ИСТОЧНИК ИОНОВ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА Советский патент 1996 года по МПК H01J27/26 

Изобретение относится к микротехнологии и может использоваться, например, в ионно-литографических установках, растровых микроскопах и т.д.

Цель изобретения упрощение технологии изготовления источника ионов и используемого для этого оборудования, а также повышение стабильности характеристик увеличения срока непрерывной работы источника за счет повышения надежности подачи ионизуемого вещества на углу из резервуара.

Достигаемый результат обусловлен тем, что благодаря большому количеству проволок и малому зазору между ними образуется множество параллельно действующих внутренних капиллярных каналов, по которым жидкое вещество подается из резервуара почти к самой вершине острия, а благодаря внутренним каналам вещество не подвергается окислению и загрязнению.

Сущность описываемого изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема источника ионов электрогидродинамического типа (фиг.1), с поперечным (фиг.2) и продольным (фиг.3) разрезами иглы.

Источник смонтирован на опорном изоляторе 1, на котором закреплена цилиндрическая стойка 2 с управляющим электродом 3. Сверху на стойке 2 установлен фланец 4 с низковольтными электровводами 5, на которых с помощью проволочных нагревателей 6 смонтирован резервуар 7 с ионизуемым веществом 8. Через отверстие в днище резервуара по его оси проходит игольчатый эмиттер 9, покрытый жидким ионизуемым веществом. Верхний конец иглы 9 после постановки ее в источник (резервуар) крепится к удерживающему лепестку 10.

Игла эмиттера 9 изготовлена из канатика, свитого из нескольких, например, как показано на фиг.1, из 7 тонких проволок тугоплавкого металла. Одна из проволок 11 (центральная) расположена по оси источника ионов, остальные спирально навиты вокруг нее. После навивки канатик спечен в вакууме при температуре, близкой к температуре плавления проволоки. Острие 12 иглы в виде конуса изготовлено путем механической заточки. При этом образующиеся между проволоками внутренние капиллярные каналы, по которым подается жидкое вещество из резервуара, подходит почти к самой вершине острия, а благодаря закрытым снаружи каналам вещество практически не подвергается окислению, в частности, при вскрытии источника на атмосферу. На нижнем торце изолятора 1 смонтирован экстрагирующий электрод 13.

Перед включением источника необходимо заполнить резервуар 7 жидким веществом 8 и осуществить покрытие острия эмиттера 12. Для этого узел фланца 4 с игольчатым эмиттером 9 помещают в вакуумную камеру над тиглем с покрывающим веществом. Камеру откачивают от давления ≅1·10³ Па. Осуществляют нагрев вещества в тигле до температуры, значительно превышающей точку плавления вещества, опускают в расплав конец резервуара с острием и выдерживают в течение необходимости времени. Игла смачивается веществом, последнее втягивается в резеpвуар, заполняя его.

Источник работает следующим образом. Пропускание электрического тока через нагреватель 6 приводит к плавлению и нагреву вещества в резервуаре 7. При плавной подаче на экстрагирующий электрод 13 отрицательного по отношению к эмиттеру 9 напряжения (несколько кВ) на острие эмиттера образуется конус Тейлора, с вершины которого скачком начинается эмиссия положительных ионов. Уход жидкости в виде ионов компенсируется ее притоком по капиллярным каналам эмиттера, что обеспечивает непрерывность процесса.

Изобретение было апробировано при использовании галлия в качестве ионизируемого вещества. Было испытано более десятка макетных образцов источника ионов галлия электрогидродинамического типа. Проверялись вольт-амперные характеристики источников галлия, стабильность ионного тока во времени и возможность длительной работы источников.

Проведенные испытания показали возможность длительной (несколько сотен часов) и стабильной работы источников предложенной конструкции.

По сравнению с прототипом преимущество устройства состоит в том, что оно технологически проще в изготовлении, а также в том, что достигается стабильная и длительная работа ионного источника из-за отсутствия окисления и загрязнения ионизуемого вещества, поступающего по внутренним капиллярным каналам почти к самой вершине острия.

Таким образом, описываемая конструкция позволяет усовершенствовать установку ионной литографии путем применения в ней предлагаемого источника ионов ЭГД типа.

Использование: микротехнология, ионная литография. Сущность изобретения: изобретение позволяет повысить стабильность характеристик ионного источника и увеличить срок его непрерывной работы. Источник содержит опорный высоковольтный изолятор (1), цилиндрическую стойку (2), управляющий электрод (3), фланец (4) с низковольтными электровводами (5), нагреватель (6), резервуар (7) с ионизуемым веществом (8), эмиттер (9) в виде острия иглы, покрытой жидким ионизуемым веществом и проходящей через отверстие в днище резервуара. Верхний конец иглы после установки ее в источник, крепится к удерживающему лепестку (10). Игла эмиттера изготовлена в виде каната, свитого из нескольких, например 7, тонких проволок тугоплавкого металла и спеченного в вакууме при температуре, близкой к температуре плавления проволоки. Центральная проволока (11) расположена вдоль оси симметрии источника ионов, остальные спирально навиты вокруг нее, а острие (12) иглы в виде конуса изготовлено путем механической заточки спеченного канатика. Внутренние капиллярные каналы, образованные между проволоками, по которым подается жидкое вещество из резервуара, подходят почти к самой вершине острия. Благодаря закрытым внутренним каналам вещество не подвергается окислению и загрязнению, в частности, при вскрытии источника. 3 ил.

ИСТОЧНИК ИОНОВ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА, содержащий опорный высоковольтный изолятор, фланец с низковольтными вводами, стойку, резервуар с ионизируемым веществом, нагреватель ионизируемого вещества, управляющий и экстрагирующий электроды, эмиттер в виде острия иглы с внутренними капиллярными каналами, покрытой ионизируемым веществом, часть которой размещена в отверстии, выполненном в днище резервуара, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и изготовления источника ионов и используемого для этого оборудования, игла выполнена в виде проволок из тугоплавкого металла, спирально навитых на одну центральную проволоку, расположенную вдоль продольной оси симметрии источника ионов, при этом острие иглы конической формы изготовлено механической заточкой свитых проволок с образованием между поверхностями проволок внутренних капиллярных каналов, соединяющих вершину острия иглы с резервуаром.