离子源自身研究的复杂性和应用区域的多样性,使得离子源的研究一直持续受到人们的关注,不同的设计要求和应用对象都导致离子源技术的不断进步。铯离子源作为较中性源常在研制光电发射体时作为必要元件而使用,铯离子对主族元素进行二次离子检测时能提升其检测极限,低能量的离子束在金属刻蚀,溅射镀膜等方面都有着重要应用。本文对铯离子源进行了研究,主要工作如下:(1)设计了能产生pA-nA量级微电流的铯离子源,铯离子的产生方式为铯原子扩散至钼表面,在一定温度下发生表面电离效应。测量了不同温度下,铯离子电流随电压的变化曲线,计算出铯源的逸出功eφ为:3.6581eV。(2)为了能够得到稳定的铯离子束流,本文运用了OPERA3D软件,对离子枪进行了设计、仿真及分析。本文中设计的离子枪由上述铯离子源,再结合栅极、聚焦系统和收集极四部分组成。本文采用了单电位透镜的聚焦结构,具体由两端聚焦极和中央聚焦极三个电极组成。通过调整各个电极之间的相对位置、电位大小、孔径半径,能够观测到离子束斑有很明显的尺寸变化。模拟结果表明:栅极电位值为-300V,两端聚焦极电位为-4000V,中央聚焦电极的孔径半径为27mm,间隔距离为9mm,电位值为-300V,收集极电位为-40000时,仿真模拟得到,离子束斑最小半径为0.91mm,对应离子束流电流大小为26.3nA。(3)参照仿真软件中各个电极的结构参数和电位值,将模拟结果做成实际的电极零件,表面清洁和热处理后运用测试系统测量了实际离子枪系统的性能,得到铯源加热电源电压与离子束电流的变化曲线,再利用离子枪刻蚀硅片测量离子束斑的形状和大小,与仿真出来的结果进行比较和分析。