ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ Российский патент 1995 года по МПК H01J27/26 H01J27/22 H01J37/08 

Изобретение относится к устройствам для получения пучков заряженных частиц, в частности ионов, заряженных кластеров и микрокапель, и может быть использовано для получения с последующим формированием субмикронных ионных пучков, находящих все более широкое применение при микрообработке распылением; микроанализе и растровой ионной микроскопии; прямом безмасочном легировании полупроводников; в ионной литографии, а также для нанесения тонких пленок и покрытий кластерными и микрокапельными пучками.

Известно устройство [1] включающее иглу, тигель, рабочее вещество, нагревательный элемент, экстрактор и тепловые экраны. Рабочее вещество плавится в тигле и по боковой поверхности иглы подтекает к ее острию, на котором формируется конус Тейлора и с которого идет эмиссия ионов. При работе с веществами, имеющими при рабочей температуре давление паров > 10^-1 Па (например, серебро) затруднено получение эмиссии вещество испаряется с боковой поверхности иглы, не доходя до острия.

Наиболее близким к заявляемому, является устройство [2] включающее резервуар с рабочим веществом, нагреватель рабочего вещества, тепловые экраны резервуара, электрод-экстрактор и эмиттер, выполненный в виде острия иглы, в которой образованы внутренние капиллярные каналы, соединяющие полость резервуара с острием иглы. В этом устройстве игла выполнена из спеченного вольфрамового порошка и капиллярные каналы образованы порами.

При такой конструкции иглы поры соединяются с боковой поверхностью иглы и рабочее вещество частично испаряется, не доходя до острия, с которого идет эмиссия.

Задача, решаемая изобретением, состояла, во-первых, в уменьшении потерь рабочего вещества с боковой поверхности иглы, что особенно важно при работе с драгметаллами и веществами, у которых давление паров при рабочей температуре > 10^-1 Па, а также для уменьшения запыления высоковольтных изоляторов и повышения ресурса работы всего устройства, во-вторых, в уменьшении гидродинамического импеданса иглы.

Решение поставленной задачи достигается организацией подачи рабочего вещества из полости резервуара к острию иглы эмиттера по ее внутренним капиллярным каналам, не соединяющимся с ее боковой поверхностью. Для этого игла выполнена в виде спеченных проволочек, спирально навитых на центральную стержневую проволоку, и внутренние капиллярные каналы иглы образованы поверхностями соприкасающихся проволочек.

На фиг. 1 показан предложенный источник ионов; на фиг. 2 капиллярная игла.

Вокруг резервуара 1, выполненного из графита и закрытого графитовой пробкой 2, расположен проволочный вольфрамовый нагреватель 3 рабочего вещества и тепловые экраны 4. Резервуар 1 частично заполнен рабочим вещество 5. В днище резервуара, имеющем отверстие, размещена игла 6, а перед острием иглы установлен электрод-экстрактор 7.

При подводе достаточной мощности к нагревателю 3 рабочее вещество 5 в резервуаре 1 и внутренних капиллярных каналах иглы 6 плавится. При приложении между иглой 6 и электродом-экстрактором 7 напряжения, достаточного для образования конуса Тейлора, с него начинается эмиссия ионов. Убыль вещества с острия иглы, вызванная переносом массы заряженными частицами, компенсируется его подтеканием из резервуара по капиллярным каналам в теле иглы.

При дальнейшем росте напряжения между острием иглы и электродом-экстрактором начинается эмиссия кластеров и микрокапель.

Была получена стабильная эмиссия ионных и смешанных пучков (ионно-кластерно-микрокапельных) с током до 1˙ 10^-3 А.

Использование: получение пучков заряженных частиц, в частности ионов, заряженных кластеров и микрокапель, получение субмикронных ионных пучков, а также для нанесения тонких пленок и покрытий кластерными и микрокапельными пучками. Сущность изобретения: уменьшение потерь рабочего вещества за счет уменьшения его испарения с боковой поверхности иглы, что особенно важно при работе с веществами, имеющими большое давление паров (до 10 Па) при рабочей температуре, и уменьшение гидродинамического импеданса иглы. Капиллярная игла источника ионов выполнена в виде спеченных проволочек, спирально навитых на центральную стержневую проволочку, при этом внутренние капиллярные каналы иглы образованы поверхностями соприкасающихся проволочек. 2 ил.

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий резервуар с рабочим веществом, нагреватель рабочего вещества, тепловые экраны резервуара, электрод-экстрактор и эмиттер, выполненный в виде острия иглы, в которой образованы внутренние капиллярные каналы, соединяющие полость резервуара с острием иглы, отличающийся тем, что игла выполнена в виде спеченных проволочек, спирально навитых на центральную стержневую проволочку, при этом внутренние капиллярные каналы иглы образованы поверхностями соприкасающихся проволочек.