Способ получения плазмы ионов бора



Способ получения плазмы ионов бора
Способ получения плазмы ионов бора

 

H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2550738:

Общество с ограниченной ответственностью "Плазменные источники" (RU)

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано в полупроводниковой и других отраслях промышленности, где необходима модификация поверхностей материалов. Способ включает генерацию плазмы ионов бора в импульсном сильноточном магнетронном разряде, параметры которого достаточны для реализации режима самораспыления мишени из бора и составляют: ток 10-50 А, напряжение 1-2 кВ, длительность импульса - 10-100 мкс. Инициирование импульсного сильноточного магнетронного разряда осуществляется путем зажигания постоянного слаботочного магнетронного разряда с током до 50 мА, напряжением до 2 кВ и нагрева этим разрядом теплоизолированной электропроводящим материалом мишени из твердотельного бора до температуры уровня 400-500°C, при которой происходит резкое увеличение удельной проводимости бора до значений, достаточных для стабильного горения импульсного сильноточного магнетронного разряда. Технический результат - повышение содержания в плазме ионов бора до 95-98%. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано в полупроводниковой и других отраслях промышленности, где необходима модификация поверхностей материалов.

Известны способы получения плазмы в планарных магнетронных распылительных системах (Патент RU №2339735; МПК C23C 14/35, опубл. 12.02.2007), основанных на принципе распыления поверхности металлической мишени, находящейся под отрицательным потенциалом, ионами рабочего газа, получаемыми в плазме электрического разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Ионы плазмы разряда, ускоренные в катодном падении у мишени, распыляют поверхность мишени, обеспечивая поток атомов металла с ее поверхности, необходимый для осуществления процессов нанесения металлических покрытий. Доля ионов металла мишени в газоразрядной плазме не превышает единиц процентов. Данные способы применимы только для распыления любых металлических мишеней.

Недостатком этого способа является незначительная доля металлических ионов материала катода-мишени в плазме разряда, а также невозможность получения плазмы неэлектропроводящих и полупроводниковых материалов.

Известен способ получения плазмы с помощью магнетронного разряда, при котором концентрация ионов металлов материала мишени в плазме превышает концентрацию ионов рабочего газа. Это реализуется за счет так называемого режима самораспыления мишени (Патент US №8568572; МПК C23C 14/00; опубл. Oct. 21, 2010). Этот способ является наиболее близким аналогом и взят за прототип для данной заявки. Способ реализуется в магнетроне, который откачивается до предельного вакуума с последующей установкой минимально возможного давления рабочего газа (давление в камере уровня 10-4 Торр), необходимого только для зажигания магнетронного разряда. На мишень подаются высоковольтные импульсы напряжения (более 1 кВ) длительностью до 100 мкс. Приложение этих импульсов приводит к зажиганию сильноточного импульсного магнетронного разряда с током в десятки ампер. Происходит процесс самораспыления мишени, в результате которого образуется плазма, характеризующаяся высоким (до 90%) содержанием в плазме металлических ионов материала мишени. Основным преимуществом работы устройства в режиме самораспыления является возможность получения плазмы материала металлической мишени с низким содержанием ионов рабочего газа, что является важным для применения в полупроводниковой промышленности.

Основное ограничение такого способа заключается в выборе материала мишени, т.к. режим самораспыления реализуется только для металлов с низкой работой выхода, таких как Cu, Ag, Bi, Zn и т.д. Кроме этого, данный способ не применим для мишеней, выполненных из неэлектропроводящих и полупроводниковых материалов.

Задачей заявленного изобретения является получение плазмы с высоким содержанием ионов бора, являющегося при нормальных условиях полупроводником с низкой электропроводностью.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения плазмы, включающем генерацию плазмы в импульсном сильноточном магнетронном разряде, параметры которого достаточны для реализации режима самораспыления мишени, согласно изобретению инициирование импульсного сильноточного магнетронного разряда осуществляется путем зажигания постоянного слаботочного магнетронного разряда, приводящего к нагреву теплоизолированной электропроводящим материалом мишени из твердотельного бора до температуры, при которой удельная проводимость бора становится достаточной для реализации режима самораспыления мишени.

Предпочтительно использовать параметры постоянного слаботочного магнетронного разряда: ток до 50 мА, напряжение до 2 кВ, а параметры импульсного сильноточного магнетронного разряда: ток 10-50 А, напряжение 1-2 кВ, длительность импульса - 10-100 мкс, частота повторения импульсов от единичных до 50 Гц.

Указанная совокупность признаков за счет совмещения двух видов магнетронных разрядов при их использовании для разогрева мишени и для генерации ионов обеспечивает создание нового способа получения плазмы ионов бора с малым содержанием примесей, в частности, при использовании в качестве рабочего газа аргона новый способ обеспечивает содержание ионов бора в плазме 95-98%.

Изобретение поясняется далее на конкретном примере его использования.

На фиг.1 изображена схема планарного магнетронного распылителя, на котором осуществлен предлагаемый способ.

На фиг.2 представлен масс-зарядовый состав плазмы, образующейся при реализации предлагаемого способа.

На фиг.1 для осуществления способа используется планарный магнетронный распылитель с мишенью 1, выполненной из твердотельного бора. Существенным для достижения технического эффекта является использование специальных электропроводящих материалов 2, осуществляющих теплоизоляцию мишени от других элементов конструкции, при этом расстояние от рабочей поверхности мишени до полюсов магнитопровода 3 достаточное для обеспечения на поверхности мишени величины индукции магнитного поля, необходимой для стабильного функционирования магнетронного разряда. Для питания постоянного слаботочного магнетронного разряда используется постоянный источник питания 4, а для импульсного сильноточного магнетронного разряда - импульсный источник питания 5.

Используемое устройство функционирует следующим образом. Планарный магнетронный распылитель откачивается до предельного вакуума, затем в него подается рабочий газ аргон и в течение всего процесса поддерживается рабочее давление уровня 5·10-4 Торр. От постоянного источника питания 4 к мишени 1 через теплоизолирующий электропроводящий материал 2 прикладывается отрицательное напряжение величиной до 1500 В. При этом удельное сопротивление мишени из бора, составляющее при комнатной температуре 107 Ом·см, позволяет инициировать лишь слаботочный разряд с током не более единиц мА. В течение 1-2 минут горения такого разряда происходит нагрев мишени, при этом с увеличением температуры ее электрическое сопротивление уменьшается, а ток разряда соответственно растет. При достижении значения температуры мишени уровня 400-500°C происходит резкое увеличение удельной проводимости бора и переход магнетронного разряда в режим горения с большим током уровня 20-50 мА. Плазма такого разряда состоит из однозарядных ионов рабочего газа, содержание ионов бора не превышает 5%. Включается импульсный источник питания 5, в результате чего магнетронный разряд переходит в сильноточную импульсную форму горения с током разряда (10-30) А при длительности импульса порядка 100 мкс. Полученный режим горения разряда является режимом с самораспылением, основными признаками которого являются напряжение горения разряда более 1 кВ и содержание в плазме ионов материала мишени, значительно превышающее содержание ионов рабочего газа.

Измерения с помощью время-пролетной методики масс-зарядового состава плазмы (см. фиг.2), где представлены осциллограммы напряжения на затворе (верхняя) и тока цилиндра Фарадея время-пролетного спектрометра (нижняя) для значений: давление 5·10-4 Торр, ток импульсного разряда 12 А, длительность импульса 100 мкс, частота 5 Гц, рабочий газ-аргон) показали, что доля ионов бора в импульсе составила 97%, остальные 3% ионов представляли собой ионы рабочего газа аргона. Полный ионный ток на подложку диаметром 200 мм в импульсе составил 300 мА. Радиальная неоднородность ионного тока на диаметре 200 мм составила 20%.

1. Способ получения плазмы ионов бора с содержанием более 95%, включающий генерацию плазмы в импульсном сильноточном магнетронном разряде, параметры которого достаточны для реализации режима самораспыления мишени, отличающийся тем, что инициирование импульсного сильноточного магнетронного разряда осуществляется путем зажигания постоянного слаботочного магнетронного разряда, приводящего к нагреву теплоизолированной электропроводящим материалом мишени из твердотельного бора до температуры, при которой удельная проводимость бора становится достаточной для реализации режима самораспыления мишени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры постоянного слаботочного магнетронного разряда составляют: ток до 50 мА, напряжение до 2 кВ, а параметры импульсного сильноточного магнетронного разряда составляют: ток 10-50 А, напряжение 1-2 кВ, длительность импульса - 10-100 мкс, частота повторения импульсов от единичных до 50 Гц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), составной частью которых является катод как генератор плазмы.

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к электроразрядным устройствам типа “плазменный фокус”, и может быть использовано в качестве генератора разовых импульсов рентгеновского и нейтронного излучений для исследовательских и прикладных задач.

Изобретение относится к области плазменной обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к плазменному устройству для химического осаждения покрытия из паровой фазы (CVD) на подложку в виде пленки или листа. Устройство включает вакуумную камеру, пару роликов для напыления, расположенных в вакуумной камере, вокруг которых намотана подложка, которая является мишенью для осаждения, и генерирующую магнитное поле секцию, которая генерирует генерирующее плазму магнитное поле на поверхности роликов для напыления, формируя участок для осаждения, на котором напыляют покрытие на упомянутую подложку.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП).

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к способам создания плазменных антенн. Способ создания импульсной плазменной антенны включает облицовку внутренней поверхности выемки в заряде взрывчатого вещества, инициирование заряда взрывчатого вещества со стороны, противоположной выемке, и метание материала облицовки в окружающее пространство со скоростью, достаточной для ионизации ионизируемого материала при их движении в атмосфере, с формированием плазменной антенны.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при стерилизации товаров и/или дезинфекции поверхностей. Устройство генерирования плазмы содержит первый, запитанный, электрод и вторую конструкцию электрода, расположенную напротив первого электрода.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться, в частности, в качестве электроракетного двигателя. Катод (1) и два электрически изолированных анода (2, 3) образуют ускорительный канал эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ).

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии в тепловую посредством дугового разряда в генераторе низкотемпературной плазмы (плазмотроне) и может быть использовано в энергетике для розжига и подсветки пылеугольного факела в топочных устройствах, в металлургической и химической промышленности, для получения ультрадисперсной сажи, которая является сырьем для получения наноструктурированного технического углерода.

Изобретение относится к многофорсуночной трубообразной плазменной горелке-осадителю для производства заготовок для изготовления оптических волокон. К горелке подводится поток среды, содержащий стеклянный исходный материал и газ-носитель, и создается перпендикулярная ориентация продольной оси горелки относительно центральной оси подложки. Первый частичный поток первого газа или газовой смеси, в частности газа-предшественника, подводится с нижней стороны горелки к плазме и подложке через по меньшей мере одну форсунку, проходящую по продольной оси горелки. Второй частичный поток газа-предшественника подводится к плазме и подожке через дополнительную форсунку таким образом, что частичные потоки объединяются вблизи подложки. Горелка содержит средства для подачи одной легирующей присадки при помощи газа-предшественника. Технический результат изобретения - повышение эффективности осаждения частиц SiO2. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к источникам нейтронного излучения и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Заявленный импульсный нейтронный генератор содержит размещенные коаксиально в герметичном корпусе (1), залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку (2), накопительный конденсатор (9) и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой (5) и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном (4). При этом дно соединено с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки. Параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка (6), намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки. Техническим результатом является повышение стабильности и срока службы генератора, а также уменьшение его габаритов. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Технический результат - возможность зажигания самостоятельного дугового разряда в открытом свободном пространстве. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую металлическую проволочку, которая размещается в свободном пространстве между электродами, при таком расстоянии между ними, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка. При этом разрядный канал помещают в перпендикулярное к нему магнитное поле, уменьшающее уход положительных ионов из разрядного промежутка, что служит дополнительным источником тепла для испарения электродов. 1ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Электрод для дуговой плазменной горелки содержит наружную стенку в целом цилиндрической формы, торцевую стенку и выступ. Торцевая стенка соединена с дистальным торцом наружной стенки и служит опорой для эмитирующего элемента, расположенного в целом в ее центральной области. Основание выступа расположено в целом в центральной области торцевой стенки, а конфигурация выступа позволяет ему соединяться разъемным соединением с электрододержателем, при этом выступ имеет такую конфигурацию, что между выступом и электрододержателем образуется, по меньшей мере, один канал для прохождения охлаждающей среды, когда электрод соединен с электрододержателем. В вариантах воплощения изобретения разъемное соединение содержит резьбовое соединение, при этом на выступе нарезана резьба для разъемного соединения с имеющей резьбу трубкой охлаждения электрододержателя. В других вариантах воплощения изобретения, по меньшей мере, один канал для прохождения охлаждающей среды образован этим резьбовым соединением. Технический результат - повышение срока службы электрода. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к физике плазмы. Технический результат состоит в повышении надежности. Сверхпроводящий соленоид с гофрированным магнитным полем позволяет получить в области пространства длиной 1,6 м и диаметром 0,16 м постоянное по времени аксиально-симметричное магнитное поле с периодом гофрировки 0,43 м с максимальным и минимальным значениями поля на оси соленоида 7,3 Тл и 4 Тл, соответственно. Изменением токов в обмотках соленоида пробочное отношение можно изменять в пределах R=1÷1,8. В его конструкции предусмотрена возможность установки последовательно нескольких идентичных соленоидов, для создания протяженного магнитного поля гофрированной конфигурации, например, три секции, установленных последовательно, создадут гофрированное магнитное поле протяженностью ~5 м. Поскольку соленоид предназначен для проведения экспериментов с высокотемпературной термоядерной плазмой, в его конструкции предусмотрена необходимая защита от теплового воздействия излучения плазмы на сверхпроводящую часть соленоида. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для получения импульсной низкотемпературной плазмы и может быть использовано в плазмохимии, машиностроении и для экспериментальных исследований. Технический результат - повышение производительности производства и снижение себестоимости обработки в технологических процессах для поверхностного нанесения различных металлов плазменной струей в импульсном режиме без объемного нагрева и деформации, а также для плазменной очистки обрабатываемых поверхностей, позволяющей удалять коррозионный слой. Устройство содержит блок-камеру предварительной подготовки плазмообразующего газа с распределением потока на вход сужающего сопла, для создания ламинарного потока плазмообразующего газа. Сопло выполнено перфорированным, образующим внутренний канал с переменным сечением, направляющим поток непосредственно к поверхности электродов. Дополнительно введены четыре тангенциальных выхода, создающие в комплексе ламинарный поток газа непосредственно на поверхности электродов, вспомогательный импульсный источник старта дуги; электроды из металлических водоохлаждаемых трубок с токоподводом на изоляторах, расходящихся под углом 2°, с закругленными торцевыми поверхностями в сторону выхода плазменного потока. Внутренний канал данного устройства заканчивается водоохлаждаемым соплом, обжимающим поток плазмы, направленной на обрабатываемое изделие. 2 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к плазмотронам, использующимся в плазмохимии и металлургии для проведения различных плазмохимических процессов. Комбинированный индукционно-дуговой плазмотрон дополнительно снабжен четырьмя подвижными электродами, попарно установленными в противоположно расположенных секциях газоразрядной камеры. Поджиг индукционного разряда осуществляют при атмосферном давлении путем одновременной подачи плазмообразующего газа и напряжения на первичную обмотку и электроды. После поджига индукционного разряда один из дуговых разрядов отключают, а второй используют для проведения плазмохимических реакций. Дополнительный дуговой разряд позволяет поднять локально напряженность электрического поля и энерговклад до нужного уровня, обеспечивая возможность проведения широкого спектра плазмохимических процессов, требующих повышенной мощности и повышенного значения напряженности электрического поля в зоне проведения плазмохимических реакций. Технический результат - повышение энергоэффективности. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средству для высокочастотной хирургии/терапии. Многофункциональный элемент для осуществления хирургических/терапевтических вмешательств включает устройство подачи окислительного средства, устройство подачи газа и электрод для получения плазмы. Причем устройство подачи окислительного средства содержит трубку, снабженную каналом подачи окислительного средства и по меньшей мере одним отверстием, сообщающимся с каналом подачи газа в устройстве подачи газа. Электрод содержит отверстие для выпуска только окислительного средства, проходящего через канал подачи окислительного средства, или только газа, проходящего через канал подачи газа и по меньшей мере одно отверстие, или смеси окислительного средства и газа, созданной в канале подачи окислительного средства. Использование изобретения позволяет повысить удобство обращения и оптимальность лечения пациента. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к источникам электрической энергии переменного и постоянного тока. Источник содержит электроразрядную камеру 1 активации рабочего вещества и устройство активации рабочего вещества, включающее высоковольтный накопитель 2 электрической энергии и стабилизатор 3 плазмы в рабочей камере 1. Камера 1 снабжена термостойкой диэлектрической втулкой 4, доходящей до центральной части камеры 1. В диэлектрической втулке 4 подвижно установлен электроразрядный электрод 5. Электрод 5 кинематически соединен с реверсивным механизмом 6 и электрически - с токосъемным положительным электродом (выходной шиной) 7 непосредственно и через электронный коммутатор 8 - с положительным полюсом накопителя 2. Отрицательный полюс накопителя 2 выполнен заземленным и электрически соединен с металлическим корпусом 9 рабочей камеры 1 и с токосъемным электродом (отрицательной выходной шиной) 10. Электрические шины 7 и 10 нагружены на потребителя электрической энергии постоянного напряжения и через преобразователь 23 постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение с потребителями переменного напряжения. Технический результат - повышение надежности работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области плазменной техники. Плазменная горелка содержит каскад между катодом и анодом. Каскад является межэлектродной вставкой. Внутренняя область каскада имеет такую форму, что диаметр внутренней области последовательно увеличивается на множестве ступеней со стороны катода в сторону анода. Выходная мощность плазменной горелки обеспечивается не за счет увеличения электрического тока, а за счет увеличения электрического напряжения дуги. Таким образом, срок службы каждого из электродов, т.е. катода и анода, заметно увеличивается. Кроме того, поскольку во внутренней области каскада генерируется квазиламинарный поток плазмы, флуктуация выходной мощности плазменной струи снижается. На выходной стороне анода формирующего сопла предусмотрен модуль боковой защиты, генерирующий защитную газовую струю, которая является коаксиальной, кольцевой и низкоскоростной. Это позволяет генерировать плазменную струю, имеющую низкое число Рейнольдса плазмообразующего газа, с квазиламинарным потоком, издающую низкий шум, диаметр поперечного сечения которой увеличивается стабильным образом, имеющую большую длину плазмы и содержащую аргон, азот и водород. Технический результат - повышение эффективности плазменной обработки. 17 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.
Наверх