Источник ионов
Изобретение относится к газоразрядным устройствам для получения интенсивных пучков ионов различных газов и предназначено к использованию в ионно-лучевой технологии и для научных исследований в вакууме. Целью изобретения является повышение эффективности источника ионов путем увеличения интенсивности пучка ионов в отсутствии принудительного охлаждения . Она достигается в источнике ионов, включающем анод, полый катод с контрагирукщим отверстием со стороны анода, извлекающий электрод, тем, чть диаметр d и высота h контрагирующего отверстия выбираются из соотношений d 0,1Н, 6.(dAJl) h Ј 34(d2/b- |M),где М - относительная атомная масса;Н - линейный размер полого катода;1 - полный ионный ток. 1 ил. СО
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (!е (в (51)5 Н 01 J 27 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
I .:Р (54). источник ионов
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬЩЩц
ПРИ ГКНТ СССР
l(46) 07.09.91. Нюл. h» 33 (21) 4289691/25 (22) 27.07.87 (71) Рубежанский филиал Днелропетровского химико-технологического института им. Ф.Э.Дэержинского (72) А.И.Стогнйй, В.А.Никитинский и Б.И.Журавлев (53) 533.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В &54192, кл. Н 01 J 3/04, 1982.
Попов В.Ф., Преображенский О.В., Иамедов Б.P. Источник ионов с полым .катодом. — Электронная техника. Сер.
4 ° Электровакуумные и гаэоразрядные приборы, вып. 10, 1975, с. 42-45. (57) Изобретение относится к газораэрядным устройствам для получения инИзобретение относится к гаэоразрядиым устройствам для получения интенсивных пучков ионов различных газов .и предназначено к использованию в конно-лучевой технологии и для научных исследований в вакууме.
Целью изобретения является повыпе-. ние эффективности путем увеличения интенсивности пучка ионов различных газов, включая химически активные, в отсутствне принудительного охлажпення; источника ионов.
Устройство поясняется чертежом, на которой схематично изображен источник
3toHoB. Источник ионов содержит анод 1, полый катод 2 из тугоплавкого материа4 тенсивных пучков ионов различных газов и предназначено к использованию в ионно-лучевой технологии и для научных исследований в вакууме. Целью изобретения является повышение эффективности источника ионов путем увеличения интенсивности пучка ионов в отсутствии принудительного охлаждения. Она достигается в источнике ионов, .включающем анод, полый катод с контрагирующим отверстием со стороны анода, извлекающий электрод, тем, чтЬ
1 диаметр d и высота h контрагирующего отверстия выбираются из соотношений
5 to HZ; c d < О,IH, 6 ° 1О (d/ Т,)( с h « 34(d /Е 1И), где М - относительная атомная масса, Н вЂ” линейный размер полого катода; I; - полный ионный ток. 1 нл. ла, линейный размер которого Н. В стенке катода, обрашенной к аноду, выполнено контрагирующее отверстие .3 диаметром d и высотой h. Через отверстия в противоположной стенке катода производится токоотбор ионов в пучок извлекающим электродом 4. Иеталлоке"
В рамические узлы 5, вакуумноплотно. проваренные по швам, служат для электрической развязки электродов,Вв разрядной камеры. Напуск рабочего газа производится со стороны анода 1, а его откачка — через отверстия в электродах 2 и 4.
Источник, ионов работает следующий образом.
1561744
Г 7 Г )
О Че G ea >
АКТ,,Я (пф7п, Разрггд возбуждается импульсным напуском газа после установления между
O катодом 2 и аподом 1 напряжения
U< 400 В и расхода газа Q>350 сьР /ч х хати. На начальной стадии разряда в полости катода генерируется плазма, экранируемая от стенок катода слоем катодггого падения Потенциала величиной U 300 В, и с катодной. стороны 1р контрагирующего отверстия 3 образуется двойной слой с напряжением Ue в несколько потенциалов ионизации.
Электроны плазмы в полом катоде, по" падая на границу двойного слоя, уско- 15 ряются до энергии е U и инжектируются в виде пучка плотностью пп в область контрагирующего отверстия 3.
Проходя сквозь нейтральный газ, электронный пучок создает в результате пар 2р ных соударений начальную плазму с плотностью и порядка плотности пучка в области коптрагирующего отверстия
3. При взаимодействии пучка с этой плазмой начинают развиваться неустой- 25 чивости, и в электрических полях колебаний, возбуждаемых при неустойчивостях, электроны плазмы приобретают
1энергию, достаточную для ионизации и подключаются к процессу ионизации 30 рабочего газа в контрагирующем отвер стии 3. Плотность п плазмы растет до ,тех пор, пока релаксация пучка по энергии не начнет происходить только.
3а счет ко лекти гх взаимодействий. 35
Последнее реализуется при выполнении в контрагирующем отверстии 3 условий
% >l h, где % — длина свободггого пробега электронов пучка, а h - высота контрагирующего отверстия 3, соответ- 40 ствующая характерному размеру плазмы в направлении оси и толщине слоя рабо- . чего газа в этой области, и II ) ea p где (— инкремент плазменно-пучковой неУстойчивости, 1 е — частота электРон-45 атомных столкновений плазменных элекг ронов. Кроме того, высота h должна превьпггать длину квазилинейной релаксации при коллективных взаимодействиях 50 г — — х-дп(— -(- — ) 2)
- lI Ч п6 Ч1 пп Чп и Ч
Цй 55 где Чп = (еД1 /2m) — скорость электнов пучка;
Ч вЂ” скорость плазменных электрос нов; г — дебаевс кий радиус пл а змы в контрагирующем отверстии 3, что обеспечивает передачу до 707. энергии пучка плазменным электронам.
Ионы плотной плазмы в контрагирующем отверстии 3, поступая на границу двойного слоя, ускоряются его полем и в виде расходящегося направленного потока движутся к границе отбора в пучок. Таким образом, происходит формирование в источнике ионов: предускоренной компоненты. Кроме нее в пучок отбираются ионы из плазмы в полом катоде и, в общей сложности, ток пучка ионов достигает 0,1 части тока разряда.
Органиэация разряда в источнике ионов по двухкаскадной схеме, -когда объемная генерация заряженных частиц происходит как в полом катоде электронами со стенок катодной полости, осциллирующими в ней после ускорения в слое катодного падения потенциала, так и при плазменно-пучковых взаимодействиях в контрагирующеМ отверстии
3, с коэффициентом размножения больпге двух в каждой области (каскаде), поддерживает затраты энергии на генерацию одного иона в разряде не вьппе
340 эВ. За счет .эпого в совокупности с эффективным токоотбором в пучок электрическая экономичность источника ионов составляет г 0,3 мА/Зт...
Учитыван, что f Qpe (Ilg/Ile) где Яре- плазменная частота в контрагирующем отверстии 3, а ) п с - (Д1в 6eg 0 гДе Ila — плотность газа,,— сечение электрон-атомных столкса новеггигг и па Q(KT = 9,1,к Тд/М, М вЂ” молекулярная масса газа, К- - постоянная Больцмана), получим для диаметра d.ès условия )70eg ограничение снизу где <... > — знак среднего, значения. Сверху диаметр ограничен. условием возникновения двойного слоя при контрагировании отверстием разряда с Ilo-. .лым катодом без магнитного поля: d (0,1Ба Из усйовия 5 Ф h для высоты h, с учетом,Я (Ila Gea ) верхний предел примет вид: 1561744 h с 0,1КТ Ad (g 6 ) 4 5.10 МХ, сd<0,1Í 4 Г 1 510 - И 1;с йс0,1Н 610 — - сh с34 — — -, -з д +i; 1;, Нгде М 311.2 Составитель В.Волчков Редактор П.Коляда Техред M.Ходанич Корректор МЛароши « 3aKas 3724 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ухгор<щ, ул, Гагарина,101 Приведенные соотношения для диаметра d и высоты Ь контрагируняцего отверстия могут быть выражены через фиксированные, легко измеряемые величины 1 где М вЂ” относительная атомная масса",15 I-, - полный ионный ток. Формула изобретения. Источник ионов, включающий анод, полый катод с контрагирующим отверстием со стороны анода, извлекающий электрод, о т л и ч а .ю шийся тем, что, q целью повышения эффективности источника ионов за счет увеличения интенсивности пучка ионов, диа" метр 4 и высота Ь контрагирующего отверстия выбираются из соотношений относительная атомная масса, диаметр контрагирующего от верстия, и; высота контрагирующего отверстия, м, линейный размер полого като . да, полный ионный ток на выходе иэ источника.
