ИОННЫЙ ИСТОЧНИК Советский патент 1969 года по МПК H01J37/08 

в известных ионных источниках для уменьшения ВЛИЯНИЯ пространственного заряда используется встречный электронный пучок. С целью повышения компенсирующего влияния электронного лучка и повышения первеанса ИОННОГО пучка предложен описываемый

ИСТОЧНИК ИОНОВ.

Положительный эффект достигнут за счет применения для нейтрализации ионного пучка в ускоряюш,ем промежутке электронных потоков, образованных скреш;енными постоянными электрическим и магнитным полями. В предлагаемом устройстве термоэлектронные катоды расположены так, что эмиттирующие электроны поверхности оказываются параллельными ПЛОСКОСТИ симметрии ионного пучка, что дает ряд преимуществ. Во-первых, в результате 1провисания эквипотенциалей электрического поля :в щель между термокатодами электронное облако концентрируется в плоскости сим1метрии ИОННОГО пучка, что способствует увеличению эмиссии ионов с эмиттера, а также уменьшает расходимость ионного пучка в ускоряющем промежутке. Во-вторых, действие пространственного заряда ионного пучка, проходящего между эмиттирующими электроны поверхностями, повышает отбор электронов с термокатодов, что позволяет дополнительно увеличить пространственный заряд электронов в ускоряющем нромежутке и регулировать его температурой термокатодов.

В силу перечисленных факторов эффект увеличения .ПЛОТНОСТИ ИОННОГО тока, отбираемого с эмиттера ионов за счет создан 1Я электронного облака внутри ионного пучка, в предлагаемом устройстве значительно выше, чем в известных устройствах. Как показывает расчет И подтверждает эксперимент, если в известных устройствах плотность ионного тока увеличивается обычно примерно в три раза, то

в предлагаемом устройстве увеличение плотности ИОННОГО тока оказывается на порядок выше.

В качестве эмиттера ионов могут быть ic;пользованы или rpaHinta плазмы газового разряда, ИЛИ эмиттер с позерхпостной ионизацией щелочных металлов. В проведенных испытаниях устройства эмиттером ионов служила газоразрядная плазма, что позволило работать на инертных газах, не влияющих на эмиссию

электронов с термокатодов.

На чертел е схематически изображен вариант .предлагаемого устройства, предназначенный для формирования ленточного ионного пучка.

Для создания плазмы используется отражательный газовый разряд между танталовым катодом 1 ДЛИНОЙ 80 мм и шириной 3,5 мм и антикатодом 2 длиной 80 мм. Анодом служил корпус разрядной камеры 3. Газ впускается фундирует поперек магнитного поля в отверстие 5, имеющее длину 30 мм и ширину 1 мм. Перемычка 6 снособствует лучшему формированию ионного нучка. Она имеет ширину 1 .илг и углублена в кориус разрядной камеры на 1 мм. Ионы ускоряются нанряжением, приложенным между корпусом разрядной камеры 3 и двумя термокатодами 7, создаюш,ими облако электронов в ускоряюш,ем промежутке. Термокатоды 7 длиной 100 мм выполнены из тантала, на который на протяжении 30 мл1 нанесено эмиттируюш,ее покрытие 8 из гексаборида лантана (ширина покрытия 5 мм). Термокатоды нагреваются до рабочей температуры постоянным током 100 а, направленным так, что магнитное поле основного магнита складывается с магнитным полем от тока, проходяш,его через термокатоды. Танталовый экран 9 с щелью 5X30 мм для прохождения ионного Пучка имеет потенциал термокатодов 7 и слуЖНт для уменьшения числа электронов, проходящих из области иоиного пучка на анод (т. е. для уменьшения расходного тока выпрямителя, создающего электрическое иоле в ускоряющем промел утке). Ионный лучок после прохождения между термокатодами через диафрагму со щелью 6X35 мм попадает на токоприемник. Экран 9, термокатоды 7, фланец для крепления термокатодов и экрана, диафрагма и токоириемник находятся под одним потенциалом (потенциал земли). Величина ускоряющего потенциала и напряженности магнитного поля в ускоряющем зазоре .выбираются таким образом, чтобы движение электронов, выходящих из двух термокатодов, соответствовало движению электронов в плоском магнитроне, работающем в так называемом критическо м режиме. При критическом режиме электроны, вылетающие с катода с нулевой начальной скоростью, движутся по циклоидальным траекториям, почти касаясь плоскости анода (в приведенном случае-границы плазмы), а затем лод влиянием магнитного поля возвращаются на катод таке с нулевой скоростью. Образованное таким пособом электронное облако нейтрализует гфостранственный заряд ионного пучка в ускоряющем промежутке. Магнитное поле практически не искажает траектории ионов, поскольку их масса значительно (по крайней мере в 1840 раз) превосходит массу электрона. В предлагаемом устройстве с нейтрализацией пространственного заряда ионного пучка электронами был получен первеанс 30-10 вна 1 лог. см ширины пучка (в данных опытах она равнялась 3,5 см). Получено увеличение ионного тока на токоприемник В 35 раз по сравнению с ионным током без нейтрализации. Ионный пучок является моноэнергетическим. Предлагаемое устройство для нейтрализации ионного пучка в ускоряющем зазоре может быть использовано для источников с поверхностной ионизацией ионов. Использование предлагаемого устройства для лолучения тонких пленок путем катодного распыления в высоком вакууме и очистки поверхностей лри помощи ионной бомбардировки позволит увеличить производительность технологического процесса в десятки раз. Предмет изобретения Ионный источник ленточного пучка, состоящий из плоскопараллельных анода и катода, образующих ускоряющий промежуток, имеющих соответствующие илоские щели для выхода ионного пучка и помещенных в магнитное поле, перлендикулярное электрическому, и эмиттера ионов, расположенного в плоскости анода, отличающийся тем, что, с целью увеличения плотности тока, вдоль длинных сторон щели внутри катодной лластины размещены два дополнительных термоэлектронных катода с эмиттирующими электроны плоскостями, перлендикулярными плоскости катодной пластины.