Широкоапертурная ионно-оптическая система газоразрядного источника ионов

Широкоапертурная ионно-оптическая система газоразрядного источника ионов

Реферат

 

Изобретение относится к газоразрядным источникам ионов. Целью изобретения является повышение плотности ионного тока и однородности ионного пучка. Ускоряющий электрод 2 выполнен в виде сеток 3 и 4. Ионы из плазменного эмиттера 1 проходят через сетки и попадают на коллектор 5 ионов. Вторичные электроны с коллектора отражаются сеткой 4. Ток вторичных электронов с сеток 3 и 4 мал из-за высокой прозрачности сеток. 1 ил.

Изобретение относится к газоразрядным источникам ионов. Целью изобретения является повышение плотности ионного тока и однородности ионного пуска Ионно-оптическая система в составе газоразрядного источника ионов схематично показана на чертеже. Источник содержит плазменный эмиттер 1 и ионно-оптическую систему, образованную ускоряющим электродом 2, выполненным в виде сеток 3 и 4, а также коллектором 5 ионов. Между ускоряющим электродом 2 и коллектором 5 включен источник напряжения 6, а между плазменным эмиттером 1 и коллектором 5 ионов высоковольтный источник питания 7. Ионно-оптическая система работает следующим образом. В плазменном эмиттере 1 ионов генерируется разрядная плазма, с поверхности которой ионы ускоряются электрическим полем, создаваемым первой сеткой 3 ускоряющего электрода 2, проходят через сетки 3 и 4 формируют ионный пучок, достигающий коллектор 5 ионов. Обрабатываемую деталь располагают на коллекторе. Образующиеся в результате ионной бомбардировки коллектора вторичные электроды не могут преодолеть потенциальный барьер, создаваемый разностью потенциалов коллектора 5 и второй сетки 4 ускоряющего электрода. Вторичные электроны, рождающиеся на сетках 3 и 4, уходят на плазменный эмиттер. Для того, чтобы доля вторичных электронов была бы мала по отношению к току ионов, прозрачность сеток должна быть не менее 95% Таким образом, сетка 3 служит для извлечения и формирования ионного пучка, а сетка 4 для подавления электронной эмиссии на коллекторе. В экспериментах использовались сетки, изготовленные из проволоки диаметром 2 = 0,2 мм с шагом S 10 мкм и расположенные на расстоянии друг от друга d 40 мм. Расстояние сетки 4 ускоряющего электрода 2 до коллектора 5d_ск 150 мм, а расстояние от эмиттера ионов 1 до сетки 3 извлекающего электрода 2d_са 20 мм. Даже при высокой геометрической прозрачности и большой электрической проницаемости подавление вторичной эмиссии сетки 4 происходит при потенциале U_с 300 В, при энергии ионов U_а 100 кВ и j_i 510^-3 А/см² (по водороду) за счет того, что поле, ускоряющее ионы, сильно ослаблено сеткой 3 и удалением сетки 4 от сетки 3 на расстояние d > S. Эквивалентный потенциал в области сетки можно найти из соотношения U_э U_c + DU_a, где U_а и U_с потенциал анода и сетки, D электрическая проницаемость сетки. D ln Для подавления вторичной эмиссии с коллектора при больших плотностях тока пучка и больших U_а необходимо иметь большую U_с и малую D. Напряжение смещения U_с ограничено потенциалом зажигания разряда U_з.р., а уменьшение D связано с уменьшением шага S или увеличением радиуса Последнее невозможно, так как приводит к увеличению тока вторичных электронов с сетки. Однако, если использовать две сетки, как в изобретении, геометрическая прозрачность упадет менее чем в два раза, а электрическая проницаемость-во много раз. Расчет показывает, что эквивалентный потенциал для подавления вторичной эмиссии при наличии двух сеток U_э2 может быть рассчитан по формуле -U_э2 U_с + DU_c + D²U_а. Для упрощения расчетов принято d_саd. Выбирая U_вэ < U_э2, U_эр > U_с, где U_вэ минимальный потенциал, необходимый для подавления вторичной эмиссии (U_вэ > 30В, U_эр 10³В),можно рассчитать все геометрические параметры сетки. Конструкция ИОС позволяет в 3 раза увеличить плотность ионного тока, а также повысить однородность ионного пучка.

Формула изобретения

ШИРОКОАПЕРТУРНАЯ ИОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГАЗОРАЗРЯДНОГО ИСТОЧНИКА ИОНОВ, содержащая сеточный ускоряющий электрод, коллектор ионов, электрод-эмиттер и высоковольтный источник напряжения, положительный полюс которого подключен к электроду-эмиттеру, а отрицательный к ускоряющему электроду, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности ионного тока и однородности ионного пучка, ускоряющий электрод выполнен в виде двух сеток с прозрачностью не менее 95% установленных друг от друга на расстоянии не менее шага сетки, при этом сетки электрически соединены друг с другом и подключены к отрицательному полюсу дополнительного источника напряжения, положительный полюс которого подключен к коллектору.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 27-1999

(73) Патентообладатель:Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Договор № 8512 зарегистрирован 12.04.1999

Извещение опубликовано: 27.09.1999