Устройство для получения молекулярного пучка

 

Изобретение относится к устройствам для формирования молекулярных пучков атомов некоторых металлов, радикалов и молекул с энергией частиц молекулярного пучка в диапазоне 1-1000 эВ. Цель изобретения - повышение стабильности потока частиц в молекулярном пучке. Устройство состоит из источника 1 пучка отрицательных ионов требуемой энергии, оптической системы 2 и источника 3 оптического излучения, осуществляющих фотоотрыв электронов от отрицательных ионов модулятора 4 оптического излучения, электростатическкой системы 5, разделяющей пучки заряженных и образовавшихся при фотоотрыве нейтральных частиц, второго источника 6 монохроматического излучения с оптической системой, состоящей из расширяющей линзы 8 и собирающей линзы 9, возбуждающего люминесценцию частиц молекулярного пучка, фотодетектора 10, регистрирующего сигнал люминесценции, схемы 11 управления модулятором, которые совместно с модулятором 4 в зависимости от сигнала, регистрируемого фотодетектором, управляют мощностью излучения, осуществляющего фотоотрыв, и таким образом управляют процессом образования нейтральных частиц в пучке. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 05 Н 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4640136/24-21 (22) 20.01.89 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Институт энергетических проблем химической физики АН СССР (72) А.Г.Новиков и Л.Ю.Русин (53) 621.384.6(088.8) (56) Атомные и молекулярные процессы./

Под ред. Д.Бейтса. М.: Мир, 1964.

Rempt R.D. Production of à team of

ground state oxigen atom of selectable

energy. 18 th International SAMPE Technicol

Conference, 0ct. 7 — 9, 1986, р. 761-768, Патент США ¹ 4649273, кл. Н 01 $1/00, 250/251, 1986.

Ельяшевич М,А. Атомная и молекулярная спектроскопия, ГИФМЛ, М., 1962.

Успехи физических наук, т. 132, ¹ 2, с. 239-344. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПУЧКА (57) Изобретение относится к устройствам для формирования молекулярных пучков атомов некоторых металлов, радикалов и молекул с энергией частиц молекулярного

„„Я „„1598227 А1 пучка в диапазоне 1 — 1000 эВ, Цель изобретения — повышение стабильности потока частиц в молекулярном пучке. Устройство состоит из источника 1 пучка отрицательных ионов требуемой энергии, оптической системы 2 и источника 3 оптического излучения, осуществляющих фотоотрыв электронов от отрицательных ионов модулятора 4 оптического излучения, электростатической системы 5. разделяющей пучки заряженных и образовавшихся при фотоотрыве нейтральных частиц, второго источника 6 монохроматического излучения с оптической системой, состоящей из расширяющей линзы 8 и собирающей линзы 9, возбуждающего люминесценцию частиц молекулярного пучка, фотодетектора 10, регистрирующего сигнал люминесценции, схемы 11 управления модулятором, которые совместно с модулятором 4 s зависимости от сигнала, регистрируемого фотодетектором, управляют мощностью излучения, осуществляющего фотоотрыв, и таким образом управляют процессом образования нейтральных частиц в пучке. 2 ил.

1598227

Изобретение относится к устройствам для формирования молекулярных пучков, а именно пучков атомов Mg, Са, Cu, Cs и других, а также некоторых радикалов, например ОН, с энергиями в диапазоне 1-"1000 эВ, (и может быть использовано для нанесения покрытий с высокой однородностью в хорошо контролируемых условиях, в исследованиях химических реакций частиц с поверхностью твердых тел, в исследованиях химических процессов и процессов рассеяния частиц на атомах и молекулах.

Целью изобретения является повышение стабильности потока частиц, формируемых генератором молекулярного пучка.

На фиг. 1 представлена схема устройства для получения молекулярного пучка; на фиг. 2 — схема управления модулятором, Устройство состоит из источника 1 отрицательных ионов, оптической системы 2, формирующей область с высокой плотностью мощности оптического излучения для осуществления фотоотрыва, источника 3 оптического излучения, осуществляющего фотоотрыв, модулятора 4 оптического излучения, электростатической разделяющей системы 5, источника 6 монохроматического излучения, телескопической цилиндрической системы 7, состоящей из расширяющей линзы 8 и собирающей линзы 9, фотодетектора 10, схемы 11 управления источником оптического излучения, осуществляющего фотоотрыв, зеркала 12, Схема управления модулятором (фиг, 2), используемая для управления электрооптическим модулятором, состоит из усилителя

13, источника 14 опорного напряжения, разностного усилителя 15 и высоковольтного усилителя 16.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1).

Ионный источник 1 формирует пучок отрицательных ионов с необходимой энергией. Ионный пучок проходит через оптическую систему 2, которая формирует на его пути область с высокой плотностью мощности излучения, B этой области происходит фотоотрыв электронов от отрицательных ионов. Оптическое излучение, осуществляющее фотоотрыв, генерируется непрерывным лазером с длиной волны 450.600 мм, например аргоновым. Лазер снабжен внутрирезонаторным модулятором 4, управляющим выходной мощностью лазера. Возможно также применение внерезонаторного модулятора. В этом случае модулятор 4 располагается между лазером и оптической системой 2. В качестве модулятора могут использоваться электрооптический или акустический затворы.

30. ральную часть пучка зондирующего излучения. При такой конфигурации поля

35 оптического излучения каждый атом прохо40

50

55

После того как ионный пучок проходит через область, в которой происходит фотоотрыв, получившийся пучок нейтральныхчастиц отделяется от пучка заряженных частиц электростатической отклоняющей системой 5. После этого пучок нейтральных частиц пересекает пучок зондирующего излучения, которое вызывает люминесценцию частиц в молекулярном пучке. Зондирующее излучение генерируется перестраиваемым лазером, например лазером на красителе. Лазер стабилизирован по мощности и генерирует на основной поперечной моде. Длина волны зондирующего излучения устанавливается в соответствии с резонансными полосами поглощения частиц молекулярного пучка, Например, для получения пучка Mg длина волны зондирующего излучения устанавливается около 457 мм, для получения пучка

А! — вблизи 394 или 396 нм, В плоскости, перпендикулярной направлению распространения молекулярного пучка, пучок зондирующего излучения расширяется цилиндрической телескопической системой

7. состоящей из вогнутой 8 и выпуклой 9 цилиндрических линз. Размер пучка зондирующего излучения по оси, вдоль которой он расширяется телескопической системой, не менее, чем на порядок величины больше диаметра молекулярного пучка. Кроме того, молекулярный пучок проходит через центдит приблизительно одинаковый профиль интенсивности, благодаря чему сигнал люминесценции более точно соответствует потоку частиц. В случае применения внутрирезонаторной методики возбуждения люминесценции зондирующее излучение.отражается назад плоским зеркалом 12.

В этом случае оптическая мощность внутри резонатора стабилизируется известными методами.

Вызванная зондирующим излучением люминесценция молекулярного пучка детектируется фотоприемником 10, находящимися за областью пересечения молекулярного пучка и пучка зондирующего монохроматического излучения. Постоянная времени фотоприемника выбирается достаточно большой, для того, чтобы проинтегрировать квантовые шумы сигнала люминесценции и обеспечить работу фотоприемника в линейном режиме. Фотоприемник может перемещаться вдоль оси распространения молекулярного пучка для определения положения, в котором достигается максимальное отношение сигнал—

1598227 шум, Сигнал, снимаемый с фотоприемника, пропорциональный интенсивности люминесценции, подается на схему 11 управления модулятором оптического излучения, В схеме управления модулятором поступивший с фотоприемника сигнал усиливается и сравнивается с опорным. После этого схемой управления модулятором вырабатывается соответствующий сигнал управления модулятором 4 излучения. Модулированное излучение управляет процессом фотоотрыва и формирует молекулярный пучок со стабильным потоком. На фиг, 2 представлен один из возможных вариантов схемы управления модулятором, которая используется в случае применения электрооптического модулятора. Схема состоит из усилителя 13, усиливающего сигнал фотоприемника 10 (фиг. 2), источника 14 опорного напряжения, резонансного усилителя 15 и усилителя 16 высокого напряжения, причем сигнал с усилителя 16 непосредственно управляют модулятором 4 оптического излучения, Вакуумная система. примененная в устройстве, разделена на три части: секцию ионного источника, секцию, в которой происходит фотоотрыв и разделение пучков заряженных и нейтральных частиц, и секцию, в которой осуществляется транспортировка молекулярного пучка, причем каждая сек.ция имеет свою систему откачки. Между второй и третьей секциями может располагаться диафрагма (скиммер). ограничивающая диаметр пучка до требуемой величины. При малых диаметрах пучка плотность потока частиц в пучке близка к равномерной. В этом случае устройство стабилизирует не только поток, но и плотность потока.

Нестабильность потока молекулярного пучка в предлагаемом устройстве определяется погрешностью детектирования потока частиц в молекулярном пучке, составляющей около 10ф,, в то время как нестабильность известного устройства может достигать более чем порядок величины. Бла5 годаря высокой стабильности молекулярного пучка, генерируемого предложенным устройством, возможно с высокой точностью контролировать и управлять процессом нанесения покрытий на

10 диэлектрические материалы.

Формула изобретения

Устройство для получения молекуляр15 ного пучка с энергией частиц 1 — 1000 эВ, содержащее источник отрицательных ионов, источник оптического излучения, оптическую систему для формирования области с высокой интенсивностью оптического

20 излучения на пути ионного пучка, электростатическую систему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения стабильности потока частиц в молекулярном пучке, в устройство введены источник монохроматиче25 ского излучения, оптическая ось которого пересекает траекторию молекулярного пучка на выходе электростатической системы, цилиндрическая телескопическая оптическая система, расположенная между источ30 ником монохроматического излучения и траекторий молекулярного пучка, фотодетектор, расположенный за областью пересечения траектории молекулярного пучка и оптической оси источника монохроматиче35 ского излучения, модулятор оптического излучения, схема управления модулятором, вход которого подключен к фотодетектору, а выход — к модулятору, причем в качестве источника оптического излучения использо40 ван источник излучения с частотой, вызывающей люми несценцию частиц молекулярного пучка.

1598227

Фиг.2

Составитель А,Енбаев

Редактор М.Бланар Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Заказ 3074 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101