Источник ионов

(19) 1111 51)5 Н 01 .1 37/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ Вюл, 1 п 46) 15,02.93.21) 3925265/25 22) 08.07.85/08,.1977.свидетельство ССН О 1 Л 27/10,а3 ое кл СР980. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(57) Изобретение относится к физикезаряженных частиц и может быть использовано как источник частиц прилегировании и ионной имплантации полупроводников и других материалов.Целью изобретения является увеличение времени непрерывной работы и повьппение надежности. Источник ионовсодержит анод в виде цилиндра с проточенной полостью для водяного охлаждения, В отверстие, расположенное вцентре анода 1, вставлен экспандер,выполненный в виде конуса с угломпри вершине 90 . Внутри конуса выто- .чена цилиндрическая полость заполнения плазмы, Промежуточный электрод 4 оканчивается полюсами с каналом по оси разряда. В полости промежуточного электрода установлен узел испарнтеля с .набором тепловых экранов. Узел испарнтеля содержит рабочее ве" щество в виде тигля. Внутри тигля 8 размещен катод, состоящий иэ изготовленного иэ магериала тигля цилиндра и диска, закрепленного на торце цилиндра и выполненного из высокотемпературного эмиссионного материала,. Катод укреплен на траверсе, выполненной с возможностью вертикального перемещения. Промежуточный электрод совместно с узлом испарителя помещен в водоохлаждаемый корпус, на который д надета катушка 0-образного магнита. Магнитный поток от катушки замыкается с .помощью внешнего магнитопровода. Ь экстракторв со стороны, противопо-, ложной аноду, установлен кольцевой термокатод 17. Экстрактор отделен от анода высоковольтным изолятором. Тра- фф верса катода введена в камеру через СА,1 изолятор Вертикальное перемещение д траверсы с катодом производится че- р рез сильфон. 1 ил,1 1356Изобретение относится к источникам ионных пучков типа дуоплазмотрони может быть использовано как источник частиц при легиронании и ноннойимплантации полупроводников и другихматериалон, при получении различныхтипов пленочных материалов (диэлектрических, полупронодниковьх, металлических).Целью изобретения являет"я увели"чение времени непрерывной работы иповышение надежности,На чертеже представлен источникионов.Источник ионов содержит анод 1,изготовленный из стали СТв видецилиндра с проточенной полостью 2для водяного охлаждения. В отверстие диаметром 16 мм, выполненное вцентре анода 1, вставлен экспандер 3,выполненный в ниде конуса из танталаоТВЧ с углом при вершине 90 Внутриконуса выточена цилиндрическая полость заполнения плазмы (диаметром1 О мм)Диаметр отверстия при вершине конуса 1,5-2 мм. Промежуточныйэлектрод 4 изготовлен из стали СТ и оканчивается полюсами с каналом пооси разряда (диаметром 14 и длиной5 мм), В полости промежуточного электрода 4 устанонлен заключенный в молибденовый корпус 5 узел испарителя,содержащий испаритель б с наборомтепловых экранов 7, находящихся вконтакте между собой и электрическисоединяющих промежуточный электрод4 и анод 1. Узел испарителя также содержит устройстно ввода рабочего вещества в виде тигля 8 с толщиной сте"нок 5 мм из графита с коническим корпусом и каналом, выполненным в егонерпйне диаметром 3 мм), и плотноприлегающего к внутренней поверхности испарителя б, внутри тигля 8 размещен катод 9, состоящий из цилиндра10 (диаметром 7 и высотой 20 мм),изготовленного иэ графита, и диска11, укрепленного на торце цилиндра1 О и выполненного из тантала (диаметром 5 и высотой 2 мм). Диаметр дискадолжен быть меньше. диаметра цилиндрадля обеспечения вбзможности поджигавакуумной дуги между графитовой частью катода и графитовым тиглем. Высота его должна быть такой; чтобыобеспечивать легкость нагрева до температур эмиссии электронов и в тб жевремя достаточную механическую проч 874 2ность. Катод 9 укреплен на траверсе12, ныполненпой с возможностью вертикального перемещения траверсы 2, Вк является также токонводом катода 9.Узел испарителя с перечисленнымиэлементами выполнен как единый узел.Промежуточный электрод 4 совместно 1 О с узлом испарителя помещают вводоохлаждаемый корпус 13 из стали Х 18 Н 10 Т, на который надета катушка 14 соленоида 0-образного магнита.Магнитный поток от катушки 14 замы 115 кается с помощью внешнего магнитопровода 15, изготовленного в виде набора пластинок из железа армко, которые изолированы от анода 1 с помощью фторопластоных пластинок (не 20 приведены). Экстрактор 16 изготовлениз меди н виде конусообразного элекотрода с углом при вершине 110 и от-верстием диаметром О мм.Экстрактор 16 отделен от анода 1 25 накуумным промежутком 5 мм. В экстракгоре 16 со стороны, противоположной аноду 1, установлен кольцевойтермокатод 17, расположенный так,что фокус змиттируемого им электрон ного луча совпадает с выходом каналав корпусе тигля 8, обращенным к аноду 1, Экстрактор 16 отделен от анода1 высоковольтным керамическим изолятором 8. На верхнем Фланце источни- ЗБ ка ионов установлена вакуумная камера 19. Молибденовая траверса 12 катода 9 введена в камеру 19 через керамический изолятор 20, необходимыйдля обеспечения подключения злектро-.о40 питания к траверсе 12 и уменьшениятеплоотвода от катоца 9. Вертикальное перемещение траверсы 12 с. катодом 9 производится через сильфон 21,Перед запуском источника установка, 45 в которой он работает, откачинаетсясредствами вакуумной откачки до дав ления 5.10 - 1 О мм рт.ст. Между катодом 9 и промежуточным электродом4 прикладывается напряжение 30 В, 50 Промежуточный электрод 4, корпус узла 5 испарителя, испаритель 6, набортепловых экранон и графитный тигель8 находятся под одинаковыми напряжениями. Напряжение к катоду 9 подво дится через траверсу 12, отделеннуюот корпуса с помощью керамическогоизолятора 20. Посредством снльфона2 путем вертикального перемещениятраверсы 12 с катодом 9 между графи68746, Источник ионов, находящийся опроцессе работы под высоким напряжением, отделен от остальной час.тн ус- .5тановкн керамическим изолятором 18.По мере работь 1 источника канал про. межуточного электрода 4 может зарастать рабочим веществом вследствиеконденсации паров углерода, Для про- О жнгания до требуемого диаметра используется кольцевой термокатод 17,пучок электронов с которого фокусируется на выходе промежуточного электрода. По мере необходимости включа ется ток накала термокатода 17 и(зииттируемые им электроны под действием высокого (20-25 кВ) напряженияпрожигают канал промежуточного электрода 4.гоПредлагаемое изобретение обеспечивает повышение надежности и увеличение длительности непрерывной работыисточника ионов за счет механическойпрочности и жесткости конструкции катода, а также снижает количество потребляемой электроэнергии за счетуменьшения на 307 потребляемой мощности во время запуска источника и 30 обеспечивает большую концентрациюплазмы в канале промежуточного электрода, так как плазменный столб располагается вдоль цилиндрической осиэлектродов. 35 Фо.рмула Источник ионов, содержащий анодс коническим экспандером, промежуточ ный электрод с полостью, в которойрасположено устройство ввода рабочего вещества в виде тигля с коническим корпусом и каналом, выполненнымв его вершине, катод, расположенный 45 в полости тигля, и экстрактор с отверстием; в котором со стороны, противоположной аноду, установлен коль"цевой термокатод, расположенный так,что фокус эмиттируемого им электрон- БО ного луча совпадает с выходом каналав корпусе тигля, обращенным к аноду,а между коническим корпусом тигля иэкспандером анода установлена систеМа экранов, находящихся в контакте 55 между собой, электрически соединяюФф. щая промежуточный электрод и анод,о т л М ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения времени непрерывной работы и повышения фнадежности,з35товым цилиндром 10 и тиглем 8 с помощью короткого (0,5 с) их соприкосновения возбуждается вакуумная дуга(20 В, 20 А).После возбуждения вакуумной дугикатод отводится от тигля 8 на расстояние 2-3 мм. В процессе стационарного вакуумногоразряда происходитэррозия графитовой части катода 9,а также нагрев ка;ода 9 и анода 1,в результате чего давление паров углерода в тигле 8 повышается. Вода,циркулирующая в полости 2 анода 1,предотвращает чрезмерный перегреванода 1. При достижении температуройкатода 9 температуры, достаточной. для эмиссии электронов из танталового диска 11 (Т = 2000 К), происходитдополнительная ионизация пара углерода. В результате разогрева катода 9, область вакуумного разряда распространяется от катодного пятна по всейплощади катода 9. При достижении давления паров углерода в графитовом-2 -Этигле 8.10 - 10 мм рт.ст. режим работы из вакуумного разряда переводится в дуговой в парах углерода (50 В,8-9 А), Одновременно с этим дуга путем приложения напряжения метод катодом 9 и анодом 1 перебрасываетсяна анод 1,В дальнейшем нагрев тигля 8 и катода 9 производится за счет самой дуги. Включением тока через катушку 14соленоида производится магнитное сжатие плазмы разряда в канале.промежуточного электрода 4. Для достижениянеобходимой величины магнитного поля(1000 Э) используется внешний магнитопровод 15. При работе источникатемпература в камере графитового тигля 8 достигается 3000 С. Поэтому графитовый тигель с испарителем помеща-.ют в систему тепловых экранов 7. Тепловые экраны 7 в свою очередь помещают в молибденовый корпус 5, стенкикоторого плотно прилегают к стенкамводоохлаждаемого корпуса 13. Плазмаразряда через канал промежуточногоэлектрода 4 проникает в полость экспандера 3. Извлечение ионного пучкас поверхности плазмы, заполняющейполость экспандера 3, осуществляетсяс помощью квазипирсовой системы электродов, образуемой тыльной частьюанода 1 и экстрактором 16 путем прикладывания высокого (20-25 кВ) напряжения между анодом 1 и экстрактором изобретенияСоставитель К.Вершков Техред М.Ходаиич Коррект Лошкарев И Эрдейи едакто Заказ 1096 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская иаб., д Ъроиэводственно-полиграфическое предприятие, г. У.кгород, ул. Проектная, 43368746кат Чт выттотнетт в виде цилттндра, иэ ма- реппен диск иэ выслкотемттерлтурноготериапа тигля, на торце которого эак- эмиссионного материала.