Источник ионов

 

Изобретение относится к устройствам для получения моноэнергетичных интенсивных пучков ионов различных газов, в том числе активных, и может быть использовано для различных технологических операций в вакууме (травление подложек, нанесение пленок, легирование и т.д.), а также для научных экспериментов. Целью является увеличение срока службы и повышение электрической экономичности источника ионов на основе разряда с холодным катодом, контрагированного в скрещенных электрическом и магнитном полях. Источник ионов содержит эквипотенциальный полый катод, кольцевой анод, магнитную систему, многоапертурную систему извлечения и дополнительную полость. Рабочий газ в источник ионов напускается через дополнительную полость. Откачка происходит через многоапертурную систему извлечения. Давление в дополнительной полости (находящийся под потенциалом катода) на два порядка больше, чем в полом катоде. Благодаря высокому давлению (10^-1 Тор) в дополнительной полости основной разряд горит между анодом и дополнительной полостью с низким напряжением горения. Основная генерация ионов происходит в прианодной части. Отбор ионов осуществляется из полого катода через многоапертурную систему извлечения. 1 ил.

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.д.), а также для научных экспериментов. Целью изобретения является увеличение срока службы и повышение электрической экономичности. На чертеже изображен предлагаемый источник ионов. Источник ионов содержит эквипотенциальный полый катод 1 с входным отверстием 2 и перфорированной противоположной стенкой 3, кольцевой анод 4, магнитную систему, состоящую из магнитопровода 5, стержня 6 и катушки электромагнита 7, ускоряющий электрод 8, изоляторы 10, 11, дополнительную герметизированную полость 12, образованную диском 9 и стенкой полого катода с входным отверстием 2 и сообщающуюся с разрядным промежутком через выходной узкий кольцевой зазор 13. Откачка разрядной камеры осуществляется через эмиссионные отверстия полого катода. Источник работает следующим образом. Через дополнительную, находящуюся под потенциалом катода полость, в источник ионов напускается рабочий газ, который попадает через узкий выходной кольцевой зазор в прианодную область, а из нее через контрагирующую щель в полый катод. Благодаря этому в источнике ионов имеются две катодные полости с различными давлениями: дополнительная полость ( ≈10^-1 Тор) и полый катод ( ≈10^-3 Тор). При введении радиального магнитного поля в контрагирующей щели и подачи напряжения между анодом и катодом зажигается основной разряд между дополнительной полостью и анодом. В связи с высоким давлением в этой полости напряжение зажигания разряда близко к минимуму напряжения по закону Пашена ( ≈200 В). Электроны из дополнительной полости через входной кольцевой зазор попадают в прианодную область, в которой существует магнитное поле. Эти электроны, двигаясь в скрещенных электрическом и магнитном полях по циклоидальным траекториям, эффективно ионизируют газ в этой области. Часть образовавшихся ионов, пройдя через контрагирующую щель в полый катод и попадания на его стенки, выбирают вторичные электроны, тем самым возбуждая вспомогательный разряд между анодом и полым катодом, сжатый контрагирующей щелью с радиальным магнитным полем. Этот разряд является несамостоятельным и при напряжении 200 В существует только вместе с основным разрядом. В результате в полом катоде образуется плазма, отделенная от стенок катодным падением, а также ДЭС с катодной стороны контрагирующей щели. ДЭС обеспечивает ускорение электронов из полого катода в контрагирующую щель. Объемный заряд электронов в щели позволяет скомпенсировать объемный заряд ионного потока и эффективно пропустить все образованные в прианодной области ионы через контрагирующую щель. Кроме того, электроны полого катода, проходя через контрагирующую щель к аноду, вносят свой вклад в генерацию ионов в контрагирующей щели и прианодной области. ДЭС на выходе из щели расфокусирует ионный поток на большую эмиссионную площадь. Отбор ионов из плазмы и их ускорение до необходимых энергий осуществляется электрическим полем при подаче высокого напряжения между полым катодом и ускоряющим электродом. Источник ионов имеет более высокую электрическую экономичность и более высокий срок службы за счет снижения разрядного напряжения и уменьшения распыления электродов.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий эквипотенциальный полый катод с входным отверстием со стороны анода и перфорированной противоположной стенкой, которая с ускоряющим электродом образует многоапертурную систему извлечения, кольцевой анод, магнитную систему, состоящую из магнитопровода, стенки полого катода с входным отверстием, стержня и катушки электромагнита и создающую радиальное магнитное поле в кольцевой контрагирующей щели между стенкой входного отверстия полого катода и введенным в него со стороны анода стержнем, и систему напуска газа, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы, в источнике ионов между стенкой полого катода с входным отверстием и анодом симметрично оси источника ионов введен диск с центральным отверстием, равным входному отверстию полого катода, который вместе со стенкой полого катода образует дополнительную полость с кольцевым выходным зазором, соединенную с системой напуска газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1