BG62986B1 - Electrostatic ionic source - Google Patents
Electrostatic ionic source Download PDFInfo
- Publication number
- BG62986B1 BG62986B1 BG102467A BG10246798A BG62986B1 BG 62986 B1 BG62986 B1 BG 62986B1 BG 102467 A BG102467 A BG 102467A BG 10246798 A BG10246798 A BG 10246798A BG 62986 B1 BG62986 B1 BG 62986B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- source
- electrode
- ionic
- voltage
- ion
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаTechnical field
Изобретението се отнася до електростатичен йонен източник за получаване на положителни йони от електропроводящи материали (метали, полупроводници) в твърдо агрегатно състояние с висока плътност на йонния ток, като всичко това определя приложението на електростатичния йонен източник в йонните технологии.The invention relates to an electrostatic ion source for the production of positive ions from electrically conductive materials (metals, semiconductors) in solid state with a high density of ion current, all of which determines the application of the electrostatic ion source in ion technologies.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известен е електростатичен йонен източник, съдържащ плазмен източник на положителни йони, плазмен електрод, ускоряващ електрод, забавящ електрод, постояннотоков източник на ускоряващо напрежение, постояннотоков източник на забавящо напрежение, източник на разрядно напрежение за плазмения източник на йони и система за неутрализация на йонния сноп. Отрицателният извод на източника на ускоряващо напрежение е свързан към системата за неутрализация на йонния сноп и към забавящия електрод, а положителният му извод - към анода на плазмения източник на йони. Плазменият електрод е разположен на плазмения източник на йони и е електрически свързан с неговия анод, така че те се намират под един и същи електрически потенциал спрямо останалите елементи на устройството. Източникът на разрядно напрежение осигурява необходимата енергия за получаване на йони в плазмения източник чрез електрически разряд. Той е свързан с отрицателния си извод към катода на плазмения източник на йони, а с положителния си извод - към неговия анод. Източникът на забавящо напрежение е свързан с положителния си извод към забавящия електрод и системата за неутрализация на йонния сноп, а с отрицателния си извод - към ускоряващия електрод. Плазменият, ускоряващият и забавящият електрод имат форма на диск с централен отвор, през който преминава йонният сноп. Системата за неутрализация на йонния сноп в общия случай е източник на електрони или електронен прожектор. Йонният и електронният сноп се смесват, за да се неутрализира йонният сноп. Работното вещество на плазмения източник на йони трябва да бъде в газообразно състояние и най-често е някакъв газ или метални пари /1/.An electrostatic ion source comprising a positive ion plasma source, a plasma electrode, an accelerating electrode, a delay electrode, a direct current source of accelerating voltage, a direct current source of delay voltage, a discharge voltage source for a plasma ionization beam, and a ionic plasma ion source system is known . The negative terminal of the accelerating voltage source is connected to the ion-beam neutralization system and the delay electrode, and its positive terminal to the anode of the plasma ion source. The plasma electrode is located at the plasma ion source and is electrically connected to its anode so that they are below the same electrical potential relative to the other elements of the device. The discharge voltage source provides the energy needed to generate ions into the plasma source via an electrical discharge. It is related to its negative terminal at the cathode of the plasma ion source, and its positive terminal to its anode. The delay voltage source is connected to its positive terminal to the delay electrode and the ion beam neutralization system, and its negative terminal to the accelerating electrode. The plasma, accelerating, and retarding electrodes are in the form of a disk with a central opening through which the ion beam passes. An ion beam neutralization system is generally an electron source or an electronic projector. The ion beam and electron beam are mixed to neutralize the ion beam. The working substance of the plasma ion source must be in a gaseous state and most often is some gas or metal vapor / 1 /.
Недостатъкът на този електростатичен йонен източник с плазмен източник на положителни йони е, че трудно се получава йонен сноп с плътност на тока, необходима за високите йонни технологии. Причината е в плазмения източник на йони. Освен това, получаването на положителни йони чрез известните методи, например чрез електрически разряд, е свързано със значителни енергийни разходи. Друг съществен недостатък е, че този електростатичен йонен източник дава възможност за получаване на йонен сноп от малък брой вещества, поради спецификата на плазмения източник на йони, т.е. липсва универсалност по отношение на работното вещество. Непълната йонизация на работното вещество, т.е. наличието на неутрални частици в йонния сноп, е друг недостатък. При по-високи плътности на йонния ток процентното съдържание на неутрални частици значително нараства. Йонният сноп от този електростатичен йонен източник има висока разходимост и трудно се фокусира в петно с малък диаметър. Поради деградацията на плазмения източник на йони и електродите експлоатационният срок трудно надхвърля 5000 h.The disadvantage of this electrostatic ion source with a positive ion plasma source is that it is difficult to obtain an ion beam with the current density required for high ion technologies. The reason is the plasma ion source. Moreover, the production of positive ions by known methods, for example by electrical discharge, entails significant energy costs. Another significant disadvantage is that this electrostatic ion source enables the production of an ion beam of a small number of substances due to the specificity of the plasma ion source, i. there is a lack of versatility in terms of working substance. Incomplete ionization of the working substance, i. the presence of neutral particles in the ion beam is another disadvantage. At higher ion current densities, the percentage of neutral particles increases significantly. The ion beam from this electrostatic ion source has a high cost and is difficult to focus in a small diameter spot. Due to the degradation of the plasma ion source and the electrodes, the service life is difficult to exceed 5000 hours.
Задачата на изобретението е да се създаде електростатичен йонен източник за получаване на положителни йони от електропроводящи материали (метали, полупроводници) в твърдо агрегатно състояние с достатъчно висока за технологични приложения плътност и големина на йонния ток, с който да се постига пълна йонизация на работното вещество при минимални енергийни разходи, да се осигурява възможност за пълно контролиране разходимостта на йонния сноп и за фокусирането му в петно с малък диаметър, при което електростатичният йонен източник да има изключително дълъг експлоатационен срок и висока надеждност.It is an object of the invention to provide an electrostatic ion source for the production of positive ions from electrically conductive materials (metals, semiconductors) in a solid state with sufficient density and size of ion current for technological applications to achieve complete ionization of the working substance at minimum energy costs, to enable complete control of the cost of the ion beam and to focus it in a small diameter spot, whereby the electrostatic ion source has xtremely long life and high reliability.
Техническа същностTechnical nature
Задачата се решава с електростатичен йонен източник, съдържащ ускоряващ и забавящ електрод с формата на диск с централен отвор. Система за неутрализация на йонния сноп е свързана към отрицателния извод на постояннотоков захранващ източник. Положителният извод на този източник е свързан към положителния извод на постояннотоков източник на ускоряващо напрежение, чийто отрицателен извод е свързан към ускоряващия електрод. Към забавящия електрод е свързан с отрицателния си извод постояннотоков източник на забавящо напрежение, чийто положителен извод е свързан към положителния извод на постояннотоковия източник на ускоряващо напрежение. Използва се йонен емитер с полево изпарение, свързан към положителния извод на постояннотоковия източник на ускоряващо напрежение. Използват се още източник на подгряващо напрежение за йонния емитер с полево изпарение, фокусиращ електрод и постояннотоков източник на фокусиращо напрежение. Положителният му извод е свързан към фокусиращия електрод, а отрицателният му извод - към положителния извод на източника на ускоряващо напрежение. Оста на симетрия на йонния емитер с полево изпарение е перпендикулярна на центровете на отворите на фокусиращия, ускоряващия и забавящия електрод.The problem is solved with an electrostatic ion source containing an accelerating and delaying electrode in the form of a disk with a central opening. An ion beam neutralization system is connected to the negative terminal of the DC power source. The positive terminal of this source is connected to the positive terminal of a direct current source of accelerating voltage, the negative terminal of which is connected to the accelerating electrode. The delay electrode is connected to its negative terminal by a DC voltage source whose positive terminal is connected to the positive terminal by the DC voltage source. An ion evaporator with field evaporation is used, connected to the positive terminal of the direct current source of accelerating voltage. Also used are a source voltage for the ionic emitter with field evaporation, a focusing electrode and a direct current source of focusing voltage. Its positive terminal is connected to the focusing electrode and its negative terminal to the positive terminal of the accelerating voltage source. The axis of symmetry of the ionic emitter with field evaporation is perpendicular to the centers of the openings of the focusing, accelerating, and delaying electrodes.
Йонният емитер с полево изпарение се състои от цилиндрична част, свързана с основа. Цилиндричната част преминава в конична стесняваща се част, чиято малка основа със закръглен ръб и е свързана с единия край на вътрешен кух цилиндър. Другият му край е свързан с основата. Оста на симетрия на вътрешния кух цилиндър съвпада с оста на симетрия на йонния емитер с полево изпарение. По външната повърхност на вътрешния кух цилиндър е нанесено диелектрично термоустойчиво покритие. Върху това покритие е разположен нагревател с два извода, свързани към източника на подгряващо напрежение. Всеки от изводите на нагревателя преминава през един от двата отвора, разположени в основата. Тези отвори са изпълнени с диелектричното термоустойчиво покритие. Във вътрешността на вътрешния кух цилиндър е разположен електропроводящ материал с цилиндрична форма. Заоблената част от електропроводящия материал е с полусферична форма и е издадена над малката основа на коничната стесняваща се част. Между електропроводящия материал и вътрешната повърхност на вътрешния кух цилиндър е създаден добър топлинен и електрически контакт.The field-evaporated ion emitter consists of a cylindrical part connected to a base. The cylindrical part passes into a conical narrowing part, the small base of which has a rounded edge and is connected to one end of an inner hollow cylinder. The other end is connected to the base. The symmetry axis of the inner hollow cylinder coincides with the symmetry axis of the field-evaporated ionic emitter. A dielectric heat-resistant coating is applied to the outer surface of the inner hollow cylinder. On this cover is a heater with two terminals connected to the source of heating voltage. Each of the heater terminals passes through one of the two openings located at the base. These openings are provided with a dielectric heat-resistant coating. Inside the hollow cylinder is an electrically conductive material of cylindrical shape. The rounded portion of the electrically conductive material is hemispherical in shape and protrudes above the small base of the conical tapering portion. A good thermal and electrical contact is created between the conductive material and the inner surface of the inner hollow cylinder.
Фокусиращият електрод има форма на пръстен. Електродът се състои от цилиндрична част с цилиндричен отвор и конична стесняваща се част с коничен отвор. Цилиндричният отвор преминава в коничен. Двата отвора образуват вътрешния канал, разположен по оста на симетрия на електрода.The focusing electrode is ring-shaped. The electrode consists of a cylindrical part with a cylindrical opening and a conical narrowing part with a conical opening. The cylindrical opening goes into a conical one. The two openings form the inner channel located along the axis of symmetry of the electrode.
Системата за неутрализация на йонния сноп представлява източник на електрони или електронен прожектор. Възможно е системата да представлява един електрод, като при попадане върху него положителните йони захващ ат липсващите им електрони. Освен това, ако йоните имат достатъчно висока енергия при попадане върху този електрод, който може да бъде и мишена, се избиват вторични електрони, които образуват електронен сноп. Електронният сноп се смесва с йонния, за да го неутрализира. За поддържане електронеутралностга на електростатичния йонен източник е необходимо йонният ток да бъде равен на електронния ток на системата за неутрализация на йонния сноп.The ion beam neutralization system is a source of electrons or an electronic projector. It is possible for the system to be a single electrode, with positive ions trapping at the missing electrons upon contact with it. In addition, if the ions have a sufficiently high energy to fall on this electrode, which may be a target, then secondary electrons are formed, which form an electron beam. The electron beam is mixed with the ion beam to neutralize it. In order to maintain the electroneutrality of the electrostatic ion source, the ion current must be equal to the electron current of the ion beam neutralization system.
Предимствата на описания електростатичен йонен източник са: възможност за получаване на положителни йони от електропроводящи материали (метали, полупроводници) в твърдо агрегатно състояние с достатъчно висока за технологични приложения плътност и големина на йонния ток, постига се пълна йонизация на работното вещество при минимални енергийни разходи; възможност за пълно контролиране разходимостта на йонния сноп и за фокусирането му в петно с малък диаметър, изключително дълъг експлоатационен срок и висока надеждност.The advantages of the described electrostatic ion source are: possibility to obtain positive ions from electrically conductive materials (metals, semiconductors) in solid state with high enough for technological applications density and magnitude of ion current, complete ionization of the working substance is achieved with minimal energy costs ; the ability to fully control the cost of the ion beam and to focus it in a small diameter spot, an extremely long service life and high reliability.
Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures
Изобретението се пояснява с приложените фигури, от които:The invention is illustrated by the accompanying figures, of which:
фигура 1 представлява принципната схема на електростатичния йонен източник, представен в надлъжен разрез по оста си на симетрия;Figure 1 is a schematic diagram of an electrostatic ion source, shown in longitudinal section along its axis of symmetry;
фигура 2 - изглед откъм основата на йонния емитер с полево изпарение;Figure 2 is a view from the base of an ionic emitter with field evaporation;
фигура 3 - йонния емитер с полево изпарение, представен в надлъжен разрез по оста си на симетрия;Figure 3 shows the field-evaporated ionic emitter in longitudinal section along its axis of symmetry;
фигура 4 - изглед на коничната стесняваща се част на йонния емитер с полево изпарение;Figure 4 is a view of a conical shrinking portion of a field-evaporated ion emitter;
фигура 5 - фокусиращия електрод.Figure 5 is the focusing electrode.
Примери за изпълнениеExamples of implementation
Електростатичният йонен източник (фиг.1) съдържа съгласно изобретението йонен емитер с полево изпарение 1, свързан към положителния извод на постояннотоков източник на ускоряващо напрежение 2 и описаните по-долу елементи. Фокусиращ електрод 3 е свързан към положителния извод на постояннотоков източник на фокусиращ о напрежение 4. Отрицателният извод на този източник е свързан към положителния извод на постояннотоковия източник на ускоряващо напрежение 2. Използват се ускоряващ електрод 5 и забавящ електрод 6. Ускоряващият електрод 5 е свързан към отрицателния извод на източника на ускоряващо напрежение 2. Забавящият електрод 6 е свързан към отрицателния извод на постояннотоков източник на забавящо напрежение 7. Положителният извод на този източник е свързан с положителния извод на източника на ускоряващо напрежение 2. Използва се постояннотоков захранващ източник 8, чийто отрицателен извод е свързан към система за неутрализация 9 на йонния сноп. Положителният извод на постояннотоковия захранващ източник 8 е свързан към положителния извод на източника на ускоряващо напрежение 2. Използва се и източник на подгряващо напрежение 10 за йонния емитер с полево изпарение 1.The electrostatic ion source (FIG. 1) comprises, according to the invention, an ionic emitter with field evaporation 1 connected to the positive terminal of the direct current source of accelerating voltage 2 and the elements described below. The focusing electrode 3 is connected to the positive terminal of the DC source of the focusing voltage 4. The negative terminal of this source is connected to the positive terminal of the DC source of accelerating voltage 2. An accelerating electrode 5 and a slowing electrode 6 are used. to the negative terminal of the accelerating voltage source 2. The delay electrode 6 is connected to the negative terminal of the dc voltage source 7. The positive terminal of this source is connected with the positive terminal of the accelerating voltage source 2. A DC power source 8 is used, the negative terminal of which is connected to the ion beam neutralization system 9. The positive terminal of the DC power source 8 is connected to the positive terminal of the accelerating voltage source 2. A heating voltage source 10 is also used for the field evaporator 1 emitter.
Йонният емитер с полево изпарение 1 е представен по-подробно в увеличен мащаб М 3:1 на фиг. 2, 3 и 4.Той се състои от цилиндрична част 11, свързана с основа 12. Цилиндричната част 11 преминава в конична стесняваща се част 13, чиято малка основа 14 е със закръглен ръб и е свързана с единия край на вътрешния кух цилиндър 15. Другият му край е свързан с основата 12. Към връзките на цилиндричната част lie основата 12 и на вътрешния кух цилиндър 15 с малката основа 14 на коничната стесняваща се част 13 и с основата 12 няма изисквания за висока механична издръжливост. Те са осъществени чрез заварка. Оста на симетрия на вътрешния кух цилиндър 15 съвпада с оста на симетрия на йонния емитер с полево изпарение 1. По външната повърхност на вътрешния кух цилиндър 15 е нанесено диелектрично термоустойчиво покритие 16. Върху това покритие е разположен нагревател 17 с два извода, свързани към източника на подгряващо напрежение 10. Всеки от изводите на нагревателя 17 преминава през един от двата отвора 18, разположени в основата 12. Отворите 18 са изпълнени с диелектричното термоустойчиво покритие 16. Във вътрешността на вътрешния кух цилиндър 15 е разположен електропроводящ материал 19 с цилиндрична форма. Заоблената му част 20 е с полусферична форма с радиус на закръгление, равен на половината от диаметъра на цилиндричната част на електропроводящия материал 19. Заоблената част 20 на електропроводящия материал 19 е издадена над малката основа 14 на коничната стесняваща се част 13. Между електропроводящия материал 19 и вътрешната повърхност на вътрешния кух цилиндър 15 трябва да има добър топлинен и електрически контакт.Материалът, от който се изработват основата 12, цилиндричната част 11, която преминава в конична стесняваща се част 13 с малка основа 14, въртящият кух цилиндър 15 трябва да има висока магнитна проницаемост. Това е необходимо, за да се екранира магнитното поле на нагревателя 17. Коничната стесняваща се част 13 и малката й основа 14 се покриват с тънък слой от електропроводящ материал, който има найвисок праг на интензитета на електростатичното поле, при който настъпва неговото полево изпарение. Това е необходимо, за да се избегне деградирането на йонния емитер 1 под действие на свръхсилното електростатично пале. Електропроводящият материал 19 е метал, метална сплав или полупроводник в твърдо агрегатно състояние.The field evaporation ion emitter 1 is presented in greater detail on an enlarged scale of M 3: 1 in FIG. 2, 3 and 4. It consists of a cylindrical part 11 connected to a base 12. The cylindrical part 11 goes into a conical narrowing part 13, whose small base 14 has a rounded edge and is connected to one end of the inner hollow cylinder 15. The other end is connected to the base 12. There are no requirements for high mechanical strength to the connections of the cylindrical part lie the base 12 and the inner hollow cylinder 15 with the small base 14 of the conical tapering part 13 and with the base 12. They are made by welding. The axis of symmetry of the inner hollow cylinder 15 coincides with the axis of symmetry of the ionic emitter with field evaporation 1. A dielectric heat-resistant coating is applied to the outer surface of the inner hollow cylinder 15. On this coating is a heater 17 with two terminals connected to the source. each of the heater terminals 17 passes through one of the two openings 18 located at the base 12. The openings 18 are provided with a dielectric heat-resistant coating 16. Inside the inner hollow cylinder 15 is disposed en electrically conducting material 19 with a cylindrical shape. Its rounded portion 20 is hemispherical in shape with a radius of curvature equal to half the diameter of the cylindrical portion of the electrically conductive material 19. The rounded portion 20 of the electrically conductive material 19 is projected over the small base 14 of the conical tapering portion 13. Between the electrically conductive material 19 and the inner surface of the inner hollow cylinder 15 must have good thermal and electrical contact. The material of which the base 12 is made, the cylindrical part 11, which passes into a conical shrinking part 13 with a small base 14 , the hollow cylinder 15 must have high magnetic permeability. This is necessary to shield the magnetic field of the heater 17. The conical tapering portion 13 and its small base 14 are covered with a thin layer of electrically conductive material that has the highest threshold of electrostatic field intensity at which its field evaporation occurs. This is necessary to avoid degradation of the ionic emitter 1 by the action of the superpower electrostatic pallet. The conductive material 19 is a metal, metal alloy or solid state semiconductor.
Фокусиращият електрод (фиг.5) има форма на пръстен.The focusing electrode (Figure 5) is ring-shaped.
Електродът се състои от цилиндрична част 21 с цилиндричен отвор 22 и конична стесняваща се част 23 с коничен отвор 24. Цилиндричният отвор 22 преминава в коничен 24. Двата отвора образуват вътрешния канал, разположен по оста на симетрия на електрода. Радиусът на закръглението при прехода на цилиндричната част 21 в конична стесняваща се част 23 и при края на коничната стесняваща се част 23 трябва да бъде такъв, че да не се изпарява материал от електрода под действие на електрическото поле. Целият фокусиращ електрод 3 се покрива с тънък слой от електропроводящ материал, който има найвисок праг на интензитета на електростатичното поле, при който настъпва полевото му изпарение.The electrode consists of a cylindrical portion 21 with a cylindrical opening 22 and a conical shrinking portion 23 with a conical opening 24. The cylindrical opening 22 passes into a conical 24. The two openings form an internal channel located along the axis of symmetry of the electrode. The radius of curvature at the transition of the cylindrical part 21 into the conical narrowing part 23 and at the end of the conical narrowing part 23 must be such that material from the electrode does not evaporate under the action of an electric field. The entire focusing electrode 3 is covered with a thin layer of electrically conductive material that has the highest electrostatic field intensity threshold at which its field evaporation occurs.
Ускоряващият електрод 5 и забавящият електрод 6 (фиг.1) имат форма на диск с централен отвор. Радиусът на закръгление на всички ръбове и издатини при ускоряващия електрод 5, който се намира под висок отрицателен електрически потенциал спрямо останалите елементи на устройството, трябва да бъде такъв, че да не се получи автоелектронна емисия, тъй като това ще доведе до енергийни загуби.The accelerating electrode 5 and the delay electrode 6 (Fig. 1) are in the form of a disk with a central opening. The radius of curvature of all the edges and protrusions of the accelerating electrode 5, which is at a high negative electrical potential relative to the other elements of the device, must be such that no auto-electronic emission is produced as this will lead to energy losses.
Оста на симетрия на йонния емитер с полево изпарение 1 е перпендикулярна на центровете на отворите на фокусиращия 3, ускоряващия 5 и забавящия 6 електрод. Всички електроди са неподвижно закрепени един спрямо друг и са електрически изолирани помежду си.The axis of symmetry of the ionic emitter with field evaporation 1 is perpendicular to the centers of the openings of the focusing 3, the accelerating 5 and the delaying 6 electrode. All electrodes are fixed to each other and are electrically isolated from each other.
Системата за неутрализация 9 на йонния сноп представлява източник на електрони или електронен прожектор. В по-простия случай тази система представлява електрод, като при попадане върху него положителните йони захващат липсващите им електрони. Освен това, ако йоните имат достатъчно висока енергия при попадане върху този електрод, който може да бъде и мишена, се избиват вторични електрони, които образуват електронен сноп. Електронният сноп се смесва с йонния, за да го неутрализира. За поддържане електронеутралността на електростатичния йонен източник е необходимо йонният ток да бъде равен на електронния ток на системата за неутрализация 9 на йонния сноп.The ion beam neutralization system 9 is an electron source or an electronic projector. In the simpler case, this system is an electrode, and when it hits it, positive ions trap the missing electrons. In addition, if the ions have a sufficiently high energy to fall on this electrode, which may be a target, then secondary electrons are formed, which form an electron beam. The electron beam is mixed with the ion beam to neutralize it. In order to maintain the electroneutrality of the electrostatic ion source, the ion current must be equal to the electron current of the ion beam neutralization system 9.
Действието на електростатичния йонен източник, представен на фиг.1, е следното.The action of the electrostatic ion source presented in Figure 1 is as follows.
Заоблената част 20 на електропроводящия материал 19 служи за източник на йони. На повърхността на заоблената част 20 има свръхсилно електростатично поле с интензитет в границите от 0.15 до 5V/A (волт/ангстрьом). Стойността на интензитета на електростатично поле зависи от това какъв материал ще се изпарява и от неговата температура. Под действие на свръхсилното електростатично поле се осъществява явлението полево изпарение и от повърхността на заоблената част 20 се изпарява материал под формата на положителни йони, най-често двукратно заредени, които образуват йонен сноп. Това става при температура на елекропроводящия материал 19 и заоблената му част 20 много по-ниска от температурата на кипене. Полевото изпарение може да се реализира в много широк температурен интервал. От няколко десетки келвина до температура, малко по-ниска от тази, при която кипи материалът. Електрическият нагревател 17 увеличава температурата на електропроводящия материал 19 и заоблената му част 20 с цел понижаване прага на интензитета на електростатично поле, при което започва полевото изпарение. Свръхсилното електростатично поле се получава поради малкия радиус на закръгление на заоблената част 20, която се намира под висок положителен потенциал спрямо ускоряващия електрод 5. При работата на йонния емитер с полево изпарение 1 е необходимо електропроводящият материал 19 да се придвижва от основата 12 към малката основа 14, тъй като от заоблената част 20 непрекъснато се изпарява материал, а дължината от малката основа 14 до върха на заоблената част 20 трябва да се поддържа постоянна. Йонният сноп, получен от заоблената част 20, се подлага на фокусиращото действие на палето между фокусиращия електрод 3, заоблената част 20 и малката основа 14 на коничната стесняваща се част 13. По този начин се контролира разходимостта на йонния сноп. Полученият йонен сноп се ускорява от електростатичното поле, което е създадено в областта между ускоряващия електрод 5, йонния емитер с полево изпарение 1 и фокусиращия електрод 3. Йонният сноп, преминавайки през областта между ускоряващия електрод 5 и забавящия електрод 6 се забавя до необходимата енергия, която се определя от потенциала на забавящия електрод 6 спрямо ускоряващия електрод 5. От системата за неутрализация 9 на йонния сноп се отделят електрони под формата на електронен сноп, който се смесва с йонния и го неутрализира. Захранващият източник 8 осигурява необходимата енергия за протичане на йонния ток, от положителни йони и тока от електрони. Функцията на останалите източници на напрежение 2, 4, 7 е да създават електрическо поле и от тях почти не се консумира енергия.The rounded portion 20 of the conductive material 19 serves as an ion source. On the surface of the rounded portion 20 there is an ultra-strong electrostatic field with intensities ranging from 0.15 to 5V / A (volts / angstrom). The value of the electrostatic field intensity depends on the material to be evaporated and its temperature. Under the influence of a super-strong electrostatic field, the phenomenon of field evaporation takes place, and from the surface of the rounded part 20 material is evaporated in the form of positive ions, most often twice charged, which form an ion beam. This occurs at a temperature of the conductive material 19 and its rounded portion 20 much lower than the boiling point. Field evaporation can take place over a very wide temperature range. From a few dozen kelvins to a temperature slightly lower than that at which the material boils. The electric heater 17 increases the temperature of the electrically conducting material 19 and its rounded portion 20 in order to lower the electrostatic field intensity threshold, thereby initiating field evaporation. The ultra-strong electrostatic field is obtained due to the small radius of curvature of the rounded portion 20, which is at a high positive potential relative to the accelerating electrode 5. When operating the ionic emitter with field evaporation 1, it is necessary to move the electrically conducting material 19 from the base 12 to the small base 14, since material is continuously evaporated from the rounded portion 20 and the length from the small base 14 to the tip of the rounded portion 20 must be kept constant. The ion beam obtained from the rounded portion 20 is subjected to the focusing action of the pallet between the focusing electrode 3, the rounded portion 20 and the small base 14 of the conical tapering portion 13. This controls the flow rate of the ion beam. The resulting ion beam is accelerated by an electrostatic field created in the region between the accelerating electrode 5, the field evaporator emitter 1 and the focusing electrode 3. The ion beam passing through the region between the accelerating electrode 5 and the delay electrode 6 is delayed to the required energy, which is determined by the potential of the delay electrode 6 with respect to the accelerating electrode 5. Electron beams are separated from the ion beam neutralization system 9 in the form of an electron beam that mixes with the ion beam and neutralizes it. The power source 8 provides the necessary energy for the flow of ion current from positive ions and current from electrons. The function of the other voltage sources 2, 4, 7 is to generate an electric field and almost no energy is consumed.
Чрез този електростатичен йонен източник (фиг.1) се получава йонен сноп от положителни йони от метали и полупроводници в твърдо агрегатно състояние, като за целта се използва йонен емитер с полево изпарение 1. Високата скорост на полево изпарение от 105 до 108 атомни слоя за секунда от повърхността на заоблената част 20 на електропроводящия материал 19 осигурява получаването на силен йонен ток. Тъй като повърхността на заоблената част 20 е с палусферична форма и електрическото поле над нея има полусферична симетрия, а отделянето на йони при полевото изпарение става само от повърхността на заоблената част 20, то йонният сноп над заоблената част 20 също ще има палусферична симетрия. Всички йони, отделени от повърхността на заоблената част 20, имат такава траектория, все едно, че са излезли от точков източник. Поради това изключително ефективно може да се управлява разходимостта на йонния сноп и да се фокусира в петно с много малък диаметър. Всички тези качества осигуряват получаването на достатъчно висока за технологични приложения плътност и големина на йонния ток. При получаването на положителни йони чрез полево изпарение се влага точно толкова енергия, колкото е необходима за отделянето на йоните от повърхността на материала и за отнасянето им от тази повърхност до безкрайност. Поради това при получаването на положителни йони чрез полево изпарение няма загуба на енергия и получаването на йоните става при възможно найминимални енергийни разходи. При полевото изпарение се постига пълна йонизация на работното вещество, независимо от големината и плътността на йонния ток. Възможността за пълно контролиране разходимостта на йонния сноп предоставя възможност електростатичният йонен източник да се конструира така, че да няма досег между йонния сноп и електродите. По този начин се предотвратява деградиращото действие на йонния сноп върху електродите и се постига изключително дълъг експлоатационен срок.This electrostatic ion source (FIG. 1) produces an ion beam of solid metal ions and semiconductors in solid state using an ion emitter with field evaporation 1. High field evaporation rate from 10 5 to 10 8 atomic a layer per second from the surface of the rounded portion 20 of the electrically conductive material 19 provides a strong ionic current. Since the surface of the rounded portion 20 is of a hemispherical shape and the electric field above it has hemispherical symmetry, and the separation of ions during field evaporation occurs only from the surface of the rounded portion 20, then the ion beam above the rounded portion 20 will also have palphermic symmetry. All ions separated from the surface of the rounded portion 20 have such a trajectory as if they had come from a point source. Therefore, it is extremely efficient to manage the ion beam cost and focus in a very small diameter spot. All these qualities ensure that the density and size of the ion current are high enough for technological applications. When positive ions are obtained by field evaporation, as much energy is needed as is required to separate the ions from the surface of the material and to transfer them from this surface to infinity. Therefore, there is no energy loss in the production of positive ions by field evaporation and the ions are produced at the lowest possible energy cost. In the field evaporation, complete ionization of the working substance is achieved, regardless of the size and density of the ion current. The ability to fully control the flow rate of an ion beam enables the electrostatic ion source to be designed so that it does not reach the ion beam and the electrodes. In this way, the degradation of the ion beam on the electrodes is prevented and a very long service life is achieved.
Електростатичният йонен източник се използва в средата, в която е създаден вакуум от порядъка на IO’9 Torr, поради работа с много високо електрическо напрежение и висок интензитет на електростатичното поле.The electrostatic ion source is used in an environment in which a vacuum of the order of IO ' 9 Torr is created, due to the operation of very high electrical voltage and high electrostatic field intensity.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG102467A BG62986B1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Electrostatic ionic source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG102467A BG62986B1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Electrostatic ionic source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG102467A BG102467A (en) | 1999-11-30 |
| BG62986B1 true BG62986B1 (en) | 2000-12-29 |
Family
ID=3927452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG102467A BG62986B1 (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Electrostatic ionic source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG62986B1 (en) |
-
1998
- 1998-05-20 BG BG102467A patent/BG62986B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG102467A (en) | 1999-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3479545A (en) | Surface ionization apparatus and electrode means for accelerating the ions in a curved path | |
| US4714860A (en) | Ion beam generating apparatus | |
| US4774437A (en) | Inverted re-entrant magnetron ion source | |
| US4122347A (en) | Ion source | |
| JPH03500109A (en) | Plasma switch with disordered chromium cold cathode | |
| US4608513A (en) | Dual filament ion source with improved beam characteristics | |
| JPH11273580A (en) | Ion source | |
| US3999072A (en) | Beam-plasma type ion source | |
| JP2664094B2 (en) | Metal ion source and metal ion generation method | |
| US3517240A (en) | Method and apparatus for forming a focused monoenergetic ion beam | |
| US3454814A (en) | Tubular vapor source | |
| US3610985A (en) | Ion source having two operative cathodes | |
| US4939425A (en) | Four-electrode ion source | |
| BG62986B1 (en) | Electrostatic ionic source | |
| EP3590126A1 (en) | Ion source device | |
| JP2003203591A (en) | X-ray tube and method of manufacture | |
| JPS594819B2 (en) | ion source | |
| RU2306683C1 (en) | Plasma electron source | |
| US11961696B1 (en) | Ion source cathode | |
| US3912930A (en) | Electron beam focusing system | |
| Delmore et al. | An autoneutralizing neutral molecular beam gun | |
| US3406305A (en) | High power electron gun with electron bombarded apertured cathode having a concave emission surface | |
| JPS5842149A (en) | Cesium ion source | |
| US4924102A (en) | Apparatus for generating negatively charged species | |
| SU300079A1 (en) | Vacuum Coater |