Устройство для транспортировки потока ионов

 

Использование: для фокусировки, ускорения и транспортировки потока ионов к выходному устройству ускорителя, например промышленного имплантера и т. п. Сущность изобретения: устройство выполнено из последовательности кольцевых постоянных магнитов 1, между которыми расположены кольцевые ускоряющие электроды 4, разделенные изоляторами 3. При прохождении ионного потока через устройство продольное магнитное поле, создаваемое кольцевыми постоянными магнитами 1, обеспечивает фокусировку, а в результате подбора распределения потенциалов на электродах 4 удается получить нерасходящийся пучок ионов. 2 ил.

Изобретение относится к электровакуумным приборам и может быть использовано в устройствах для фокусировки, ускорений и транспортировки потока ионов к входному устройству, например, промышленного имплантера, ускорителя ионов, технологических установок по обработке полупроводниковых материалов и т.д.

Целью изобретения является увеличение токопрохождения потока ионов через транспортирующую систему и уменьшение габаритов устройства.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве проводится фокусирование потока внешним постоянным магнитным полем с одновременным его ускорением.

Предлагаемое устройство выполнено из последовательности кольцевых постоянных магнитов, между которыми расположены кольцевые ускоряющие электpоды, отделенные друг от друга изолирующими керамическими шайбами, причем, поверхность магнитов закрыта металлическими (немагнитными) экранами для предотвращения газовыделения в вакуумный объем. Известно, что при выходе параллельного пучка заряженных частиц в эквипотенциальное пространство он расходится на расстоянии порядка 1-2 диаметров пучка на 10%. Для предотвращения бомбардировки внутренних поверхностей магнитов и изоляторов ионами потока внутренний диаметр электродов d₂ должен быть меньше внутренних диаметров магнитов и изоляторов d₁ на величину, большую или равную расстоянию между электродами l т. е. (d₁-d₂) ≥l. При этом для иона, находящегося на границе потока, путь поперек движения оказывается больше, чем вдоль него и ион не попадает на магнит или изолятор. Увеличение радиуса пучка при движении зависит от величины тока пучка и от напряжения, ускоряющего его (в нашем случае, приложенного к электродам). Радиус растет при увеличении тока и уменьшении напряжения. Следовательно, увеличивая напряжение, мы можем уменьшить радиус пучка за счет уменьшения силы электростатического расталкивания. Это позволяет использовать магниты с индукцией, не превышающей единиц килогаусс. Подбор определенной закономерности распределения ускоряющего потенциала вдоль системы дает возможность регулировать диаметр потока, уменьшая или увеличивая его по мере надобности, т.е. фокусировать его.

На фиг.1 приведена схема конструкции транспортирующего устройства. Оно содержит кольцевые магниты 1 с внутренним диаметром d₁, помещенные в герметичные оболочки 2, вакуумплотно спаянные с керамическими кольцами-изоляторами 3, которые также вакуумплотно спаяны с кольцевыми (дисковыми) ускоряющими электродами 4 с внутренним диаметром d₂. Кольцевой магнит, изолятор и электрод образует единичную ячейку длиной l. Система таких ячеек спаивается друг с другом для получения необходимой длины L транспортировки частиц. С обеих концов системы располагаются дополнительные граничные электроды 5 (входной и выходной электроды). При определенном соотношении L¹/d, где d - внутренний диаметр элементов, L¹ - длина конструкции, она может служить вакуумной развязкой, например, между областью горения разряда, из которой вытягивается ионный пучок, где давление может быть более высоким и областью транспортировки ионного пучка, где давление должно быть существенно ниже.

Устройство работает следующим образом.

Ионный поток выходит из области формирования через апертуру d₁ во входном электроде и поступает в область первого ускоряющего электрода, где существует продольное магнитное поле с индукцией B_oz, которое создается кольцевым магнитом, граничащим с ускоряющим электродом. В результате подбора распределения потенциалов от U₁ до U₂ удается получить нерасходящийся пучок ионов на длине L.

На фиг. 2 приведена схема устройства, применявшаяся для расчета на ЭВМ формы и размеров внешней границы ионного потока и результаты расчета. Из фиг.2 видно, что пучок проходит систему транспортировки, не расходясь, т.е. можно получить 100%-е токопрохождение.

Дополнительным положительным эффектом является то, что предлагаемое устройство имеет малые габариты, вес и практически не потребляет энергии от источника, питающего электростатический ускоритель, так как отсутствует токооседание на его электродах.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОТОКА ИОНОВ, содержащее последовательность кольцевых постоянных магнитов и ускоряющих электродов с разделяющими их изоляторами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и увеличения прохождения, ускоряющие электроды выполнены в виде дисков, а постоянные магниты намагничены так, что магнитное поле направлено вдоль оси устройства, и закрыты металлическими немагнитными экранами, причем внутренний диаметр d₂ электродов выбран из соотношения d₁ - d₂ ≥ l, где d₁ - внутренний диаметр магнитов и изоляторов, м; l - расстояние между электродами, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2