Источник ионов Советский патент 1983 года по МПК H01J3/04 H01J27/04 

Изобретение относится к устройст вам для получения моноэнергетичных: интенсивных пучков ионов различных газов, включая активные, при высоки газовой и электрической экономичностях и может быть использовано для различных технологических операций в вакууме (травление подложек, нанесение пленок, легирование и т.п.. Моноэнергетические пучки ионов обеспечиваются при разделении функций генерации и ускорения, заряженны части в источниках ионов, Генерация заряженных частиц осуществляется в разрядной камере, а ускорение ионов до необходимой энергии происходит в электрическом поле вакуумного ускоряющего промежутка при отборе ионо с границы плазмы без возмущечия раз ряда fl.Возникновение ионов в ускоряющем промежутке и изменение параметров разряда при введении ускоряющего напряжения приводит к ухудвиению моноэнергетичности пучка. Наиболее близким техническим решением к предпагаемому является источник ионов J2j , содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой контрагирующей щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положитель {шй вывод которого соединен с анодом, катодj по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов и ускорякндий электрод При этом катод выполнен в виде термокатода. Недостатком его является низкая надежность работы из-за наличия тер мокатода иограничение диапазона ра бочих газов. Исключение термокатода из -разряд ной камеры и переход в той же геометрии к разряду между боковыми сте ками контрагирующей щели и анодом приводит при одинаковый условиях к увеличению напряжения горения разря да в несколько раз. и уменьшению раз рядного тока и тока ионов пучка боt лее чем на порядок. Эти обстоятельс ва приводят к существенному снижению газовой и электрической экономичное -.зги источника ионов., Целью изобретения является повышение газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа в кам ре катода при Hcnojjb зова НИИ любых г эов, включая активные. Указанная цель достигается тем, что катод выполнен полам в виде металлической камеры, при этом входно отверстие расположено со стороны промежутрчно1;о электрода, электриче ки изолироаанногб от катода, соединенного с отрицательньот выводом источника питания и через ограничител ное сопротивление с промежуточным электродом. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Источник ионов содержит катод 1 в форме металлической полости, фероомагнитный промежуточный элект;род 2, с контрагирующей кольцевой щелью, медный анод 3, электромагнитную катушку 4 для создания.радиального магнитного поля в щели, ускоряющий электрод 5, источник б питания, положительный вывод которого соединен с анодом, а отрицательный - с катодом и через ограничительное сопротивление 7 с промежуточным электродом. Также в источнике имеются изоляторы 8-11. Напуск рабочего газа в источник производится с анодной стороны, а откачка разрядной камеры - через эмиссионные отверстия в стенке полости. Источник работает следующим образом. При введении радиального магнитного поля в щели и включении напряжения первоначгшь НО .инициируется слаботочный разряд между стенками кольцевой контрагирующей щели в промежуточном электроде 2 и анодом 3. Ионы, ускоренные в анодном слое этого разряда, попадают на внутренние стенки полости катода.через его входное отверстие и выбивают вторичные электроны,, каждый из которых совершая многократные колебания в полости, производит несколько новых пар заряженных частиц. Образовавшиеся в полости электроны попадают в щель, увеличивают в ней выход ионов и разрядный ток. В результате в полости образуется плазма, отделеннай от стенок катодным падением, а также двойным электростатическим слоем с катодной стороны контрагирующей щели. Двойной электростатический слой обеспечивает ускорение ионизирующих электронов из полости в контрагирующую щель и образовавшихся в щели ионов в направлении эмиссионных отверстий. Дополнительная ионизация газа в полости повышает плотность ионов на границе токоотбора и газовую эконсмичность источника ионов. Величина ограничительного соп о тивленйя 7 выбирается из условия минимального сопротивления разряда и максимального тока пучка при постоЯННОМ напряжении источника питания и составляет 100-200 Ом. Образ цепи промежуточного электрода переводит разряд в слаботочную и на порядок уменьшает ток пучка. При ограничительном сопротивлении R О возрастает Сопротивление и уменьшается ток пучка примерно А 1,5 раза по сравнению с током при вышел.указанном эначении;В. Для возбуждения полого катода необходимо большое время жизни.вторичных электронов в полости, что обес.печивается при линейных размерах полости, превыиающих более чем на поря док ширину иели. Входное отверстие полости катода должно быть не менее внешнего диаметра щели и соосно с ним, чтобы ионы, ускоренные двойным слоем, по падали в полость. Отбор ионов из плазмы и их ускорение до необходимых энергий осуществляется электрическим полем при подаче высокою напряжения между полостью и ускоряющим электродом 5. Получен пучок ионов кислорода с током 0,25 А и энергией ионов 10 кВ при газовой экономичности 0,7, электрической экономичности 0,8 и разбросом ионов по энергии в пределах 2%. Предлагаемый источник ионов обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: повьшается надежность работы источника и позволяет использовать в качестве рабочих активные газы, повышается степень ионизации на границе токоотбора} в случае исключения из него термокатода повышается ток пучка ионов более чем на порядок, повышается газовая экономичность путем дополнительной ионизации газа в полости катода, снижается разрядное Нсшряжение в несколько раз.

ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий анод, промежуточный электрод с кольцевой контрагируюцёй щелью, магнитную систему броневого типа, источник питания, положительный вывод которого соединен с анодом, катод по крайней мере с одним отверстием для извлечения ионов, и ускоряющий злектрод, отличающийся тем, что, с целью повышения газовой экономичности путем дополнительной ионизации газа при использовании любУх газов, катод выполнен полым в виде металлической камеры, при этом входное отверстие расположено со стороны промежуточного электрода, злектричес-. ки изолированного от катода, соединенного с отрицательные выводст источника питания и через ограничитель ное сопротивление с промежуточным электродом. В