(57)【要約】  複数の箔層を含む箔ライナが開示される。箔層は、それぞれ、互いの上に積み重ねられた導電性材料でありうる。隣接する箔層間の間隔は、プラズマの温度がイオン源チャンバの温度よりも高くなるように温度勾配を生成することができる。他の実施形態では、箔層は、プラズマがイオン源チャンバの温度よりも低くなるようにプラズマから熱を吸収するためのアセンブリでありうる。幾つかの実施形態では、温度勾配に影響を与えるために、間隙又は突起が１つ以上の箔層に配置される。ある特定の実施形態では、１つ以上の箔層は、温度勾配にさらに影響を与えるために、絶縁材料で構成される。箔ライナは、イオン源チャンバ内で簡単にアセンブリ、設置、及び交換することができる。【選択図】図３Ｂ
2021519507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源であって、
プラズマを生成するためのイオン源チャンバ、及び
複数の積み重ねられた箔層を含み、前記イオン源チャンバ内に配置され、かつ前記イオン源チャンバの内面と前記プラズマとの間に配置された、箔ライナ
を備えた、イオン源。
【請求項２】
前記箔ライナが、前記イオン源チャンバの側面と底部に近接して配置されるように「Ｕ」字形をしている、請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記複数の積み重ねられた箔層がそれぞれ、タングステン箔を含む、請求項１に記載のイオン源。
【請求項４】
前記箔ライナが第１の箔層及び第２の箔層を含み、前記第１の箔層と前記第２の箔層とが異なる耐熱性金属でできている、請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが、隣接する箔層間の間隔を増加させるための突起を含む、請求項１に記載のイオン源。
【請求項６】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが絶縁材料を含む、請求項１に記載のイオン源。
【請求項７】
複数の積み重ねられた箔層を含む、イオン源チャンバ内で使用するための箔ライナ。
【請求項８】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つがスペーサ層を含む、請求項７に記載の箔ライナ。
【請求項９】
前記スペーサ層が１つ以上の間隙を含む、請求項８に記載の箔ライナ。
【請求項１０】
前記スペーサ層が複数のストリップを含む、請求項８に記載の箔ライナ。
【請求項１１】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが絶縁材料を含む、請求項７に記載の箔ライナ。
【請求項１２】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが、隣接する箔層間の間隔を増加させるための突起を含む、請求項７に記載の箔ライナ。
【請求項１３】
イオン源であって、
プラズマを生成するためのイオン源チャンバ、及び
複数の積み重ねられた箔層を含み、前記イオン源チャンバ内に配置され、かつ前記イオン源チャンバの内面と前記プラズマとの間に配置された、箔ライナ
を備えており、
前記複数の積み重ねられた箔層が、最内層、最外層、及び１つ以上の中間層を含み、前記最内層が耐熱性金属で構成される、
イオン源。
【請求項１４】
前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが絶縁材料で構成され、かつ、コネクタをさらに含み、該コネクタが前記最内層を前記イオン源チャンバに電気的に接続する、請求項１３に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記最内層がタングステンを含み、前記複数の積み重ねられた箔層のうちの１つが異なる耐熱性金属を含む、請求項１３に記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源におけるライナとして使用するための箔シートアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源は、カソードの後ろに配置されたフィラメントに電流を供給することによって動作する。フィラメントは熱電子を放出し、これがカソードに向かって加速されてカソードを加熱し、次にカソードがイオン源チャンバ内に電子を放出する。カソードは、イオン源チャンバの一端に配置される。リペラ（反射電極）は通常、カソードとは反対側のイオン源チャンバの端に配置される。リペラに電子をはじくようにバイアスをかけて、電子をイオン源チャンバの中心に戻るように方向づけることができる。幾つかの実施形態では、電子をイオン源チャンバ内にさらに閉じ込めるために、磁場が用いられる。電子はプラズマを生成させる。次に、抽出口を介してイオン源チャンバからイオンが抽出される。
【０００３】
イオン源チャンバは通常、導電性が良好で融点が高い導電性材料でできている。イオン源チャンバは、ある特定の電位に維持することができる。加えて、カソードとリペラは、イオン源チャンバ内に配置され、通常、イオン源チャンバとは異なる電位に維持される。
【０００４】
イオン源チャンバは、イオン源の寿命を延ばすために裏打ちされていることが多い。例えば、タングステンのライナがイオン源チャンバ内に取り付けられることがよくある。これらのタングステンライナは、イオン衝撃及び極端な温度にさらされる。これらのタングステンライナは崩壊することから、それを交換することで、イオン源チャンバ全体を交換することはない。タングステン又は他の高温耐熱性金属は、その電気コンダクタンスに起因して、しばしば選択される。
【０００５】
タングステンライナもまた熱伝導性であることから、プラズマの熱は通常、イオン源チャンバに伝達される。しかしながら、ある特定の実施形態では、プラズマとイオン源チャンバとの間の温度差を維持することが有利でありうる。具体的には、イオン源チャンバの温度は、特に炭素及び三フッ化ホウ素などの核種にとっては、不要な材料の堆積が表面に蓄積し、均一性、寿命、及びコストに影響を与える、重要なパラメータである。
【０００６】
したがって、プラズマとイオン源チャンバとの間に温度勾配を導入することが可能なライナが存在するならば有益であろう。さらには、これらのライナが低コストかつ容易に交換できるならば有利であろう。
【発明の概要】
【０００７】
複数の箔層を含む箔ライナが開示される。箔層は、それぞれ、互いの上に積み重ねられた導電性材料でありうる。隣接する箔層間の間隔は、プラズマの温度がイオン源チャンバの温度よりも高くなるように、温度勾配を生成することができる。他の実施形態では、箔層は、プラズマがイオン源チャンバの温度よりも低くなるように、プラズマから熱を吸収するようにアセンブリ（組み立て）されうる。幾つかの実施形態では、温度勾配に影響を与えるために、間隙又は突起が１つ以上の箔層に配置される。ある特定の実施形態では、１つ以上の箔層は、温度勾配にさらに影響を与えるために、絶縁材料で構成される。箔ライナは、イオン源チャンバ内で容易にアセンブリ、設置、及び交換することができる。
【０００８】
一実施形態によれば、イオン源が開示される。イオン源は、プラズマを生成するためのイオン源チャンバと、複数の積み重ねられた箔層を含み、イオン源チャンバ内に配置され、かつ該イオン源チャンバの内面とプラズマとの間に配置された箔ライナとを備えている。ある特定の実施形態では、箔ライナは、イオン源チャンバの側面と底部に近接して配置されるように「Ｕ」字形をしている。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層は、それぞれ、タングステン箔を含む。ある特定の実施形態では、箔ライナは、第１の箔層及び第２の箔層を含み、第１の箔層と第２の箔層とは異なる耐熱性金属でできている。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは、隣接する箔層間の間隔を増加させるための突起を含む。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは、雲母、石英、石英ウール、又は他の可撓性の絶縁体でありうる、絶縁材料を含む。
【０００９】
別の実施形態によれば、イオン源チャンバ内で使用するための箔ライナが開示される。箔ライナは、複数の積み重ねられた箔層を含む。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは、別の箔層の表面積よりも小さい表面積を有するスペーサ層を含む。ある特定の実施形態では、スペーサ層は、間隙、複数の垂直ストリップ、又は複数の水平ストリップを含みうる。ある特定の実施形態では、スペーサ層は、所望の経路に従って、熱をイオン源チャンバの中心から遠ざかる方向に方向づけるように構成される。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは絶縁材料を含む。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは、隣接する箔層間の間隔を増加させるための突起を含む。
【００１０】
別の実施形態によれば、イオン源が開示される。イオン源は、プラズマを生成するためのイオン源チャンバと、複数の積み重ねられた箔層を含み、イオン源チャンバ内に配置され、かつ該イオン源チャンバの内面とプラズマとの間に配置された箔ライナとを備えており、複数の積み重ねられた箔層は、最内層、最外層、及び１つ以上の中間層を含み、最内層は、耐熱性金属で構成される。ある特定の実施形態では、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは絶縁材料で構成され、イオン源は、最内層をイオン源チャンバに電気的に接続するコネクタをさらに含む。ある特定の実施形態では、最内層はタングステンを含み、複数の積み重ねられた箔層のうちの１つは異なる耐熱性金属を含む。
【００１１】
本開示をよりよく理解するために、参照することによって本明細書に組み込まれる、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態によるイオン源
【図２】箔ライナを有する図１のイオン源の端面図
【図３Ａ】一実施形態による箔ライナ
【図３Ｂ】一実施形態による箔ライナ
【図４】第２の実施形態による箔ライナ
【図５】第３の実施形態による箔ライナ
【図６】第４の実施形態による箔ライナ
【図７】第５の実施形態による箔ライナ
【図８】最内層をイオン源チャンバに電気的に接続する機構を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述のように、間接加熱カソードイオン源は、ライナとともに使用されることがよくある。ライナは、下にあるイオン源チャンバを保護するために用いられる。プラズマからのイオンがライナに衝突し、時間の経過とともにライナに崩壊又は損傷を生じさせる。その後、ライナは新しいライナと交換される。動作中、イオン源チャンバの壁はライナによって保護され、影響を受けない。これらのライナは通常、ライナの製造に用いられる材料に基づく特定の熱伝導率を有している。その結果、イオン源チャンバの温度に影響を与えずに、プラズマの温度を変化させることは困難である。しかしながら、上記のように、ある特定の実施形態では、プラズマとイオン源チャンバとの間の温度差を維持することが有利でありうる。具体的には、イオン源チャンバの温度は、特に炭素及び三フッ化ホウ素などの核種にとっては、不要な材料の堆積が表面に蓄積し、均一性、寿命、及びコストに影響を与える、重要なパラメータでありうる。
【００１４】
図１は、これらの問題を克服するＩＨＣイオン源１０の第１の実施形態を示している。ＩＨＣイオン源１０は、底部１０１、２つの対向する端部、及びこれらの端部を接続する側面１０２、１０３を有する、イオン源チャンバ１００を備えている。イオン源チャンバ１００は、導電性材料、例えば、グラファイト、タングステン、又は他の高温材料などで構成されうる。電源１７０を使用して、イオン源チャンバ１００にバイアスをかけることができる。他の実施形態では、イオン源チャンバ１００は接地されていてもよい。箔ライナ２００は、イオン源チャンバ１００内に配置され、イオン源チャンバ１００の対向する両端を接続する側面１０２、１０３を覆うことができる。箔ライナ２００はまた、イオン源チャンバ１００の底部１０１も覆うことができる。カソード１１０は、イオン源チャンバ１００の２つの対向する端部のうちの一方において、イオン源チャンバ１００内に配置される。このカソード１１０は、イオン源チャンバ１００に対してカソード１１０にバイアスをかけるように機能するカソード電源１１５と連結している。ある特定の実施形態では、カソード電源１１５は、イオン源チャンバ１００に対してカソード１１０に負のバイアスをかけることができる。例えば、カソード電源１１５は、０から−１５０Ｖの範囲の出力を有しうるが、他の電圧を用いることもできる。ある特定の実施形態では、カソード１１０は、イオン源チャンバ１００に対して０から−４０Ｖの間でバイアスされる。フィラメント１６０はカソード１１０の後ろに配置される。フィラメント１６０は、フィラメント電源１６５と連結している。フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０が熱電子を放出するように、フィラメント１６０に電流を流すように構成される。カソードバイアス電源１１６は、フィラメント１６０をカソード１１０に対して負にバイアスするため、これらの熱電子は、フィラメント１６０からカソード１１０に向かって加速され、カソード１１０の裏面に衝突するときにカソード１１０を加熱する。カソードバイアス電源１１６は、例えば、カソード１１０の電圧よりも負の３００Ｖから６００Ｖの間の電圧を有するように、フィラメント１６０にバイアスをかけることができる。次に、カソード１１０は、その前面において熱電子をイオン源チャンバ１００に放出する。
【００１５】
したがって、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を供給する。カソードバイアス電源１１６は、フィラメント１６０にバイアスをかけて、それがカソード１１０よりも負になるようにし、その結果、電子は、フィラメント１６０からカソード１１０の方へと引き付けられる。最後に、カソード電源１１５は、イオン源チャンバ１００よりも負に、カソード１１０にバイアスをかける。
【００１６】
リペラ１２０は、カソード１１０の反対側のイオン源チャンバ１００の端部においてイオン源チャンバ１００内に配置される。リペラ１２０は、リペラ電源１２５と連結することができる。名前が示すように、リペラ１２０は、カソード１１０から放出された電子をイオン源チャンバ１００の中心に向かって戻すようにはじくのに役立つ。例えば、リペラ１２０は、電子をはじくために、イオン源チャンバ１００に対して負の電圧でバイアスされうる。カソード電源１１５と同様に、リペラ電源１２５は、イオン源チャンバ１００に対してリペラ１２０に負のバイアスをかけることができる。例えば、リペラ電源１２５は、０から−１５０Ｖの範囲の出力を有しうるが、他の電圧を用いることもできる。ある特定の実施形態では、リペラ１２０は、イオン源チャンバ１００に対して０から−４０Ｖの間でバイアスされる。
【００１７】
ある特定の実施形態では、カソード１１０とリペラ１２０とを共通の電源に接続することができる。したがって、この実施形態では、カソード電源１１５とリペラ電源１２５は同一の電源である。他の実施形態では、リペラ１２０は、リペラがいかなる電源にも、又は接地にも接続されないように、電気的にフローティング状態でありうる。
【００１８】
示されてはいないが、ある特定の実施形態では、イオン源チャンバ１００内に磁場が生成される。この磁場は、電子を一方向に沿って閉じ込めることを目的としている。例えば、電子は、カソード１１０からリペラ１２０への方向（すなわち、ｙ方向）に平行なカラムに閉じ込められうる。
【００１９】
イオン源チャンバ１００の上部には、抽出口１４５を含む面板１４０が配置されうる。図１では、抽出口１４５は、Ｘ−Ｙ平面に平行な（ページに平行な）面板１４０上に配置される。面板１４０は、タングステンなどの導電性材料でありうる。さらには、図示されてはいないが、ＩＨＣイオン源１０はまた、イオン化されるガスをイオン源チャンバ１００に導入するガス入口も備えている。
【００２０】
コントローラ１８０は、電源によって供給される電圧又は電流を変更することができるように、１つ以上の電源と通信することができる。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニットを含むことができる。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的な記憶素子も含みうる。この非一時的な記憶素子は、コントローラ１８０がフィラメント１６０、カソード１１０、及びリペラ１２０に対して適切な電圧を維持可能にする命令及び他のデータを含みうる。
【００２１】
動作中、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を流し、それにより、フィラメント１６０に熱電子を放出させる。これらの電子は、フィラメント１６０よりも正でありうるカソード１１０の裏面に衝突し、カソード１１０を加熱させ、それにより、カソード１１０は、イオン源チャンバ１００に電子を放出する。これらの電子は、ガス入口を通ってイオン源チャンバ１００に供給されるガスの分子と衝突する。これらの衝突によってイオンが生成され、プラズマ１５０が形成される。プラズマ１５０は、カソード１１０及びリペラ１２０によって生成された電場によって閉じ込められ、操作されうる。ある特定の実施形態では、プラズマ１５０は、抽出口１４５に近接した、イオン源チャンバ１００の中心近くに閉じ込められる。次に、イオンは、抽出口１４５を通してイオンビームとして抽出される。
【００２２】
図２は、箔ライナ２００の実施形態を示している。この実施形態では、箔ライナ２００は、該箔ライナ２００がイオン源チャンバ１００の側面１０２、１０３、及び底部１０１、又はこれらの表面の一部を覆うように、「Ｕ」字形でありうる。図に見られるように、箔ライナ２００の丸みを帯びた部分は、イオン源チャンバ１００の底部１０１に近接している。箔ライナ２００は、側面１０２、１０３、及び／又は底部１０１と電気的に接触することができ、したがって、イオン源チャンバ１００と同じ電位に維持される。箔ライナ２００は、プラズマ１５０とイオン源チャンバ１００との間に配置される。箔ライナ２００は、イオン源チャンバ１００の内面の少なくとも一部をプラズマ１５０から遮蔽するために用いられる。これは、イオン源チャンバ１００をスパッタリング又は他の有害な影響から保護するのに役立つ。
【００２３】
図２に示される箔ライナ２００は２つの側面１０２、１０３、及び底部１０１を覆うことができるが、イオン源チャンバ１００の両端は覆わない。本開示全体を通して、長さ方向とは、イオン源チャンバ１００の端部間の方向のことを指し、これは、図１ではＹ方向として示されている。幅方向とは、イオン源チャンバの側面１０２、１０３の間の方向のことを指し、これは、図１ではＸ方向として示されている。箔ライナ２００の厚さとは、Ｚ方向の寸法を指す。
【００２４】
上記開示は、箔ライナ２００がイオン源チャンバ１００と電気的に連結する構成を説明しているが、他の実施形態も可能である。例えば、箔ライナは、ある特定の実施形態では、面板１４０と連結していてもよい。
【００２５】
箔ライナ２００と面板１４０との間の接続は、締まり嵌め、ばね、又は他の機構を含めた、幾つかの方法で行うことができる。
【００２６】
図１は、間接加熱カソードイオン源を示しているが、本明細書に記載される箔ライナは他のイオン源にも使用することができる。例えば、箔ライナは、バーナス源、フリーマン源、マルチカスプ源、または任意のタイプのプラズマ源とともに利用することができる。よって、本開示はＩＨＣイオン源に限定されない。したがって、「イオン源」という用語は、イオンを生成するために用いられる任意のタイプのデバイスを指しうる。
【００２７】
箔ライナ２００は、互いの上に配置された複数の箔層を含む。イオン源チャンバ１００と接触している箔層は最外層と呼ぶことができ、一方、プラズマ１５０に最も近い箔層は最内層と呼ばれる。他のすべての層は、中間層と呼ぶことができる。「箔」及び「箔層」という用語は、０．０５０インチ未満の厚さを有する材料のシートを示すために用いられる。「箔」又は「箔層」の生成に用いられる材料は、金属又は可撓性絶縁体でありうる。
【００２８】
図３Ａ〜３Ｂに示される一実施形態では、箔ライナ３００は、サイズ及び形状がすべて等しい複数の箔層３１０から形成されている。これらの箔層３１０は、箔ライナ３００を形成するために単に互いの上に配置される。箔層３１０は、タングステン、チタン、又は異なる導電性材料などの任意の適切な材料でありうる。ある特定の実施形態では、タングステンが用いられる。タングステン箔は通常、表面が粗く、隣接する層を自然に離間させるのに役立つ。箔層３１０間の空間は、絶縁効果を有しており、プラズマ１５０に近い層３１０を、イオン源チャンバ１００の近くよりも温かくする。ある特定の実施形態では、箔層３１０は、長さ方向及び幅方向において１から６インチの間であり、０．００２から０．０２０インチの厚さを有する。当然ながら、他の寸法も可能であり、本開示はこれらの寸法に限定されない。箔層３１０間の間隔は、約０．００１から０．０２５インチの間でありうる。
【００２９】
これらの箔層３１０は、互いの上に積み重ねられて、箔ライナ３００を形成する。箔層３１０は、最内層３１１、最外層３１２、及び１つ以上の中間層３１３を含む。ある特定の実施形態では、箔ライナ３００が２つの箔層３１０を含んで、中間層３１３が存在しない場合がある。箔ライナ３００を形成する箔層３１０の積み重ねられたセットは、図３Ｂに示されるように、箔ライナ３００の中央が「Ｕ」字形に曲がるように、イオン源チャンバ１００に挿入される。したがって、図３Ａに示される各箔層３１０の左端及び右端は、イオン源チャンバ１００の側面１０２、１０３間に延びる。図４〜７では、箔層もまたこのように配向されている。ある特定の実施形態では、すべての箔層３１０の端部が曲げた後に整列するように、外層は内層よりもわずかに大きくなりうる。この実施形態では、すべての箔層３１０は導電性であり、互いに物理的に接触しているため、最外層３１２がイオン源チャンバ１００と物理的及び電気的に接触している限り、最内層３１１はイオン源チャンバ１００と同じ電位にある。
【００３０】
最内層３１１と最外層３１２との間の温度勾配は、隣接する層の間の間隔、各箔層３１０に用いられる材料の熱伝導率、及び中間層３１３の数によって決定される。例えば、大きい温度勾配は、タングステン又は任意の高温耐熱性金属の３つ以上の中間層３１３を使用して達成させることができる。より小さい温度勾配は、より少ない中間層３１３を使用して、又は箔層を押圧してそれらの間の間隔を減じることによって、達成されるであろう。
【００３１】
さらには、図３Ａ〜３Ｂの実施形態では、すべての箔層３１０が同じ材料である必要はない。例えば、タングステン箔層を、チタン又は別の金属でできた箔層とともに使用することができる。ある特定の実施形態では、タングステンは対象とする核種とは容易に区別することができるため、プラズマに曝される最内層３１１としてタングステンを有することが好ましい場合がある。したがって、ある特定の実施形態では、最内層３１１はタングステンでありうるが、一方、中間層３１３又は最外層３１２の１つ以上は、チタン又は別の高温耐熱性金属でできていてよい。
【００３２】
図４は別の実施形態を示している。この実施形態では、箔ライナ４００は、複数の箔層４１０を含む。図３Ａ〜３Ｂの実施形態と同様に、箔層４１０は、最内層４１１、最外層４１２、及び１つ以上の中間層４１３を含む。ある特定の実施形態では、箔ライナ４００がちょうど２つの箔層４１０を含むように、中間層４１３が存在しない場合がある。箔層４１０のうちの少なくとも１つは、複数の突起４２０を有する。ある特定の実施形態では、最外層４１２は、突起４２０を有しうる。ある特定の実施形態では、図４に示されるように、中間層４１３の１つ以上が突起４２０を有しうる。しかしながら、突起は、最内層４１１及び最外層４１２に配置することもできる。これらの突起４２０は、打刻、打ち抜き、又は他の方法で箔層４１０に導入することができる。これらの突起４２０は、他の高さも可能であるが、箔層４１０の高さの２倍から０．０２インチの間など、任意の適切な高さでありうる。これらの突起４２０は、ある特定の実施形態では、長さ及び幅方向において０．１２５から１．０インチの間でありうる。突起４２０は、長さ及び幅方向において０．１２５から１．０インチの間で互いに離間されうる。
【００３３】
突起４２０は、隣接する箔層４１０間の最小の分離又は間隔を確実にするのに役立つ。したがって、箔層４１０が突起４２０を含む場合には、箔層４１０はさらに離間されうる。さらには、突起４２０はまた、隣接する箔層４１０間の熱的及び電気的接触の量を制限するのに役立つ。突起４２０は、箔層４１０間に最小の間隔を導入するように、非常に滑らかな傾向がある金属箔とともに利用されうる。図３Ａ〜３Ｂの実施形態と同様に、箔層４１０は同一の材料である必要はない。タングステン、チタン、他の金属箔、又はそれらの任意の組合せを用いることができる。また、図３Ｂに示されるように、箔ライナ４００は、「Ｕ」字形を形成するように曲げることもできる。
【００３４】
図５は、箔ライナ５００の別の実施形態を示している。この実施形態では、１つ以上の箔層５１０はスペーサ層５２０でありうる。スペーサ層５２０は、１つ以上の間隙５３０をその層に導入する層として定義される。図３Ａ〜３Ｂの実施形態と同様に、箔層５１０は、最内層５１１、最外層５１２、及び１つ以上の中間層５１３を含む。ある特定の実施形態では、スペーサ層５２０は、最内層５１１と最外層５１２との間に配置される任意の中間層５１３でありうる。このようにして、スペーサ層５２０とその隣接する箔層５１０との間の物理的接続が減少し、最内層と最外層との間の熱伝達が低減する。言い換えれば、スペーサ層５２０内に間隙５３０が配置されている領域では、隣接する箔層５１０間で熱が伝導されない。
【００３５】
スペーサ層５２０の使用はまた、イオン源チャンバ１００の加熱を方向づける又は集中化するのを助けることができる。図５は、２つの間隙５３０で形成された中間層５１３を示している。この実施形態では、間隙５３０の領域において、スペーサ層５２０のいずれかの側の箔層５１０間に大きい空間が存在するであろう。このようにして、最内層５１１から最外層５１２への熱伝導は、とりわけ間隙５３０の近くで低減する。結果として、間隙５３０が配置されていない領域では、より多くの熱が伝導されるであろう。したがって、間隙５３０に隣接するイオン源チャンバ１００の内部の領域は、間隙５３０が配置されていない領域よりも温かくなりうる。図５に示されるスペーサ層５２０を使用すると、間隙５３０は中心近くに配置されており、一方、スペーサ層５２０はその縁部に沿って材料を有するため、イオン源チャンバ１００の端部は、イオン源チャンバ１００の中心よりも低温になりうる。
【００３６】
図５は、水平部材５３１によって分離された２つの間隙５３０を有するスペーサ層５２０を示しているが、他の実施形態もまた可能である。例えば、スペーサ層５２０は、２つより多い又は２つより少ない間隙５３０を有しうる。さらには、間隙５３０は、垂直部材又は水平部材、若しくは組合せによって分離されうる。さらには、間隙５３０は長方形である必要はない。間隙５３０は、円形、楕円形、又は任意の他の形状でありうる。
【００３７】
したがって、図５では、スペーサ層５２０は１つ以上の間隙５３０を有する単一の箔である。しかしながら、他の実施形態もまた可能である。
【００３８】
図６は、箔ライナ６００の別の実施形態を示している。箔ライナ６００は、最内層６１１、最外層６１２、及びスペーサ層６２０を含む、複数の箔層６１０を含む。加えて、中間層もまた箔ライナ６００に含まれうる。この実施形態では、スペーサ層６２０は、複数の垂直ストリップ（帯状部）６２１、６２２を含む。垂直ストリップ６２１、６２２はそれぞれ、他の箔層６１０と同じ長さでありうる。Ｕ字形に曲げられると、垂直ストリップ６２１、６２２は、イオン源チャンバ１００の両端の間に延びる、より長い寸法で配向される。この構成は、最内層６１１と最外層６１２との間の熱の伝達をさらに低減することができる。上で説明したように、垂直ストリップ６２１、６２２の構成は、所望の経路に熱を方向づけるのを助け、したがって、イオン源チャンバ１００の内部の温度に影響を及ぼしうる。
【００３９】
図７は、箔ライナ７００の別の実施形態を示している。箔ライナ７００は、最内層７１１、最外層７１２、及びスペーサ層７２０を含む、複数の箔層７１０を含む。加えて、中間層もまた箔ライナ７００に含まれうる。この実施形態では、スペーサ層７２０は、複数の水平ストリップ７２１、７２２、７２３を含む。水平ストリップ７２１、７２２、７２３は、それぞれ、他の箔層７１０と同じ幅でありうる。Ｕ字形に曲げられると、水平ストリップ７２１、７２２、７２３は、イオン源チャンバ１００の２つの側面１０２、１０３間に延びる、より長い寸法で配向される。この構成は、最内層７１１と最外層７１２との間の熱の伝達をさらに低減することができる。上で説明したように、水平ストリップ７２１、７２２、７２３の構成は、所望の経路に熱を方向づけるのを助け、したがって、イオン源チャンバ１００の内部の温度に影響を及ぼしうる。
【００４０】
これらの実施形態のそれぞれにおいて、スペーサ層は、最内層よりも小さい表面積を有する層である。例えば、最内層は、ある特定の表面積をもたらす、ある特定の寸法を有する長方形の形状でありうる。本明細書に記載される実施形態のそれぞれにおいて、スペーサ層は、単一のシートとして構築されるか、複数のより小さいシートとして構築されるかにかかわらず、より少ない表面積を占め、その層内に間隙をもたらす。最内層と最外層との間の温度勾配を増加させるには、これらの間隙が役立つ。さらには、スペーサ層の構造及び構成はまた、熱をイオン源チャンバ１００の特定の領域に方向づけ、集中させるのに役立ちうる。例えば、図６に示すように、間隙がスペーサ層の中心近くに配置されている場合、この領域の熱伝達は低減する。したがって、イオン源チャンバ１００の中心の温度は、スペーサ層における間隙の配置に起因して、イオン源チャンバ１００の端部と比較して上昇しうる。したがって、スペーサ層の構成は、所定の経路に従って熱をイオン源チャンバの中心から遠ざけるように方向づけることができる。
【００４１】
上記の開示は、プラズマがイオン源チャンバ１００よりも高い温度に維持されるように、最内の箔と最外層との間に温度勾配を作り出すためのさまざまな方法を説明している。しかしながら、他の実施形態では、箔層は、さまざまな箔層間の熱伝達を最大化するために、互いにしっかりと押圧されてもよい。
【００４２】
ある特定の実施形態では、１つ以上の箔層は導電性ではなくてもよい。例えば、最内層は導電性でありうるが、他の箔層のいずれも導電性である必要はない。ある特定の実施形態では、雲母、石英、石英ウール、又は他の任意の可撓性絶縁体などの絶縁材料を使用して、箔層の１つを形成することができる。
【００４３】
これらの実施形態では、最も内側の箔層は、絶縁層が介在することから、イオン源チャンバ１００に電気的に接続されない可能性がある。これらの実施形態では、クリップ又は他のコネクタを使用して、最内層をイオン源チャンバに電気的に接続することができる。図８は、このような一実施形態を示している。この図では、絶縁層８２０は、最内層８１０とイオン源チャンバ１００との間に配置されている。その結果、コネクタ８００は、最内層８１０をイオン源チャンバ１００に電気的に接続するために使用することができる。コネクタ８００は、任意の導電性材料であってよく、任意の適切な方法でイオン源チャンバ１００を取り付けることができる。ある特定の実施形態では、最内層８１０は、ばね力が最内層８１０を適所に保持し、コネクタ８００に電気的に接続するように、コネクタ８００の後ろに配置される。ある特定の実施形態では、最内層８１０とイオン源チャンバ１００との間に温度勾配が存在しうるように、最内層８１０とコネクタ８００とが互いに接触する領域は最小化される。他の実施形態では、最内層８１０は、面板に電気的に接続されうる。絶縁層の使用は、最内層８１０とイオン源チャンバ１００との間の温度勾配を増加させるのにさらに役立ちうる。
【００４４】
この箔ライナをアセンブリするために、箔ライナは「Ｕ」字形に曲げられ、イオン源チャンバ１００に挿入される。箔シートが真っ直ぐになる自然な傾斜により、箔ライナを適所に固定する必要なしに、最内層８１０がコネクタ８００に接触する。
【００４５】
これらの実施形態のいずれかによる箔ライナは、幾つかの異なる方法でパッケージすることができる。一実施形態では、箔層のスタックがともにパッケージされる。この実施形態では、オペレータは、単に、スタックを「Ｕ」字形に曲げ、箔ライナをイオン源チャンバに取り付けるだけである。別の実施形態では、箔層は別々にパッケージされ、オペレータは所望の動作条件に従って箔層のスタックをアセンブリする。スタックは、ひとたびアセンブリされると、「Ｕ」字形に曲げられ、イオン源チャンバに取り付けられる。
【００４６】
ある特定の実施形態では、箔層は、仮付け溶接されるか、又は限られた数の点でそれらを固定する他の手段を採用することができ、したがって、層間の移動を可能にする。
【００４７】
本出願における上記の実施形態は、多くの利点を有しうる。第一に、箔ライナは、設置及び交換が簡単であり、予防保全手順が簡素化される。第二に、異なる材料及び／又は間隙又は突起などの異なる属性を有する、異なる箔層の選択により、箔ライナをアセンブリし、イオン源チャンバ内で任意の所望の動作条件を達成することが可能となる。加えて、これらのライナは交換可能な構成要素であるため、箔ライナを使用することでコストが削減されうる。さらには、ライナ用の特定の材料を選択することにより、特定の注入核種の出力を増加させることができるか、あるいは、ガスと固体との組合せに起因した化合物の形成を排除することができよう。
【００４８】
本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって範囲を限定されるべきではない。実際、当業者には、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他のさまざまな実施形態及び修正は、前述の説明及び添付の図面から明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び修正は、本開示の範囲内に入ることが意図されている。さらには、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が任意の数の目的のために任意の数の環境で有益に実施されうることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示の全容及び趣旨を考慮して解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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