Источник ионов

(19) 01) 01 1 27/04 р Н 01 ,) 3/ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ т и т вМ ни ств 1(54)(57) ИСТОЧНИК ИОанод, промежуточныйцевой контрагирующейную систему броневог 43В. А.Физикаков ион1,тель3/04 питания, положительный вывод которо-. го соединен с анодом, катод по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов и ускоряющий электрод, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьааення газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа при использовании любых газов, катод выполнен полым в виде металлической камеры, при этом входное отверстие расположено со стороны промежуточного электрода, электрически изолированного от катода, соединенного с отрицательньв) выводом источника питания и через. ограничитель . ное сопротивление с промежуточным электродом. еИзобретение относится к устройствам для получения моноэнергетичных интенсивных пучков ионов различных газов, включая активные, при высоких газовой и электрическойэкономичностях и может быть использовано для различных технологических операций в вакууме (травление подложек, нанесение пленок, легирование и т.п.).Моноэнергетические пучки ионов обеспечиваются при разделении функций генерации и ускорения заряженных части в источниках. ионов, Генерация заряженных частиц осуществляется в разрядной камере, а ускорение ионов до необходимой энергии происходит в электрическом поле вакуумного ускоряющего промежутка при отборе ионов 30 15 с границы плазмы без возмущеНия разряда Г 11,Возникновение ионов в ускоряющемпромежутке и изменение параметровразряда при введении ускоряющего напряжения приводит к ухудшению моноэнергетичности пучка.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является источник ионов Я , содержащий анод,промежуточный электрод с кольцевойконтрагирующей щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которогосоединен с анодом, катод, по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов и ускоряюций электродПри этом катод выполнен в виде териокатода.35Недостатком его является нйзкаянадежность работы из-за наличия термокатода иограничение диапазона рабочих газов.Исключение термокатода иэ .разрядной камеры и переход в той же геометрии к разряду между боковыми стенками контрагирующей щелк и анодомприводит при одинаковьй условиях кувеличению напряжения горения разряда в несколько раэ.и уменьшению разрядного тока и тока ионов пучка более чем на порядок, Эти обстоятельст.ва приводят к существенному снижениюгазовой и электрической экономичнос.ти источника ионов.,Целью изобретения является повышение газовой экономичности путемдополнительной ионизации газа в камере катода при использовании любых газов, включая активные.Указанная цель достигается тем,что катод выполнен полью в виде ме"таллической камеры, при этом входноеотверстие расположено со стороныпромежутрчного электрода, электричес.60ки изолированногб от катода, соеди"ненного сотрицательным выводом источника питания и через ограничительное сопротивление с промежуточнымэлектродом.65 На чертеже изображено предлагаемое устройство.Источник ионов содержит катод 1 в форме металлической полости, ферромагнитный промежуточный электрод 2, сконтрагирующей кольцевой щелью, медный анод 3, электромагнитную катушку 4 для создания радиального магнитного поля в щели, ускоряющий электрод 5 источник б питания, положительный вывод которого соединен с анодом, а отрицательный - с катодом и через ограничительное сопротивление 7 с промежуточным электродом. Также в источнике имеются изоляторы 8-11. Напуск рабочего газа в источник производится с анодной стороны, а откачка разрядной камеры - через эмиссионные отверстия в стенке полости.Источник работает следующим образом.При введении радиального магнитного поля в щели и включении напряжения первоначально .инициируется слаботочный разряд между стенками кольцевой контрагирующей щели в промежуточном электроде 2 и анодом 3. Ионы, ускоренные в анодном слое этого разряда, попадают на внутренние стенки полости катода. через его входное отверстие и выбивают вторичные электроны каждый из которых совершая многократные колебания в полости, производит несколько новых пар заряженных частиц. Образовавшиеся в полости электроны попадают в щель, увеличивают в ней выход ионов и разрядный ток, В результате в полости образуется плазма, отделеннайот стенок катодным падением, а такжедвойнью электростатическим слоем скатодной стороны контрагирующей щели.Двойной электростатический слой обеспечивает ускорение ионизирующих электронов иэ полости в контрагирующую щель и образовавшихся в цели ионов в н правлении эмиссионных отверстий. Д полнительная ионизация газа в полости повидает плотность ионов на границе токоотбора и газовую экономичность источника ионов. Величина ограничительного сопро-. тивления 7 выбираетсяиз условия минимального сопротивления разряда и максимального тока пучка при постоянном напряжении источника питания и составляет 100-200 Ом. Обрыв цепи промежуточного электрода переводитразряд в слаботочную форму и на поря док уменьшает ток пучка. При ограни-, чительном сопротивлении В = 0 возрастает сопротивление разряда и уменьшается ток пучка примерно в 1,5 раза по сравнению с током при выше:. указанном значении; В.854192 Составитель А. РахимовТехред Т. Маточка Корректор О. Тигор Редактор П. Горькова Заказ 10848/3 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Для возбуждения полого катода необходимо большое время жизни вторичных электронов в полости, что обес,печивается при линейных размерах полости, превышающих. более чем на порядок ширину щели.Входное отверстие полости катода должно быть не менее внешнего диаметра щели и соосно с ним, чтобы ионы, ускоренные двойным слоем, по падали в полость. 10Отбор ионов из плазмы и их ускорение до необходимых энергий осуществляется .электрическим полем при подаче высокого напряжения между полостью и ускоряющим электродом 5. 15Получен"пучок ионов кислорода с током О, 25 А и энергией ионов 10 кВ при газовой экономичности 0,7, электрической экономичности 0,8 иразбросом ионов по энергии в пределах 2.Предлагаемый источник ионов об" ладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: повышается надежность работы источника и позволяет использовать в качестве рабочих активные газы, повышается степень ионизации на границе токоотбора; в случае исключения иэ него термокатода повышается. ток пучка ионов более чем на порядок, повышается газовая экономичность путем дополнительной ионизации газа в полости катода, сни. жается разрядное напряжение в не- . сколько раз.