Ионный источник

Союз Соеетоких Социалистических Республикависимое от авт. свидетельства-Заявлено 02,1.1968 ( 120254/26-25) ч 216, 36 присоединением заявкириоритет МПК Н 0511ДК 621 384 66(088 8) Комитет по делам изобретеиий и открь:тий при Соеете Миииотрое СССРллетень28 Дата опубликования описания 5,11,197 Авторыизобретения Г. А, Ковальский и Ю. П. Маишев аявител ННЫЙ ИСТОЧНИК Опубликовано 10,1 Х,1969,В известных ионных источниках для уменьшения влияния пространственного заряда используется встречный электронный пучок. С целью повышения компенсирующего влия. ния электронного пучка и повышения первеанса ионного пучка предложен описываемыи 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 эмиттирующими электроны зтоверхностями, повышает отбор электронов с терм окатодов, что позволяет дополнительно увеличить пространственный заряд электро. нов в ускоряющем промежутке и регулировать его температурой термокатодов. В силу перечисленных факторов эффект увеличения плотности ионного тока, отбпраемогас эмиттера ионов за счет создания электронного облака внутри ионного пучка, в предла 5 гаемом устройстве значительно выше, чем визвестных устройствах, Как показывает расчет и подтверждает эксперимент, если в известных устройствах плотность ионного токаувеличивает я обычно примерно в трп раза, то10 в предлагаемом устройстве увеличение плотности ионного тока оказывается на порядоквыше.В качестве эмиттера ионов могут быть исгользованы илп граница плазмы газового раз 15 ряда, или эмпттер с поверхностной понпзацпейщелочных металлов. В проведенных испытаниях устройства эмнттером ионов служила газоразрядная плазма, что позволило работатьна инертных газах, не влияющих на эмпссшо20 электронов с термокатодов,На чертеже схематически изображен вариант предлагаемого устройства, предназначенный для формирования ленточного ионногопучка.25 Для создания плазмы используется отражательнып газовый разряд между танталовымкатодом 1 длиной 80 л,я и шириной 3,5 лы иантикатодом 2 длиной 80 яя. Анодом служилкорпус разрядной камеры 8. Газ впускается30 через отверстие 4,Опыты проводились на аргоне. Плазма диффундирует поперек магнитного поля в отверстие 5, имеющее длину 30 лм и ширину 1 мм. Перемычка 6 способствует лучшему формированию ионного пучка. Она имеет ширину 1 мл и углублена в корпус разрядной камеры на 1 мм. Ионы ускоряются напряженнем, приложенным между корпусом разрядной камеры 3 и двумя тсрмокатодами 7, создающими облако электронов в ускоряющем промежутке. Термокатоды 7 длиной 100 мм выполнены из тантала, на который на протяжении 30 мм нанесено эмиттирующее покрытие 8 из гексаборида лантана (ширина покрытия 5 мм), 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. Танталовый 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 6;(35 мм 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 такиМспособом электронное облако нейтрализуетпространственный заряд ионного пучка в ускоряющем промежутке,5 Магнитное поле практически не искажаеттраектории ионов, поскольку их масса значительно (по крайней мере в 1840 раз) превосходит массу электрона.В предлагаемом устройстве с нейтрализа 10 цией пространственного заряда ионного пучкаэлектронами был получен первеанс 30 10 63/2на 1 пог, см ширины пучка (в данных опытахона равнялась 3,5 см),15Получено увеличение ионного тока на токоприемник в 35 раз по сравнению с ионнымтоком 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 устройствадля получения тонких пленок путем катодногораспыления в высоком вакууме и очистки поверхностей при помощи ионной бомбардировки позволит увеличить производительность технологического процесса в десятки раз.30Предмет изобретенияИонный источник ленточного пучка, состоящий цз плоскопараллельных анода и катода, образующих ускоряющий промежуток, имею щих соответствующие плоские щели для выхода ионного пучка и помещенных в магнитное поле, перпендикулярное электрическому, и эмиттера ионов, расположенного в плоскости анода, отличающлйся тем, что, с целью увели чения плотности тока, вдоль длинных сторонщели внутри катодной пластины размещены два дополнительных термоэлектронных катода с эмиттирующими электроны плоскостями, перпендикулярными плоскости катодной плас тины.ехред Л. Я. Леви ьникова едактор 1 пография, пр. Сапунов Заказ 3789/5 Тираж 480 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совеге Министров СССР Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5