Источник ионов Советский патент 1990 года по МПК H01J3/04 

СО

;о Wi

1 1

Устройство может найти применение р радиационной физике, для модификации физико-химических свойств полупроводников, диэлектриков, металлов и сплавов методом ионной имплантации

Цель изобретения - управление составом ионного потока.

На фиг. 1 изображена конструкция источника ионов; на фиг. 2 - рабочая поверхность катода с поджигающими электродами в плане.

Источник ионов содержит катод 1, анод 2, диэлектрическое кольцо 3, ме конструктурную сетку 4, дополнительные элементы 5, ускоряющий электрод 6 источник 7 питания основного разряда высоковольтный источник 8 ускоряющег напряжения, поджигающие электроды 9, емкостной накопитель 10, резистор 11 блок 12 питания и коммутации поджигащего импульса.

Источник установлен в вакуумном объеме с давлением PeiTO MM рт.ст. и содержит цилиндрический катод 1, коаксд ально с ним расположенный анод 2. Высоковольтный источник 8 ускоряющего напряжения включен между анодом 2 и ускоряющим электродрм 6. Источник 7 питания основного разряда включен параллельно ёмкостному накопителю 10-и электрически соединен с одной стороны с Анодом 2, а с другой стороны через резистор It И блок 12 питания и коммутации поджигающего импульса - с катодом 1. Рабочая поверхность катода 1 сформирована из отдельных дополнительных элементов 5, выполненных из различ- ньпс материалов,

Дополнительные элементы 5 пред™ ставляют собой пластины, например, в виде общих частей кругов радиусами R и г, причем центра круга радиусом находится на окружности радиусом R, Напротив точки элемента 5, совпадающей с центром окружности радиусом R, расположены поджигающие электроды 9, каждый из которых электрически соединен с блоком 12 питания и ког-мутап.ии поджигающих импульсов, Диэлектричес™ кое кольцо 3 электрически разделяет поджигающие электроды 9 и катод 1. Торцовая поверхность анода 2 закрыта мелкоструктурной сеткой 4.

Источник ионов работает следующим образом. При подаче с блока питания и.коммутации на электрод 9 поджигающего нмпуЛьса длительностью - 1-10 мк

0

n и амплитудой- 2-5 кВ по поверхности диэлектрического кольца 3 происходит пробой промежутка между поджигающим электродом 9 и дополнительным элементом 5, расположенным напротив него. Образовавшаяся после пробоя плазма после расширения создает дуговой разряд между данным дополнительным эле- ментом 5 и анодом 2 эа счет энергии, запасенной, например, в емкостном накопителе 1.Q, В этом случ ае амплитуда тока разряда определяется величиной зарядного напряжения и значением 5 сопротивления резистора R- 11.

ДпиТельность формируемого импульса ионного пучка определяется длительностью разряда между анодом 2 и дополнительным элементом 5: С Rp-C.

Плазма, образующаяся за счет дугоn

0

5

0

5

0

5

5

вого разряда, при расширении выходит через мелкоструктурную сетку 4 в уско ряющий зазор, образованный сеткой 4 и ускоряющим электродом 6. Под действием электрического поля, создаваемого высоковольтным источником 8 ускоряющего напряжения, осуществляется ускорение ионов из плазмьи Сетка 4 формирует плазменную границу, с которой отбирается ток. Источником плазмы является катодное пятно, образованное на дополнительном элементе 5. Во время горения дугового разряда катодное пятно перемещается по поверхности дополнительного элемента 5 со скоростью V, слабо зависящей от вида материала катода. Таким образом, за время горения дуги катодное пятно перемещается на расстояние 1 У- сГ. Поэто- .му чтобы катодное пятно за время горения дуги не успевало перемещаться за пределы рабочей поверхности дополнительного элемента 5, выполненного из определенного материала, и тем самым исключалась возможность генерации плазмы нежелательных соседних материалов катода 1 и других дополнительных элементов 5, расстояние d от точки возникновения катодного пятня в любую сторону дополнительного элемента 5 должно удовлетворять условию d5 1,

Обеспечивая с помощью блока 12 питания и коммутации поджигающего импульса поочередную подачу поджигающих импульсов на различные поджигающие электроды 9, последовательно формируют катодные пятна и соответственно генерируют плазму из различных

материалов дополнительных элементов 5, что обеспечивает формирование управляемого по элементному составу пучка

ускоренных ионов.

Формула изобретения

1. Источник ионов, содержащий цилиндрический комбинированный катод, сформированный из отдельных элементов разного химического состава, коакси- апьно с ним расположенный анод, поджигающий электрод, источник ускоряющего напряжения, источник питания раз ряда, блок питания и коммутации поджигающего электрода, отличающий с я тем, что, с целью управления составом ионного потока, введены дополнительные поджигающие электроды. Установленные в плоскости торцовой поверхности катода напротив

,

5

1Б

20

соответствующих элементов, прилегаю щих к общей цилиндрической образующей катода, и отделенные от катода коль-г цевым изолятором, причем расстояниеd

вдоль торцовой .поверхности катода от точки, лежащей на цилиндрической образующей катода напротив любого из поджигающих электродов, до ближайшего края соответствующего элемента удовлетворяет условию d V-C, где V - скорость перемещения, катодного пятна, & - длительность импульса основного разря ца.

2. Источник ионов по п. 1, о Т - личающийся тем, что,отдельные элементы разного химического состава имеют pa6o4vro поверхность в форме части круга радиусом г, центр которого расположен на цилиндрической образующей катода напротив соответствующего поджигающего электрода.

Изобретение относится к ионным источникам и может найти применение в радиационной физике для модификации физико-хпмических свойств материалов методом ионной имплантации. Цель изобретения - повьпаение эффективности источника за счет управления химическим составом пучка ускоренных ионов. Торцовая поверхность катода сформирована из отдельных элементов, выполненных из различных материалов: напротив каждого элемента расположен соответствующий коммутирующий электрод,, отделенный от катода кольцевым изолято ром, причем расстояние d от места положения коммутирующего электрода до ближайшего края соответствующего элемента удовлетворяет условию , где V - скорость перемещения катодного пятна, по поверхности электрода, С - длительность разрядного импульса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

/

У

г 9

шиг.1

tPt/Z.2