ИЗМЕРИТЕЛЬ ИОННОГО ТОКА Советский патент 1973 года по МПК G01R19/15 G01R29/24 

Известен измеритель иопного тока, представляющий собой многосеточный зонд, состоящий из кожуха с наружной сеткой, находящейся под плавающим потенциалом, внутренней сетки, имеющей отрицательный потенциал, и металлической заземленной мишени. По прибору, подключенному к мишени, определяют ионный ток, приходящий на нее из плазменного потока. Многосеточный зонд непригоден для работы с диэлектрической мишенью, находящейся под «плавающим потенциалом.

Целью изобретения является разработка измерителя, позволяющего определять ток ионов, бомбардирующих диэлектрическую мищень.

Цель достигается путем установки перед мишенью за пределами ионного пучка, около его границы, эмиттера электронов, например, термоэмиссионного типа.

Кроме того, для измерения тока вторичных ионов с мишени между внутренней сеткой и мишенью установлен под отрицательным потенциалом коллектор с отверстием для прохода ионов, перекрывающ ий полупространство перед нейтрализатором и поверхностью мишени.

Конструкция предложенного измерителя (ловушки) .представлена на чертеже.

В держателе 1 закрепляется диэлектрическая мишень 2. Размеры мишени должны быть таковы, чтобы бомбардирующий «олный пучок полностью попадал на нее. Перед мищенью 2, за пределами лонного пучка, устанавливается термоэмиссионный нейтрализатор 3, закрепленный на стойках 4. Через изолирующие втулки 5 держатель 1 и стойки 4 крепятся к фланцу 6, который через изоляционные втулки 7 соединяется с фланцем 8. Винтами 9 к фланцу 6 крепится внутренний стакан 10, на боковой поверхности которого сделаны окна, закрываемые мелкоячеистой сеткой 11. Для прохождения внутрь стакана 10

ионного пучка в его днище вынолнено отверстие, прикрытое сеткой 12. Наружный стакан 13, закрепленный на фланце 8, аналогичен но конструкции внутреннему стакану 10 и отличается только размером отверстия для прохода

ионов, прикрытого сеткой 14. Диаметр сетки 14 должен быть таким, чтобы из плазменного потока вырезался пучок с равномерной радиальной концентрацией ионов. Диаметр внутренней сетки 12 должен быть больше диаметра наружной сетки 14 настолько, чтобы ионы пучка проходили через ячейки сетки 12, не попадая на ее оболочку. Сетки 11, 12 и 14 выполняют из термостойких и эрозионностойких материалов. Размеры ячеек определяются по

методике расчета многосеточных зондов. Шпильками 15 и 16 стягиваются фланцы 6 и 8. Внутри стакана 10 установлен термостойкий металл нческий коллектор 17, перекрывающий иоловину простра нства иеред нейтрализатором 3 и поверхностью мишени 2. В передней части коллектора 17 имеется отверстие для прохода ионов внутрь него. Коллектор 17 через изоляционные втулки 5, 7 соединен шпильками 15, 16 с фланцами 6 и 8. Габаритные размеры стаканов 10 и 13, коллектора 17, держателя 1 и расстояния между ними выбираются из конструктивных соображений. Плазменный ноток из источника вырезается наружной сеткой 14, на которой при этом появляется «плавающий потенциал. Сетка 14, с одной стороны, не пропускает в плазму «возмущений, вносимых сеткой 12, ас другой, предохраняет последнюю от попадания на нее ионов потока. На сетку 12, где плазма разделяется на ионы и электроны, подается отрицательный потенциал. Внутрь стакана 10 проникают только ионы, которые на пути к диэлектрической мищени 2 нейтрализуются за счет электронов, уходящих с термоэмиссионного нейтрализатора 3 (эмиттера). По току этих электронов определяется величина тока бомбардирующихИОНОВ. Сетки 11 препятствуют проникновению из плаз.менного потока ионов и электронов внутрь измерителя. В цепи эмиттера установлен токовый прибор, по показаниям которого определяется ток электронов /о, уходящих с эмиттера. Постепенный нагрев термоэмиссионного эмиттера приводит к постепенному изменению двух взаимно влияющих друг на друга величин, т. е. к росту электронного тока /с и уменьшению «вытягивающей разности потенциалов (между Пучком и эмиттером) Vn- Наконец, У уменьшается до такой величины, при которой электронный ток с эмиттера остается неизменным, нес.мотря на дальнейшее увеличение тока нагрева нити эмиттера (электроны не могут попасть на стенки стакана 10 и сетку 11, так как на последние подан отрицательный потенциал). Такой режим «насыщения свидетельствует о токовой нейтрализации. Без учета вторичных токов с мишени можно считать, что где /е - ток элекронов с нейтрализатора; /I - ток ионов, бомбардирующих диэлектрическую мишень. Это дает основание отождествлять величину ионного тока с показанием токового прибора в цени нейтрализатора при режиме «насыщения. Для увеличения срока службы эмиттер устанавливается за пределами ионного пучка, вблизи его границы. В случае более точного определения величины ионного тока И необходимо учитывать вторичные токи с мишени. Так как внутренний стакан 10 и сетка 11 находятся под отрицательным потенциалом, то вторичные электроны с мишени «заперты. Подавая отрицательный потенциал на коллектор 17, определяют ток вторичных ионов с мишени /;. С учетом величины /, уравнение (1) можно записать как: /е - 1 fit а отсюда fi le+ 1 Для того чтобы все вторичные ионы с мищени попадали на коллектор, он должен перекрывать половину пространства между внутренней сеткой и мишенью с нейтрализатором. Пред.мет изобретения 1.Измеритель ионного тока, содержащий корпус, выполненный в виде двух цилиндро.в, один из которых расположен соосно внутри другого, образуя многосеточный зонд, мищеиь, укрепленную с помощью держателя внутри корпуса, блок регистрации и блок питания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения потока ионов на диэлектрическую мищень, в корпусе вблизи предполагаемой траектории потока ионов установлен эмиттер электронов, например, термоэмиссиондого типа, подключенный к блокам питания и регистрации. 2.Из.меритель ионного тока но п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, коллектор вторичных частиц, расположенный внутри корпуеа, выполнен перекрывающим полупространство перед мищенью.

15

W