阅读说明：本技术 一种可平动和转动的激光溅射离子源 (Laser sputtering ion source capable of translating and rotating ) 是由 韩昌财 刘洪涛 费泽杰 王永天 董常武 洪静 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可平动和转动的激光溅射离子源,包括转动机构、平移机构、靶头和反应源,反应源设置于底座上,靶头设置于转动机构上,转动机构设置于平移机构上,平移机构设置于固定架上,靶头上设置有靶片,靶片与反应源的离子通道相接触。本发明的装置结构设计新颖、紧凑,实现靶片的转动转动和平动,能够对靶片材料进行充分的利用,避免了靶片材料的浪费,降低了成本投入,双进气孔增大了进气量,提高离子冷却速度,可以产生种类更加丰富的离子团簇。(The invention discloses a laser sputtering ion source capable of translating and rotating, which comprises a rotating mechanism, a translating mechanism, a target head and a reaction source, wherein the reaction source is arranged on a base, the target head is arranged on the rotating mechanism, the rotating mechanism is arranged on the translating mechanism, the translating mechanism is arranged on a fixing frame, a target sheet is arranged on the target head, and the target sheet is in contact with an ion channel of the reaction source. The device has novel and compact structural design, realizes the rotation and translation of the target plate, can fully utilize the target plate material, avoids the waste of the target plate material, reduces the cost investment, increases the air inflow by the double air inlet holes, improves the ion cooling speed, and can generate ion clusters with more abundant types.)

一种可平动和转动的激光溅射离子源

技术领域

本发明涉及离子源的技术领域，特别是涉及一种可平动和转动的激光溅射离子源。

背景技术

激光溅射离子源是现今普遍使用的质谱离子源。现有技术中，一束激光照射在旋转靶片表面，产生等离子体，配合载气冷却，生成各种离子，然后传送到质谱探测部分。此方式的缺陷在于，激光固定不动，靶片旋转，只能烧蚀靶片的一个环形坑，靶片其他部分材料被浪费，而且靶片一段时间就被穿透，无法长时间提供稳定的离子供应，频繁更换靶片，给使用带来不便；一个进气孔的反应源，冷却效果受到进气量和气体成分限制，不能产生更多想要的离子。

现有的装置虽然能实现靶片自身旋转和平动，但现有装置皆采用双电机驱动，致使离子源发生装置结构复杂，占用大量离子源体积。

发明内容

本发明的目的是提供一种可平动和转动的激光溅射离子源，以解决上述现有技术存在的问题，使离子源发生装置结构紧凑、靶片使用效率高，且能产生更丰富的离子。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种可平动和转动的激光溅射离子源，包括转动机构、平移机构、靶头和反应源，所述反应源设置于底座上，所述靶头设置于所述转动机构上，所述转动机构设置于所述平移机构上，所述平移机构设置于固定架上，所述靶头上设置有靶片，所述靶片与所述反应源的离子通道相接触。

优选的，所述转动机构包括步进电机和传动杆，所述步进电机与所述传动杆通过联轴器连接，所述传动杆穿过所述固定架与所述靶头连接。

优选的，所述靶头与所述传动杆之间设置弹簧，所述步进电机与一控制器电连接，所述控制器能够控制所述步进电机的转速和加速度。

优选的，所述平移机构包括涡轮、蜗杆、螺柱和平移块，所述平移块上设置有凹槽，所述涡轮位于所述凹槽内且设置于所述螺柱上，所述蜗杆设置于所述传动杆上，所述涡轮与所述蜗杆相匹配，所述螺柱贯穿所述平移块，所述螺柱的两端分别与所述固定架螺纹连接。

优选的，所述平移块上对称设置有四根滑杆，所述滑杆滑动设置于所述固定架上。

优选的，所述螺柱为双头螺纹杆，所述双头螺纹杆的两端设置有限位挡板。

优选的，所述固定架上设置有腰型孔，所述腰型孔的两端设置限位开关，所述限位开关与所述步进电机电连接。

优选的，所述反应源上设置有相互连通的离子通道和两个进气通道，所述离子通道的一端与所述靶片相接触，所述离子通道的另一端设置有锥形喷嘴，所述锥形喷嘴用于与激光器射出的激光束相匹配，所述进气通道通过电磁脉冲阀与气瓶连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的装置结构设计新颖、紧凑，实现靶片的转动和平动，能够对靶片材料进行充分的利用，避免了靶片材料的浪费，降低了成本投入，双进气孔增大了进气量，提高离子冷却速度，可以产生种类更加丰富的离子群。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明可平动和转动的激光溅射离子源的结构示意图一；

图2为本发明可平动和转动的激光溅射离子源的结构示意图二；

图3为本发明可平动和转动的激光溅射离子源的结构示意图三；

其中：1-固定架，2-底座，3-蜗杆，4-涡轮，5-双头螺纹杆，6-限位挡板，7-滑杆，8-联轴器，9-步进电机，10-传动杆，11-限位开关，12-靶片，13-靶头，14-反应源，15-锥形喷嘴，16-离子通道，17-进气通道，18-电磁脉冲阀，19-弹簧，20-平移块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可平动和转动的激光溅射离子源，以解决现有技术存在的问题，使离子源发生装置结构紧凑、靶片使用效率高，且能产生更丰富的离子。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图3所示：本实施例提供了一种可平动和转动的激光溅射离子源，包括转动机构、平移机构、靶头13和反应源14，反应源14设置于底座2上，底座2与固定架1连接，靶头13设置于转动机构上，转动机构设置于平移机构上，平移机构设置于固定架1上，靶头13上设置有靶片12，靶片12与反应源14的离子通道16相接触。靶片12呈圆柱体，靶片12可以是金、银、铜等材料。

具体的，转动机构包括步进电机9和传动杆10，步进电机9与传动杆10通过联轴器8连接，传动杆10穿过固定架1与靶头13连接。靶头13与传动杆10之间设置弹簧19，其中，靶头13通过定位销与传动杆10连接，靶头13两侧对称设置有两个腰型孔，定位销贯穿传动杆10并在腰型孔内滑动，弹窗处于压缩状态，便于给靶片12施加一个预紧力，使靶片12更加贴合离子通道16。步进电机9与一控制器电连接，控制器能够控制步进电机9的转速和加速度。

平移机构包括涡轮4、蜗杆3、螺柱和平移块20，平移块20上设置有凹槽，涡轮4位于凹槽内且设置于螺柱上，蜗杆3设置于传动杆10上，涡轮4与蜗杆3相匹配，螺柱贯穿平移块20，螺柱的两端分别与固定架1螺纹连接。使用不同型号的涡轮蜗杆的组合，可以实现不同的转速与平动速度的匹配。平移块20上对称设置有四根滑杆7，滑杆7滑动设置于固定架1上。螺柱为双头螺纹杆5，双头螺纹杆5的两端设置有限位挡板6，防止双头螺纹杆5脱离固定架1和靶头13与反应源14部件出现干涉。固定架1上设置有腰型孔，传动杆10穿过腰型孔，便于传动杆10的平移，腰型孔的两端设置限位开关11，限位开关11与步进电机9(的驱动器)电连接，当传动杆10碰到限位开关11后，步进电机9反转进行平移运动。步进电机9驱动靶头13作转动的同时，带动涡轮4、蜗杆3转动，实现靶头13在滑杆7上的往复平动，能够对靶片12材料进行充分、均匀的利用。

反应源14上设置有相互连通的离子通道16和两个进气通道17，离子通道16的一端与靶片12相接触，离子通道16的另一端共线设置有锥形喷嘴15，锥形喷嘴15用于与激光器射出的激光束相匹配，进气通道17通过电磁脉冲阀18与气瓶连接。

锥形喷嘴15通过螺栓固定于离子通道16的出口上，激光器射出的激光束经过聚焦镜聚焦后穿过锥形喷嘴15、离子通道16打在靶片12的接触面上，然后电磁脉冲阀18按照时序向进气口喷入载气，载气与离子在离子通道16中充分碰撞冷却，从锥形喷嘴15喷出，进入后面的质谱检测区。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。