Источник ионов

 

Изобретение относится к разработке источников ионов и может найти применение в радиационной физике, для модификации физико-химических свойств металлов и сплавов, диэлектриков и полупроводников методом ионной имплантации. Цель изобретения - упрощение устройства. Источник ионов содержит цилиндрические коаксиально расположенные анод, поджигающий электрод, катододержатель, катод, выполненный из плотно прилегающих друг к другу концентрических колец из рабочих материалов, изолятор, электрически разделяющий катод и поджигающий электрод, источник питания основного разряда с регулируемой длительностью импульса, включенный между внешним кольцом катода и анодом. Поджигающий электрод с изолятором установлен в центре катода. В процессе горения дугового разряда катодное пятно, сформированное на ближайшем к поджигающему электроду кольце, смещается в сторону внешнего кольца, что приводит к последовательному формированию плазмы из различных материалов. 1 ил.

Изобретение относится к разработке источников ионов и может найти применение в радиационной физике, для модификации физико-химических свойств металлов и сплавов, диэлектриков и полупроводников методом ионной имплантации. Цель изобретения - упрощение устройства. На чертеже схематично изображен источник ионов. Источник установлен в вакуумном объеме с давлением P≅ 10^-2 Па и содержит цилиндрический катододержатель 1 с составным катодом 2, набранным из колец различных материалов и расположенным на торцовой поверхности катододержателя, и коаксиально расположенный с ним анод 3. Высоковольтный источник 4 ускоряющего напряжения включен между анодом и ускоряющим электродом 5. Источник питания 6 основного разряда подключен между анодом 3 катододержателем 1, а блок 7 питания и коммутации поджигающего импульса подключен между катододержателем и поджигающим электродом 8. Поджигающий электрод 8 и изолятор 9 установлены в центре чередующихся по элементному составу дополнительных элементов. Электрический контакт дополнительных элементов с катододержателем осуществлен с наружным кольцом. Торцовая поверхность анода 3 закрыта мелкоструйной сеткой 10. Источник ионов работает следующим образом. При подаче с блока питания и коммутации на электрод 8 поджигающего импульса длительностью 1-10 мкс и амплитудой 2-5 кВ по поверхности изолятора 9 происходит пробой промежутка между поджигающим электродом и ближайшим к поджигающему электроду дополнительным кольцевым элементом. Образовавшаяся в результате пробоя плазма после расширения постепенно достигает анода 3. В дальнейшем зажигается основной дуговой разряд между данным (дополнительным) элементом катода и анодом. Разряд поддерживается за счет источника питания 6 основного разряда, который и определяет его длительность. Экспериментально установлено, что в процессе горения дугового разряда в данной конструкции катодное пятно, сформированное на ближайшем к поджигающему электроду материале, постепенно смещается в сторону места токоподвода. Перемещение катодного пятна с одного элемента на другой приводит к последовательному формированию плазмы из различных материалов. Плазма, образующаяся за счет дугового разряда, при расширении выходит через мелкоструктурную сетку 10 в ускоряющий зазор, образованный мелкоструктурной сеткой 10 и ускоряющим электродом 5. Под действием электрического поля, создаваемого высоковольтным источником 4 ускоряющего напряжения, осуществляется ускорение ионов из плазмы. Мелкоструктурная сетка 10 формирует плазменную границу, с которой осуществляется ионный токоотбор. Последовательное формирование плазмы из различных материалов, соответствующих материалам кольцевых дополнительных элементов, приводит к последующему ускорению ионного пучка с чередующимся составом ионного пучка. Содержание в пучке ионов каждого сорта может регулироваться как за счет длительности основного разряда, так и за счет измерения ширины каждого из колец. Изобретение позволяет, используя один поджигающий электрод с системой инициирования дугового разряда, сформировать сложный и в то же время регулируемый по составу ионный пучок и в одном цикле проводить сложное легирование образцов.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий коаксиально расположенные анод и катод, составленный из различных рабочих материалов, поджигающий электрод, изолятор, установленный между катодом и поджигающим электродом, и ускоряющий электрод, при этом катод и анод подключены к источнику электропитания основного разряда, а катод и поджигающий электрод - к источнику вспомогательного разряда, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, поджигающий электрод установлен в центре катода, выполненного из плотно прилегающих концентрических колец из рабочих материалов, причем внешнее кольцо катода подключено к источнику питания основного разряда, выполненному с регулируемой длительностью импульса.

РИСУНКИ

Рисунок 1