等離子體中離子能量的分布是離子束加工技術的關鍵參數之一。本文基于柵網式離子能量測試原理，采用離子光學模擬軟件Simion7. 0 對柵網式離子能量分析儀的網格大小和網格間距進行了理論分析，這兩個幾何結構參數影響著離子能量的測試。理論分析結果表明，在離子能量為800 eV 左右時，網格尺寸的大小會影響離子能量的測量精度，網格間距的大小對離子能量的測量結果幾乎不產生影響。本文的研究結果對柵網式離子能量測試裝置的設計及網格參數的優化具有重要的理論和實踐指導意義。

　　隨著等離子體技術在薄膜沉積、材料表面改性、離子束加工等領域的不斷應用和發展，準確控制等離子體中離子能量的大小和分布是獲得高質量薄膜和光學元件研究的一項重要工藝技術指標。在薄膜沉積技術中，通過采用離子束輔助沉積技術可以提高所沉積薄膜的許多性質，如提高膜層的致密性、提高膜層與基底之間的附著力，改善膜層表面粗糙度等。此外，離子束輔助沉積技術還可以進一步改善薄膜內部微觀組織結構，降低薄膜的吸收和散射損耗，提高薄膜的抗激光損傷閾值。但是，在離子束輔助沉積光學薄膜過程中，離子能量的大小以及離子能量的分布都會對光學薄膜的特性產生一定的影響。因此，要獲得高質量的薄膜就需要對離子束的能量進行較準確的測量和控制。

　　目前，國內外對離子能量測量裝置的研究越來越深入。2007 年日本京都技術學院的K. Morita等研制了一種帶有熒光屏的柵網式等離子體能量測試儀器，并對等離子體中離子的能量進行了測量和分析，該離子能量測量儀可以較好的分析離子能量和離子數的空間分布情況。中國，吳先球、陳俊芳等研制了一套等離子體離子能量自動分析器，可以快速獲得等離子體離子能量的分布規律。課題組前期采用五柵網離子能量測試儀對多種離子源的能量進行了測試分析。然而，對于柵網式離子能量分析儀中網格大小和柵網間距等柵網特性的確定方面幾乎沒有文獻報道。

　　本文首先介紹了柵網式離子能量測試的原理，然后采用離子光學模擬軟件Simion7. 0 對四柵網離子能量分析儀中，網格尺寸的大小以及各個柵網之間的間距對離子能量的測量結果進行了理論分析。這對于研究柵網式離子能量測試裝置的結果具有重要的理論和實踐指導意義。

1、實驗原理分析

　　1. 1、四柵網離子能量測試原理

　　柵網式離子能量測試儀中四柵網測試的原理圖如圖1 所示。測量時應使等離子體中離子的運動方向與柵網式能量分析儀軸線一致，柵網1 接地用來減少進入能量分析儀中的等離子體的密度，以增加德拜長度。德拜長度的表達式為

　　式中，Te為電子溫度，ε0為自由空間介電常數，n 為電子密度，e 為基本電荷，K 為玻爾茲曼常數。柵網2 上加負電壓用來排斥進入柵網式離子能量分析儀中的電子。柵網3 上加一可變的正電壓V 用以阻滯能量小于該電壓的離子通過柵網，以達到靜電柵網選擇性阻滯的作用。柵網4 上加一較低的負電壓以消除離子在通過柵網時與柵網之間的碰撞所產生的二次電子達到收集器對測量的影響。離子源產生的等離子體進入柵網式離子能量分析儀后，通過調節柵網3 上所加正偏壓V 的大小，就可以控制通過的離子能量和數目，最后，使離子能量大于柵網3 所加電壓數的離子通過柵網4 到達離子收集極。通過收集極上所收集的離子流的大小以及柵網3 上的電壓就可以換算出離子能量的分布及大小。

圖1 四柵網離子能量分析儀測試原理圖

結論

　　基于Simion7. 0 模擬軟件，本文根據柵網式離子能量測試原理分析了改變測試裝置中網格大小和網格間距對離子能量測量結果的影響。通過本文的分析可知，在離子能量分布給定范圍的情況下，如果只改變柵網測試裝置中網格大小的尺寸，將會對測量的離子能量結果準確度有一定的影響; 如果固定網格大小，只改變網格間距對離子能量的測量沒有影響。本文的研究為柵網式離子能量測試裝置網格大小的設定提供理論依據，此模擬方法能夠指導柵網式測試裝置參數的優化，以提高測試裝置的精確度。