孔的栅孔区，所述栅孔区的栅孔孔径沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大，其中，所述屏栅的栅孔区为圆形，所述栅孔区被分成面积相等的多个区域，所述多个区域包括一个中心圆以及围绕所述中心圆的多个同心圆环，每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，不同区域的栅孔孔径从栅孔区圆心向外逐渐增大；其中，所述多个区域中栅孔的孔径通过以下公式计算：其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、

2、……、m，ds(m)为第m个区域对应的栅孔孔径；ni(i)为第i个区域对应的等离子体浓度，ni(m)为第m个区域对应的等离子体浓度；Te(i)为第i个区域对应的电子温度，Te(m)为第m个区域对应的电子温度；ts为屏栅厚度。

2.根据权利要求1所述的大束径离子源，其特征在于，所述气体电离装置包括放电室以及内部的主阴极、筒形阳极和电磁线圈；所述放电室设有气孔用于通入惰性气体；所述主阴极和离子光学系统分别位于所述放电室的轴向两端；所述主阴极用于发射电子；所述筒形阳极中间的区域构成气体放电区；所述电磁线圈位于筒形阳极外侧，用于产生高频电场；所述主阴极在阳极电场的作用下发射电子；进入气体放电区的惰性气体受电子轰击引发放电形成等离子体。

3.根据权利要求2所述的大束径离子源，其特征在于，所述放电室为圆筒形，所述放电室的长度与发射口径的比值为0.4～0.6:1。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的大束径离子源，其特征在于，所述大束径离子源的离子能量范围为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm2，有效束径与发射口径之比为85％～95％。

5.一种屏栅，用于大束径离子源，其特征在于，所述大束径离子源的发射口径为100～

200mm,所述屏栅中部设有带栅孔的栅孔区，所述栅孔区的栅孔孔径沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大，其中，所述屏栅的栅孔区为圆形，所述栅孔区被分成面积相等的多个区域，所述多个区域包括一个中心圆以及围绕所述中心圆的多个同心圆环，每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，不同区域的栅孔孔径从栅孔区圆心向外逐渐增大；其中，所述多个区域中栅孔的孔径通过以下公式计算：其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、

2、……、m，ds(m)为第m个区域对应的栅孔孔径；ni(i)为第i个区域对应的等离子体浓度，ni(m)为第m个区域对应的等离子体浓度；Te(i)为第i个区域对应的电子温度，Te(m)为第m个区域对应的电子温度；ts为屏栅厚度。

说明书

一种大束径离子源及屏栅

技术领域

[0001] 本发明涉及离子束技术领域，更具体地说，涉及一种大束径离子源及屏栅。

背景技术

[0002] 离子束加工是当代微电子机械系统(MEMS)微纳精密加工的重要工艺之一。离子源是离子束加工系统的核心，主要有电子轰击(Electron Impact，EI)离子源、霍尔(Hall)离子源和射频(Radio Frequency，RF)离子源三大类。霍尔离子源的缺点是：离子能量低，调节范围较小，污染严重，气耗较大，基片受离子源灯丝烘烤升温高，不能用于冷镀，工作参数由于无栅受影响，不易稳定。射频离子源的不足是：射频电容耦合产生较大的等离子体电势和栅网溅射速率，价格昂贵，稳定性差，干扰多，气耗大，石英放电室需经常维护、定期更换。而卡夫曼(H.Kaufman)离子源是目前最常用的电子轰击宽束离子源(BBIS)，涉及电子发射、电子种类变迁、粒子碰撞、中性原子电离、气体放电、等离子体物理及化学、离子束形成及传输等多种过程。采用卡夫曼强发散场型离子源用于离子束加工，可以克服霍尔离子源和射频离子源的不足。

[0003] 然而，目前常用的卡夫曼离子源通常为小束径离子源，其设计的发射口径小于100mm。当设计大束径离子源时，通常面临诸多技术难题。其中一个非常重要的问题就是如何保障离子束流密度均匀性。因为随着发射口径的增大，等离子体浓度分布沿径向分布不均匀，导致离子光学系统抽取的束流也不均匀。因此，现有大束径离子源的束流密度均匀度不高。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有大束径离子源的束流密度均匀度不高的缺陷，提供一种采用变孔径屏栅来提高束流密度均匀度的大束径离子源及该屏栅。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大束径离子源，包括：气体电离装置、离子光学系统和中和装置，所述气体电离装置用于产生等离子体，所述离子光学系统用于从所述等离子体中抽取离子束并加速，所述中和装置用于向所述离子束发射电子生成中性离子束；其特征在于，所述大束径离子源的发射口径为100～200mm；所述离子光学系统包括在同一中心线上轴向间隔设置的屏栅和加速栅，所述屏栅中部设有带栅孔的栅孔区，所述栅孔区的栅孔孔径沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大。

[0006] 在根据本发明所述的大束径离子源中，所述屏栅的栅孔区为圆形，所述栅孔区被分成面积相等的多个区域，所述多个区域包括一个中心圆以及围绕所述中心圆的多个同心圆环，每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，不同区域的栅孔孔径从栅孔区圆心向外逐渐增大。

[0007] 在根据本发明所述的大束径离子源中，所述多个区域的栅孔孔径从栅孔区圆心向外等差值递增。或者所述多个区域中栅孔的孔径通过以下公式计算：

[0008]

[0009] 其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、2、……、m，ds(m)为第m个区域对应的栅孔孔径；ni(i)为第i个区域对应的等离子体浓度，ni(m)为第m个区域对应的等离子体浓度；Te(i)为第i个区域对应的电子温度，Te(m)为第m个区域对应的电子温度；ts为屏栅厚度。

[0010] 在根据本发明所述的大束径离子源中，所述气体电离装置包括放电室以及内部的主阴极、筒形阳极和电磁线圈；所述放电室设有气孔用于通入惰性气体；所述主阴极和离子光学系统分别位于所述放电室的轴向两端；所述筒形阳极中间的区域构成气体放电区；所述电磁线圈位于筒形阳极外侧，用于产生高频电场；所述主阴极在阳极电场的作用下发射电子；进入气体放电区的惰性气体受电子轰击引发放电形成等离子体。

[0011] 在根据本发明所述的大束径离子源中，所述放电室为圆筒形，所述放电室的长度与发射口径的比值为0.4～0.6:1。

[0012] 在根据本发明所述的大束径离子源中，所述大束径离子源的离子能量范围为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm2，有效束径与发射口径之比为85％～95％。

[0013] 本发明还提供了一种屏栅，用于大束径离子源，该屏栅中部设有带栅孔的栅孔区，所述栅孔区的栅孔孔径沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大。

[0014] 在根据本发明所述的屏栅中，所述屏栅的栅孔区为圆形，所述栅孔区被分成面积相等的多个区域，所述多个区域包括一个中心圆以及围绕所述中心圆的多个同心圆环，每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，不同区域的栅孔孔径从栅孔区圆心向外等差值递增。

[0015] 在根据本发明所述的屏栅中，所述屏栅的栅孔区为圆形，所述栅孔区被分成面积相等的多个区域，所述多个区域包括一个中心圆以及围绕所述中心圆的多个同心圆环，每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，所述多个区域的栅孔孔径通过以下公式计算：

[0016]

[0017] 其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、2、……、m，ds(m)为第m个区域对应的栅孔孔径；ni(i)为第i个区域对应的等离子体浓度，ni(m)为第m个区域对应的等离子体浓度；Te(i)为第i个区域对应的电子温度，Te(m)为第m个区域对应的电子温度；ts为屏栅厚度。

[0018] 实施本发明的大束径离子源及屏栅，具有以下有益效果：本发明的大束径离子源，通过设计变孔径屏栅，使屏栅孔径与屏栅抽取的等离子浓度分布相匹配，进而通过不同的孔径抽取相同的束流密度，达到改善束流均匀度的目的，可产生束流宽、方向性强、平度参数优异的离子束，有效束径及均匀度大，且束流稳定性强。

附图说明

[0019] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0020] 图1为根据本发明优选实施例的大束径离子源的结构图；

[0021] 图2为根据本发明优选实施例的大束径离子源中屏栅结构图；

[0022] 图3为图2中屏栅的栅孔区孔径设计示意图；

[0023] 图4为等离子体浓度径向分布曲线；

[0024] 图5为电子温度径向分布曲线；

[0025] 图6为根据本发明设计的发射口径为150mm的离子源的束流密度分布曲线；

[0026] 各标号表示如下：

[0027] 1-气孔；2-主阴极；3-筒形阳极；4-屏栅；5-加速栅；6-桥式中和器；7-电磁线圈；8-等离子体；9-中性离子束；10-放电室；11-中和室；12-法拉第探头；41-栅孔区；42-栅孔；43-安装孔。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

[0029] 在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图、原理示意图以及效果图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

[0030] 请参阅图1，为根据本发明优选实施例的大束径离子源的结构图。该大束径离子源包括气体电离装置、离子光学系统和中和装置。其中，气体电离装置用于产生等离子体，离子光学系统用于从等离子体中抽取离子束并加速，中和装置用于向离子束发射电子生成中性离子束。

[0031] 如图1所示，气体电离装置具体包括放电室10以及内部的主阴极2、筒形阳极3和电磁线圈7。放电室10可为圆筒形，其上设有气孔1用于通入惰性气体。离子光学系统包括屏栅4和加速栅5，两者在同一中心线上轴向间隔设置。主阴极2和离子光学系统分别位于放电室
10的轴向两端。筒形阳极3中间的区域构成气体放电区。电磁线圈7位于筒形阳极3外侧，用于产生高频电场。主阴极2在阳极电场的作用下发射电子。进入气体放电区的惰性气体受电子轰击引发放电形成等离子体8。屏栅4用于从等离子体8中抽取离子束，并经加速栅5加速。
中和装置包括中和室11及桥式中和器6。其中，中和室11和放电室10可以设计在同一真空圆筒中，也可以独立设置。桥式中和器6用于向经过加速栅5加速的离子束发射电子，进行中和形成中性离子束9而完成正负电荷中和。

[0032] 本发明设计的大束径离子源的发射口径为100～200mm，优选为150～200mm。该发射口径是指屏栅的栅孔区直径。本发明中可以通过向放电室10内充入离子源使其电离分解从而产生等离子体，例如本发明的实施例中离子源的惰性气体可以是氩气、氪气、氙气、氦气或氖气。

[0033] 请参阅图2，为根据本发明优选实施例的大束径离子源中屏栅结构图。本发明也相应提供了这样一种屏栅，该屏栅4的中部设有带栅孔42的栅孔区41。栅孔区41的外围设置有多个安装孔43，用于与加速栅5连接固定。屏栅4优选但不限于圆盘形。该屏栅4可以选用钼(Mo)或者石墨制备。栅孔区41可以根据需要设计为圆形、矩形或者其它形状。栅孔42的数量可以根据屏栅尺寸设计。请参阅图3，为图2中屏栅的栅孔区孔径设计示意图。从图3中可以看出，屏栅4上栅孔42的孔径d沿径向方向从栅孔区圆心向外逐渐增大。也就是说，从整体趋势来看，随着栅孔圆心与栅孔区41的圆心O的径向距离r的增大，栅孔42的孔径d也增大。在本发明的另一些实施例中，也可以将栅孔区41分为与栅孔区圆心O相距不同径向距离ri的多个区域。每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，而不同区域的栅孔孔径则随着径向距离ri的增大而增大。该径向距离ri可以为该区域的几何中心到栅孔区41的圆心O的距离，也可以为该区域中的位置点到栅孔区41的圆心O的最大距离。本发明的屏栅孔径是与屏栅抽取的等离子浓度分布相匹配的，由于等离子体浓度沿径向向外逐渐降低，因此将屏栅的孔径设计为沿径向从内至外逐渐增大，可以通过不同的孔径抽取相同的束流密度，达到改善束流均匀度的目的。

[0034] 在本发明的优选实施例中，屏栅4的栅孔区41为圆形。该栅孔区41可以分成面积相等的多个区域，例如分为一个中心圆以及围绕该中心圆的多个同心圆环。每个区域内设置相同孔数的栅孔，且同一区域内栅孔孔径相等，不同区域栅孔孔径从栅孔区圆心向外逐渐增大，即随着该径向区域的径向距离ri的增大而增大。例如，图3中栅孔区41的直径为9cm，2
若分成四等份，每块面积约为16cm 。中心圆和3个等面积圆环的外圆半径分别为r1＝
2.25cm，r2＝3.2cm，r3＝3.9cm，r4＝4.5cm。中心圆和各个圆环内的孔数相同，且同一区域内部的栅孔孔径相等。本发明中划分的区域数量可根据栅孔区的大小设定。由于存在束散角，不同区域的子束有一定的交叉，所以该栅孔变化区域不必划分得过细。对于10cm离子源即上述栅孔区直径为9cm的栅极可分为4个区域，便可以得到很好的均流效果。其它尺寸的屏栅栅孔区的区域数量可以按照面积比放大即可。也就是说，该数量与栅孔区的面积成正比，即栅孔区越大，划分的区域越多。应该说明地是，虽然本发明的实施例采用圆形的栅孔区对栅孔孔径设计的具体过程进行了描述，但是本发明并不限于此，本发明的变孔径设计方法同样适用于其他形状的栅孔区。

[0035] 本发明可以采用两种不同的方式设计各个区域的栅孔孔径。第一种方式是，以等差值递增的方法计算各个区域的栅孔孔径。例如，

[0036] ds(i)＝ds(m)-(m-i)d；      (1)

[0037] 其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、2、……、m，d为相邻区域的栅孔孔径的差值，可根据经验设置。通常情况下，径向距离最大的栅孔孔径可取典型值，例如ds(m)＝2mm。当差值d＝0.2mm，m＝4时，将这些值分别代入式(1)，可确定各区的孔径分别为ds(1)＝1.4mm，ds(2)＝1.6mm，ds(3)＝1.8mm，ds(4)＝2.0mm。
该栅孔孔径计算方式简单，且能够达到很好的均流效果。

[0038] 进一步地，本发明经过研究发现离子光学系统抽取的束流与栅孔面积成正比，而注入栅孔的离子数与栅孔上游的等离子浓度ni(r)有关。r为径向距离。并且，由于等离子体浓度分布沿径向不均匀，电子温度沿径向也有一定的变化。因此，在本发明的第二种方式中，通过设计一种变孔径屏栅，使屏栅孔径ds(r)与浓度ni(r)和电子温度Te(r)分布相匹配，即屏栅上不同径向位置的屏栅孔径按该位置的浓度ds(r)和电子温度Te(r)来确定，则可利用不同的孔径抽取相同的束流密度，提高束流均匀度。具体地，本发明通过拟合出以下公式(2)来计算栅孔区41的多个区域的栅孔孔径：

[0039]

[0040] 其中，m为栅孔区的区域数量，ds(i)为从内到外第i个区域对应的栅孔孔径，i＝1、2、……、m，ds(m)为第m个区域对应的栅孔孔径；ni(i)为第i个区域对应的等离子体浓度，ni(m)为第m个区域对应的等离子体浓度；Te(i)为第i个区域对应的电子温度，Te(m)为第m个区域对应的电子温度；ts为屏栅厚度。

[0041] 通常情况下，径向距离最大的栅孔孔径可取典型值，例如ds(m)＝2mm。屏栅厚ts也可取典型值0.4mm。则其它区域的孔径ds(i)可通过以下公式(3)计算：

[0042]

[0043] 由上式可知，只要能够确定各区域的等离子体浓度和相对电子温度，就可以确定相应的孔径ds(i)值。

[0044] 本发明中可以预先使用常规屏栅和加速栅系统测出屏栅附近的等离体子浓度和电子温度分布，然后计算出中心圆和各个圆环的等离子体浓度和电子温度作为参考值，代入上述公式中得出各个区域的孔径。例如，在以下典型工作条件下测量等离子体浓度和电子温度：Vn＝800eV，Jb＝0.7mA/cm2，R≥0.8，η＝65％，Ib＝78mA，Pd＝450eV/Ion,P＝2.7×10-2Pa；其中Vn为净加速电压，Jb为平均束流密度，R为净加速电压和总加速电压之比；η为气体效率，Ib为离子束流，Pd为放电功耗，P为工作时气体压强。首先，测出束流密度分布曲线。
然后，根据等离子体浓度分布与束流分布轮廓镜像原理，可认为是屏栅附近的等离子体浓度径向分布，如图4所示。再由转变出的相对等离子体浓度径向分布得到各区的相对平均浓度为0.37，0.53，0.71和0.92，推算出的峰值等离子体浓度 相对电子温
度在屏栅附近的径向分布可以引用马斯科(T.D.Masek)的实验结果。如图5所示，峰值电子温度 由图可确定各区的相对平均电子温度分别为0.28，0.45，0.64，0.88。将这些值分别代入式(3)，可确定各区的孔径分别为ds(1)≈1.25mm，ds(2)≈1.40mm，ds(3)≈
1.62mm，ds(4)≈2.0mm。本发明使用该屏栅制备的离子源在在加速栅孔径da＝1.4mm的情况下测得束流归一化轮廓曲线，并与常规的均孔径屏栅相比较，可以看到本发明通过变孔径设计后，束流均匀度明显提高，可达75％。

[0045] 在本发明的另一个具体实例中。当设计发射口径为150mm的离子源时，屏栅栅孔区的直径为150mm，分成11等份，每块面积约为16cm2。中心圆和10个等面积圆环的外圆半径分别为r1＝2.25cm，r2＝3.2cm，r3＝3.9cm，r4＝4.5cm，……。中心圆和各个圆环内的孔数相同，且同一区域内部的栅孔孔径相等。通过前述图4和图5的曲线可以外推得到各个区域的等离体子浓度和电子温度，并将最外圆环的栅孔孔径取典型值，可通过公式(2)计算出各个区域的栅孔孔径。实验证明，按这种孔径设计制造的屏栅，在加速栅采用均孔径栅极da＝1.4mm时，束流均匀度可达80％。可以理解地是，本发明的大束径离子源中，加速栅5可以采用常规的均孔径栅极，即栅极的各个栅孔孔径均相等。该加速栅5也可以采用与本发明中屏栅4一样的变孔径栅极。

[0046] 本发明的大束径离子源的离子能量范围为200～1000eV，离子束流密度为0.2～0.8mA/cm2，有效束径与发射口径之比为85％～95％。下面对本发明的大束径离子源的具体性能参数进行介绍。以发射口径Φ＝150mm的大束径离子源为例：

[0047] (一)设计要求：

[0048] 1、有效束径Φb：≧150mm；

[0049] 该有效束径按照标准刻蚀条件下，即最佳化有效束径条件，离子束能量Ei＝800eV，平均束流密度Jb＝0.6mA/cm2，按束流密度变化±5％确定。

[0050] 2、束流峰值密度Jbmax：≧0.7mA/cm2。

[0051] 该束流峰值密度按照离子束刻蚀实用标准，按适用于光刻胶掩模和最佳化有效束2
径定标，离子束流密度：0.2～0.8mA/cm。

[0052] 3、有效束径与发射口径之比达到90％。

[0053] (二)参数设定：

[0054] 1、离子束能量Ei设为800eV(可调范围0～1200eV)；

[0055] 该离子束能量按照离子束刻蚀实用标准，按适用于光刻胶掩模和最佳化有效束径定标，即离子能量范围为200～1000eV，离子束束流密度为0.7mA/cm2。

[0056] 2、加热放电电源即阳极弧电压设为45V(可调范围0～100V)，阳极弧电流设为1.3A(可调范围0～5A)，加速极电压设为280V(可调范围0～600V)。

[0057] 3、磁感应强度设为1.8×10-4T。

[0058] 4、本底压强设为4.0×10-4Pa(可调范围≦5.0×10-4Pa)；

[0059] 工作压强设为2.0×10-2Pa(可调范围≦1.0×10-4Pa)。

[0060] Ar+离子束刻蚀氩气工作压强：2.0×10-2Pa。

[0061] 5、离子源的真空圆筒的内径为170mm，即放电室10和中和室11的内径均为170mm。本发明还通过实验拟合了该口径的离子源放电室长度与放电室性能的关系，得出最小放电功耗和气体利用率两者兼顾的放电室长度与发射口径的比值约0.4～0.6:1。更优选地，该放电室长度与发射口径的比值为1:2时，能够达到最小的放电功耗，和最大的气体利用率。

[0062] (三)数据测定过程：

[0063] 1、先机械泵单机工作、后机械泵和分子泵双机工作，使真空室即放电室10和中和室11的真空度达到本底压强。

[0064] 2、将氩气充入气孔1，启动加热放电电源产生辉光放电将氩气原子电离形成等离子体8，经屏栅4、加速栅5以及桥式中和器6，将等离子体8抽取、成束、加速、中和成中性离子束9。

[0065] 3、用法拉第探头12在0～170mm范围内，每隔4mm测试单位面积内离子束束流即离子束流密度，所得离子束流密度分布曲线如图6所示。图6中横轴为法拉第探头12所处的横向位置，竖轴为离子束流密度。经过综合性能分析，该离子源的有效束径Φb为133.77mm，离2
子束流密度Jb为0.69mA/cm。有效束径与发射口径之比高达89.18％。

[0066] 综上所述，本发明采用的卡夫曼强发散场型、大束径离子源用于离子束加工，可以克服霍尔离子源和射频离子源的不足。并且具有以下特点：

[0067] 1、采用高居里点永磁发散场、匹配等离子体浓度分布的变孔径栅极、反射热发射电子式主阴极组件等技术，可产生束流宽、方向性强、平度参数优异的离子束，有效束径及均匀度大，有效束径与发射口径之比为可达85％～95％，束流稳定性优于±1％/小时；栅极加速能量大，能量带宽集中、调节范围大。

[0068] 2、离子束能量和束流密度可单独调整、控制、再现，工艺灵活性好，稳定性高，工作性能优良，使用领域广泛。

[0069] 3、在标准条件下(800eV，0.7mA/cm2)，离子源运行功耗<200W，运行功耗低，工作效率高；无水冷结构，便于维护。

[0070] 4、本发明采用插装式结构和无水冷结构，便于拆装清洗和维护，重量轻，结构稳定性高，工作参数有效重复性达95％以上。

[0071] 5、高效率的中和与耦合运行，延长了等离子体桥式中和器(PBN)的使用寿命。

[0072] 6、本发明的大束径离子源运行可靠性高，性价比好，既方便研究试验，也适用批量生产。

[0073] 本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。