Источник ионов

Источник ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой контрагируюцёй щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которого соединен с анодом, катод по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов, и ускоряющий злектрод, отличающийся тем, что, с целью повышения газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа при использовании любУх газов, катод выполнен полым в виде металлической камеры, при этом входное отверстие расположено со стороны промежуточного электрода, злектричес-. ки изолированного от катода, соединенного с отрицательные выводст источника питания и через ограничитель ное сопротивление с промежуточным электродом. В

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 01 J 3/04 Н 01 J 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2899486/18-25 (22) 26.03.80 (46) 23.11.83. Бюл. )1 43 (72) Б. И. Журавлев и В. A. Никитинский (53) 621. 385(088.8) (56 ) 1. Габович М. Д. Физика и техни. ка плазменных источников ионов. М °, Атомиздат, 1972, с. 11.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 461709, кл. Н 01 J 3/04, 1976 (прототип). (54 ) (57 ) ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой контрагирующей щелью, магнитную .систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которо-. го соединен с анодом, катод по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов и ускоряющий электрод, отличающийся тем, что, с целью повьааения газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа при использовании любых газов, катод выполнен полым в виде металлической камеры, при этом входное отверстие расположено со стороны промежуточного электрода, электрически изолированного от катода, соединенного с отрицательньв) выводом ис» точннка питания и через. ограничитель ное сопротивление с промежуточным электродом. .е

854192

Изобретение относится к устройствам для получения моноэнергетичных: интенсивных пучков ионов различных газов, включая активные, при высоких газовой и электрической экономичностях и может быть использовано для различных технологических операций в вакууме (травление подложек, нанесение пленок, легирование и т.п.}.

Моноэнергетические пучки ионов обеспечиваются при разделении функций генерации и ускорения заряженных части в источниках-ионов. Генерация заряженных частиц осуществляется в разрядной камере, а ускорение ионов до необходимой энергии происходит в электрическом поле вакуумного ускоряющего промежутка при отборе ионов

15 с границы плазмы без возмущеНия разряда Г1) .

Возникновение ионов в ускоряющем промежутке и изменение параметров разряда при введении ускоряющего напряжения приводит к ухудшению моноэнергетичности пучка.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является источник ионов Я, содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой контрагирующей щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которого соединен с анодом, катод, по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов и ускоряюций электрод

При этом катод выполнен в виде териокатода.

Недостатком его является нйзкая надежность работы из-за наличия термокатода и ограничение диапазона рабочих газов.

Исключение термокатода иэ -разряд- 40 ной камеры и переход в той же геометрии к разряду между боковыми стенками контрагирующей щелк и анодом приводит при одинаковьйс условиях к увеличению напряжения горения разря- 45 да в несколько раэ.и уменьшению разрядного тока и тока ионов пучка 6о лее чем на порядок. Эти обстоятельства приводят к существенному снижению газовой и электрической экономичнос- 50 .ти источника ионов., Целью изобретения является повышение газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа в камере катода при использовании любых га зов, включая активные.

Указанная цель достигается тем, что катод выполнен полые в виде ме" таллической камеры, при этом входное отверстие расположено со стороны промежутрчного электрода, электричес.60 ки изолированного от катода, соединенного с отрицательным выводом источника питания и через ограничительное сопротивление с промежуточным электродом.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Источник ионов содержит катод 1 в форме металлической полости, ферромагнитный промежуточный электрод

2, с контрагирующей кольцевой щелью медный анод 3, электромагнитную катушку 4 для создания радиального магнитного поля в щели, ускоряющий электрод 5> источник б питания, положительный вывод которого соединен с анодом, а отрицательный — .с катодом и через ограничительное сопротивление 7 с промежуточным электродом.

Также в источнике имеются изоляторы

8-11. Напуск рабочего газа в источник производится с анодной стороны, а откачка разрядной камеры — через эмиссионные отверстия в стенке полости.

Источник работает следующим образом.

При введении радиального магнитного поля в щели и включении напряжения первоначально .инициируется слаботочный разряд между стенками кольцевой контрагирующей щели в промежуточном электроде 2 и анодом 3.

Ионы, ускоренные в анодном слое этого разряда, попадают на внутренние стенки полости катода. через его входное отверстие и выбивают вторичные электроны„ каждый из которых, совершая многократные колебания в полости, производит несколько новых пар заряженных частиц. Образовавшиеся в полости электроны попадают в щель, увеличивают в ней выход ионов и разрядный ток. В результате в полости образуется плазма, отделеннай от стенок катодным падением, а также двойньм электростатическим слоем с катодной стороны контрагирующей щели.

Двойной электростатический слой обеспечивает ускорение ионизирующих электронов иэ полости в контрагирующую щель и образовавшихся в цели ионов в н правлении эмиссионных отверстий. Д полнительная ионизация газа в полости повыаает плотность ионов на границе токоотбора и газовую экономичность источника ионов.

Величина ограничительного сопро-. тивления 7 выбирается из условия минимального сопротивления разряда и максимального тока пучка при постоянном напряжении источника питания и составляет 100-200 Ом. Обрыв цепи промежуточного электрода переводит разряд в слаботочную форму и на поря. док уменьшает ток пучка. При ограни-, чительном сопротивлении R = 0 возрастает сопротивление разряда и уменьшается ток пучка примерно в 1,5 раза по сравнению с током при выше :*. указанном значении; В.

854192

Составитель A. Рахимов

Техред Т. Маточка Корректор О. Тигор

Редактор П. Горькова

Заказ 10848/3 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для возбуждения полого катода необходимо большое время жизни вторичных электронов в полости, что обес.печивается при линейных размерах полости, превышающих .более чем на порядок ширину щели.

Входное отверстие полости катода должно быть не менее внешнего диаметра щели и соосно с ним, чтобы ионы, ускоренные двойным слоем, по» падали в полость. 10

Отбор ионов из плазмы и их ускорение до необходимых энергий осуществляется электрическим полем при подаче высокого напряжения между полостью и ускоряющим электродом 5. 35

Получен"пучок ионов кислорода с током О, 25 A и энергией ионов 10 кВ при газовой экономичности 0,7, электрической экономичности 0,8 и разбросом ионов по энергии в пределах 2% .

Предлагаемый источник ионов об" ладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: повыаается надежность работы источника и позволяет использовать в качестве рабочих активные газы, повышается степень ионизации на границе токоотбора; в случае исключения иэ него термокатода повышается. ток пучка ионов более чем на порядок, повышается газовая экономичность путем дополнительной ионизации газа в полости катода, снижается разрядное напряжение в не- . сколько pas.