Ионный источник

 

ОПИСАН И Е изоы чтения

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетоких

Социалистических

Республик!

>

I с

Зависимое от а вт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 02.1.1968 (№ 1207254/26-25) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

Опубликовано 10.1Х,1969. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 5.11.1970

Кл. 21g, 36

МПК Н 05h

УДК 621.384,66 (088.8) Комитет по делам изобретеиий и открь:тий при Соеете Миииотрое

СССР

Авторы изобретения

Г. А. Ковальский и Ю. П. Маишев

Заявитель

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК

В известных ионных источниках для уменьшения влияния пространственного заряда используется встречный электронный пучок.

С целью повышения компенсирующего влияния электронного пучка и повышения первеанса ионного пучка предложен описываемый источник ионов.

Положительный эффект достигнут за счет применения для нейтрализации ионного пучка в ускоряющем промежутке электронных потоков, образованных скрещенными постоянными электрическим и магнитным полями. В предлагаемом устройстве термоэлектронные катоды расположены так, что эмиттирующие электроны поверхности оказываются параллельными плоскости симметрии ионного пучка, что дает ряд.преимуществ. Во-первых, в результате провисания эквипотенциалей электрического поля в щель между термокатодами электронное облако концентрируется в плоскости симметрии ионного пучка, что способствует увеличению эмиссии ионов с эмиттера, а также уменьшает расходимость ионного пучка в ускоряющем промежутке. Во-вторых, действие пространственного заряда ионного пучка, проходящего между эмитгирующими электроны зтоверхностями, повышает отбор электронов с термокатодов, что позволяет дополнительно увеличить пространственный заряд электронов в ускоряющем промежутке и регулировать его температурой термокатодов.

В силу перечисленных факторов эффект увеличения плотности ионного тока, отбпраемога с эмиттера ионов за счет создания электронного облака внутри ионного пучка, в предла5 гаемом устройстве значительно выше, чем в известных устройствах. Как показывает расчет и подтверждает эксперимент, если в известных устройствах плотность ионного тока увеличивает я обычно примерно в трп раза, то

10 в предлагаемом устройстве увеличение плотности ионного тока оказывается на порядок выше.

В качестве эмиттера ионов могут быть исгользованы илп граница плазмы газового раз15 ряда, или эмпттер с поверхностной понпзацпей щелочных металлов. В проведенных испытаниях устройства эмнттером ионов служила газоразрядная плазма, что позволило работать на инертных газах, не влияющих на эмпссшо

20 электронов с термокатодов.

На чертеже схематически изображен вариант .предлагаемого устройства, предназначенный для формирования ленточного ионного пучка.

25 Для создания плазмы используется отражательный газовый разряд между танталовым катодом 1 длиной 80 л,я и шириной 3,5 лы и антикатодом 2 длиной 80 яя. Анодом служил корпус разрядной камеры 8. Газ впускается

30 через отверстие 4.

Опыты проводились на аргоне. Плазма диф240883 фундирует поперек магнитного поля в отверстие 5, имеющее длину 30 л м и ширину 1 мль

Перемычка 6 способствует лучшему формированию ионного пучка. Она имеет ширину 1 ил и углублена в корпус разрядной камеры на

1» »ь Ионы ускоряются Hàïðÿûåíïåì, приложенным между корпусом разрядной камеры 8 и двумя тсрмокатодами 7, создающими облако электронов в ускоряющем промежутке. Термокатоды 7 длиной 100»ut выполнены из тантала, на который на протяжении 30 ля нанесено эмиттирующее покрытие 8 из гексаборида лантана (ширина покрытия 5 лья). Термокатоды нагреваются до рабочей температуры постоянным током 100 а, направленным так, что магнитное поле основного магнита складывается с магнитным полем от тока, проходящего через термокатоды. Танталовыи экран 9 с щелью 5+30 мм для прохождения ионного пучка имеет потенциал термокатодов 7 и служит для уменьшения числа электронов, проходящих из области ионного пучка на анод (т. е. для уменьшения расходного тока выпрямителя, создающего электрическое поле в ускоряющем промежутке) .

Ионный пучок после прохождения между термокатодами через диафрагму со щелью

6р, 35 мл попадает на токоприемник. Экран 9, термокатоды 7, фланец для крепления термокатодов и экрана, диафрагма и токоприемник находятся под одним потенциалом (потенциал земли).

Величина ускоряющего потенциала и напряженности магнитного поля в ускоряющем зазоре, выбираются таким образом, чтобы движение электронов, выходящих из двух термокатодов, соответствовало движению электронов в плоском магнитроне, работающем в так называемом критическом режиме. При критическом режиме электроны, вылетающие с катода с нулевой начальной скоростью, движутся по циклоидальным траекториям, почти касаясь плоскости анода (в приведенном случае — границы плазмы), а затем под влиянием магнитного поля возвращаются на катод также с нулевой скоростью. Образованное такиМ способом электронное облако нейтрализует пространственный заряд ионного пучка в ускоряющем промежутке.

Магнитное поле практически не искажает траектории ионов, поскольку их масса значительно (по крайней мере в 1840 раз) превосходит массу электрона.

В предлагаемом устройстве с нейтрализа10 цией пространственного заряда ионного пучка электронами был получен первеанс 30 10 6

b3/2 на 1 пог. см ширины пучка (в данных опытах она равнялась 3,5 см).

Получено увеличение ионного тока на токоприемник в 35 раз по сравнению с ионным током без нейтрализации. Ионный пучок является моноэнергетическим.

Предлагаемое устройство для нейтрализации ионного пучка в ускоряющем зазоре может быть использовано для источников с по,верхностной ионизацией ионов.

Использование предлагаемого устройства для получения тонких пленок путем катодного распыления в высоком вакууме и очистки поверхностей при помощи ионной бомбардировки позволит увеличить производительность технологического процесса в десятки раз.

Предмет изобретения

Ионный источник ленточного пучка, состоящий цз плоскопараллельных анода и катода, образующих ускоряющий промежуток, имею35 щих соответствующие плоские щели для выхода ионного пучка и помещенных в магнитi.ое поле, перпендикулярное электрическому, и эмиттера ионов, расположенного в плоскости анода, отличающлйся тем, что, с целью увели40 чения плотности тока, вдоль длинных сторон щели внутри катодной пластины размещены два дополнительных термоэлектронных катода с эмиттирующими электроны плоскостями, перпендикулярными плоскости катодной плас45

240883

Составитель Б. Попов

Редактор Мельникова

Корректоры: Е. Ласточкина и В. Петрова

Техред Л. Я. Левина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3789/5 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совеге Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5