Способ получения многокомпонентного ионного пучка и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H01J27/00 

Изобретение относится JK ускорительной технике, а именно к, способам и ycтpoiicтвa, используемым в радиационной физике твердого тела, в частности, для имитации реакторных повреждений ионными пучками конструкционных материалов, а также для ионной имплантации.

Целью изобретения является увеличение количества компонент ионного гп чка заданно ; -энергии и сорта.

На фиг,1 изображена схема устройства для получения многокомпонентного ионного 1учка; на фиг,2 - система для похгучения двухкомпонентного пучка ионов газа.

Устро1 1ство содержит источник I ионов металла, систему 2 для получения многокомпонентногр пучка ионов газа, выполненную по модульному ципу, в которой каждьн модуль явля- етйя самостоятельным ионным источником, фокусирующую линзу 3, систему 4 совмещения осей инжекции, систему 5 фокусировки смешанного пучка, ускорительную трубку 6 с испытываемым образцом 7, размещенные в баке 8 высок- vro давления, Система 4 совмеде- ния выполнена в виде поворотного магнита, снабжена вьиоднрй 1:5елью 9 и расположена в вакуумной камере 10, Разрядная 11 с эмиссионной щелыо 12 источников 1 ионов металла установлена в межполюсном зазоре магнита на окружности в точке О ., а угол ориентации инжр.кцин пучка ионов металла образует с линией среза са магнита угол

где с/,- -arctg

R:

R ; - радиус окружности ионов; Z - расстояние от оптическ 1х изображений эмиссионных щелей источников метаопа и газов до места пересечения ионно- Оптическо оси ускорительной трубки с плоскостью, проходящей через срез систе}-) 2 источников параллельно срезу магнита.

Система 2 для получения многокомпонентного пучка ионов соединена с камерой 10 ионопроводом 13, система 5 расположена внутри конопровода 14. Система для получения многокомпонентного пучка ионов газа выполнена по модульноьгу принципу. КаждьпЧ модуль является самостоятельньм ионньм ис

точником, состоящим из камеры (анода) 15, катода (или поджигающего электрода) 16р секцибнной катушки 1 7 для создания магнитного поля, изолятора 18, корпуса ISf в котором имеется отверстие 20 для напуска газа. Аноды имеют форму геометрических фигур, например цилиндров с конусами 21, образующими совместно с выходными отверстиями 22 пирсову или аналогичную ей оптику. Электропитание системы осуществляется от высоковольтных источников 23, 24 питания5 как показаНо на фиг.2. В этом случае ионный источник (модуль), генерирующий ионы

с наименьшим - (т - масса иона,

Ч разряд иона), должен иметь высокий потенциал. Поэтому он расположен последним в рассматриваемой последовательности источников. Его потенциал V выражается как сумг-шрньй потенциал источников электропитания:

V, V

k-r-l

Ь

где V разв:ость потенциалов между клегтшм и k-ro источника электропитании.

На.модули (фиг„2) подают разности потенциалов V ч V от источников 23, 24 о Отношение разностей потенциалов соответствует отношенгая атомных весов m J и т однозарядных ионов напускаемых газов, .а именно V , : V га , : и ,.

Устройство работает следующим разоМо

В источник HoHQB, являющийся модулем систем. для получения многокомпонентного ионного , наиболее удаленньш от магнитаj через отверстие 20 напускают газ, имеющий мин адаль- ное отношение массы к заряду иона, затем подают все потенциалы, создающие электрические и магнитные поля необходимые получения плазмы в разрядной камере 15, после чего создают разрядность потенциалов между камерой 15 и ионопроводом 13„ Включают питание электромагнита и тели- чивают магнитное поле до получения

максимальной величинь силы тока пупка ионов на детекторе (не потсаэан), расположенном на оси ионопровода после щели 9„ Затем разность потенциа- .

ионного источникаj

чек ионов Не

лов, задаваемую источником 23 питания, унен ьшают да тех Пор, пока сипа тока пучка станет раиной йулю. После этого аналогичным образом включают модуль, разность потенциалов которого задается источником 24 питания.

В этот модуль напускают газ с боль- га -, . шим отношением - . До получения

. г q . . . .

максимальной величины силы тока ионного пучка на детекторе, расположен- ном после щели 9,, уЬеличивают разность потенциалов между модулями источника 23 питания до первоначальной велгпины и измеряют силу тока двзпс- компонентного ионного пучка. Анало гичным образом вводят в работу остальные модули, если система для получения многокомпонентного ионного пучка содержит их более двух.

Пример конкретного вьтолнен1«{ устройства представлен для спаренного

генерирующего пу- Устройство содержит источник ионов металла, систему для получения двухкомпонентного пучка ионов газа, состо.ящую из двух источников, выполненных по модульному принципу, фокусирующую линзу, систе- му совмещения осей инжекции, систему фокусировки смешанного лучка, уско- рительную трубку с испытьшаемым образцом, размещенные в баке высокого давления. Система совмещения выпол- нена в виде поворотного магнита, сна бжена выходной щелью и расположена в вакуумной хамере. Разрядная камера с эмиссионной щельш источника ионов металла установлена в мёжполюсном зазоре магнита. Система для- получения двухкомпонентного пучка ионов газа, соединенная с камерой ионопро- водом, содержит в каждом модуле камеру (анод), катод, секционную катушку для создания магнитного поля, корпус, в котором имеется отверстие для напуска газа. Источники (модули) разделены изоляторами. Питание системы производится от двух высоковольт- ньпс источников. Для однозарядных ионов

ш отношение -

q

составляет 4 -для

5

0

5

0

ми питания создавали разность потенциалов между модулем и ионопроводом ве,пичи- ной 50 к.После этого магнитное поле электромагнита увеличивали до 2 -10 Э. При этом сила тока ионов водорода увеличивается до май-,- симальной величины, равной: 5 меренной после лектром агнита). Затем источником питания, соединенным с камерой, в которой находится Н , разность потенциала уменьшали, пока сила тока пучка ионов Н ь:е станови ласв равной нулю. При этом раз ность потенциалов уменьшается нз ,0,25 кВ После этого в следующий модуль напускали гелий и создавали плазму. Устанавливали вторьм источником пи тания разность потенциалов, равную 25 кВ. При этом сила тока пучка ио нов Не на детекторе,расположенном после электромагнита 4, увеличивалась до максимальной величины, равной 7,2 |МА. Увеличив разность потенциалов источником питания до 25 кБ, получали двухкомпонентный иок- ный ПУЧОК, состоящий из ионов .Не и Н, . силу тока которого измеряли детектором, расположенньм после. электромагнита. Уменьшив разность потенциалов,вторым источником питания на 0,23 кВ (при этом сила тока

5

0

пучков ионов He до нуля) ионов Сг ,

f Н уменьшалась

до нуля). на детектор вьшодили пучок генерируемьп и.сгочником

ионов металла. Затем разность потен-ЦИаЛОВ вторым ИСТОЧН1ПСОМ nUT3HIW

увеличивали до 25 кВ и измеряли силу тока ионного пучка. В итоге получаль трехкомпонентньп пучок ионов с силой тока, равной 35 JU А. При этом силы токов соответствующих ионных компонент составили:

Ht,- 5

|хА, Не - 7,2,

45

Сг - 22,8fiA. 1 . Таким образом, устройство позво- ляет получать многокомпонентные ионные пучки, управляемые по сорту час- 50 тиц и силе тока каждой из -компонент .в строго контролируемых условиях . :Формулаизобретений

Изобретение относится к ускорительной технике, а 1-гменно к способам и устройствам, используемым в радиационной физике твердого тела, в частности, для имитации реакторных по- - врежден1ш ионными пучками конструкционных материалов, а также для ионной имплантации. Целью изобретения является увеличение количества ком- понентоввионного пучка заданной энергии и сорта. Устройство содержит источник ионоп металла, систему для получе11И51 многокомпонентного пучка ионов газа, прсдстав.пяю1цую собой ряд самостоятельных лЬточников ионов газа, фокусирующую линзу систему сов- мещенгш ионитлх щгчков, систему фоку- .сировки смешанного пучка, ускорительную трубку с испытютаемым образцом, ра мегденньпм в баке высокого ления. Система совмещения выполнена в виде повороттгого магнита, снабжена выходной щелью и расположена в вакуумной камере. Разрядная камера с эмиссионной щелью источника ионов металла установлена в меясполюсном зазоре магнита системы совмещения, местоположение разрядной камеры определено расчетными радиуса1 1и и углами поворота пучков требуемого сорта ионов в поле магнита, система по.1тучения многокомпонентного пучка ионов газа размещена вне системы совмещения Выходная щель установлейа на ионно- оптической оси ускорительной трубки в месте, где совмещены оптические изображения эмиссионных щелей источника ионов металла и системы получения многокомпонентного пучка ионов газа. В каждый из модулей-источни- , ков газовых ионов напускается газ. При этом напуск газов ведется в порядке убьшания их атомных весов по мере удаления от магнитного сепаратора. На модули подаются разности потенциалов. При этом отношение разностей потенциалов соответствует отношению атомных весов однозарядных ионов напускаемых тазов, В каждом из модулей зажигается дуга, плазма кото-- рой состоит 8 основном из ионов напускаемого в каждый модуль газа. Вследствие этого на выходе системы для получения многокомпонентного пучка ионов газа получается пучок ионов, состоящий из нескольких компонент,: импульсы которых таковы, что они имеют одинаковые радиусы поворотов в камере магнитного сепаратора, 2 с.п. ь-- Ф-.ПЫ. 2 ил. (Л СП СХ) со (UD

Ие и 2 для молекулярных ионов H.j .

Следовательно, в разрядную камеру модуля, запитанного от источника 23, напускали водород (Н), так как он легче, чем гелий (Не), и создавали водородную плазму. Затем источника1„ Способ получения многокомпон§1г 55 .тного ионного пучка, включающий напуск газа, подачу рабочих напряжений на электроды источников ионов, вытягивание ионных пучков и транспортироЕ ку с одновременным совмещением пучм

ков и камере поворотного магнита, отличающийся тем, что, с целью увеличения количес ва компонент ионного йучка, газ в источники напускают в порядке убывания отношения массы к зйряду иона газа, считая от источника, бЛ11ясайшего к Поворотному магниту, а разность электрических потенциалов мезкду камерой поворотного магнита и п-йонным источником обеспечивают- в той же последователь-, ности в соответствии с соотношением

ЧВ ) « V а h-l

Ч

,

15

где Vp - разность потенциалов между камерой поворотного маг нита и источником|

отношение массы к заряду иона, генерируемого п-м ионном источн1«ке.

20

фаг. 1

2, Устройство для Получения многокомпонентного ионного .пучка, содержащее источник ионов металла, источник ионов газа, систему совмещения траектории ионных пучков выполИен- ных в виде поворотного йагнита, систему традспортировки пучков и. камеру транспортировки пучков о t л и чающееся тем что, с целью увеличения количест15а компонент ионного пучка устройство содержит по меньшей мере дйа источника ионов газа, установленных последовательно и. вдоль общей продольной оси симметрии разделенных между собой изоляторами при этом каждый из источников соединен с системой напуска сбответствую- щего,газа и подключен к высбковольт- ному источнику питания, а разрядные камеры источников образуют общий пролетный ионнопровод. ,

/7

fj

/

Фаг. 2