CN101156505B - 用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生成、加速和传播高密度电子束和等离子体束的设备和方法，设备包括：含有气体的第一介电管；连接到所述第一介电管的空心阴极；连接到所述空心阴极并向沉积室内凸出并与之连接的第二介电管；在中间位置处布置在所述第二介电管的周围的阳极；用于将电压施加到所述阴极和所述阳极的装置；用于从所述沉积室排空气体的装置；以及用于第一介电管内气体向等离子体的自发转变的装置。

Description

用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备和方法，尤其是应用于其它处理材料的方法，例如，用于沉积膜或形成各种材料的纳米团簇的方法。
背景技术
更精确地，本发明涉及电子和等离子体的脉冲束的生成、加速和传播，当它们指向由固体或液体物质形成的靶时，能够获得少量物质的爆发性排出，称为烧蚀的现象。相信在不被任何机制限制的情况下该现象关联到由束携带的能量释放到靶的表面以下而不是其表面，以产生位于表面下的部分材料的爆发。
背景技术中已知通过热离子发射或借助于放电在真空中形成电子电流从而在相应的电压场中加速这些电流。然而，如此获得的电流密度对于某些应用是不足的。在背景技术中，通过在包含低压气体的室中的薄板来沉积真空中生成的电子。尽管以此方式可在该低压区域中获得具有高电流密度的电子电流，但所需的仪器的量非常高且效果不令人满意。
美国第4，335，465号公开了一种通过施加电压来生成和加速电子和离子的方法，其中设置了电极，电极在电压的影响下提供电子，并且其中低压气体提供电子和离子。电极互相间隔并向外屏蔽。至少有一条由设置在每一个电极中并沿公共轴线排列的开口形成的气体放电通道。将可在低压下电离的气体设置在电极之间，并将电极连接在使得基本生成称为“伪火花”的气体放电的电压下。低压气体中可获得的电流密度充分高于真空中的电子或离子的电流密度。
德国专利第3834402号公开了一种方法，其中在电绝缘石英管的阳极输出处接收磁性自聚焦电子束或伪火花放电，并在其中携带一定距离。微小曲率的管对束传输不具有显著的影响因此有助于寻找束在靶上撞击的最合适的角度。在一定程度上，管保护伪火花室免受烧蚀蒸汽并由于泵的小的横截面积而允许差动抽吸。通过伪火花室的电子束的生成在技术上是复杂的，因为在束的能量和束的发散度方面它还是受限制的。
美国专利第5,576,593号公开了用于生成带电粒子束的粒子束加速器。以该加速器，从储存器中提取具有预置电荷和质量的粒子并将其提供给在两个不同电位之间形成的加速室，以便提供在进一步处理中使用的束。
具体地，美国专利第5,576,593号公开了用于加速带电粒子的设备。所述的加速器包括高粒子密度的脉冲等离子体储存器；从所述储存器延伸出并具有内直径d的介电管形室；布置在管形室周围的至少两个相互间隔的电极，一个电极沿储存器的内壁布置；用于排空介电管形室以便仅保留具有压力p的残留气体电荷的装置，该压力p足够小使得气体压力p与介电管的内直径d的乘积(p×d)足够低以避免残留气体电荷中的寄生放电；用于将电压施加到电极以在介电管形室中从储存器提取带电粒子并在其内部加速粒子以在介电管形室中形成带电粒子束的装置，使得介电管形室中的残留气体电荷沿其内壁电离并极化，在壁上提供排斥力并在轴上提供吸引力，这能够静电聚焦离开介电管形室的带电粒子束。
通过在商业上能获得的Neocera公司提供的称为通道火花烧蚀器(CSA)的装置可实现上面提到的烧蚀现象。该装置利用低压气体的放电性质。参考图1，示意性示出了这一装置，如下生成电子束。
将图1所示的系统连接到真空系统并保持在从1.5Pa至3.5Pa(1.5至3.5×10-2mbar)范围的压力下。将高电压DC发生器(10-20kV，5mA)布置在空心阴极(1)和跨越电容器组(10-20nF)(2)的接地之间，并将阴极(1)保持为相对于接地的负电压。当阴极和接地之间的电压超过气隙装置(3)的放电值时，在所述装置中感应气体火花。该放电使布置在触发管(4)底部的电极(13)快速变为零电位。触发电极(13)和空心阴极(1)之间的电位差触发了包含在触发管(4)中的气体的放电，它进一步由可能存在的环形永久磁铁(5)来聚焦。气体的阳离子朝向阴极的底部和壁加速并以足够的能量撞击它们以提取电子。射出的电子受到电场的加速，电场将它们推进到图中的右侧，并强制电子进入由绝缘材料(7)形成的通道(6)，通道(6)将它们引导到靶(8)。由于电离气体的存在，在空间上屏蔽了电子电荷：沿装置的轴的电子密度达到很高的值且甚至在自由路径部分(9)中瞬时电流达到104A数量级的值。由于放电的动态，在所述放电的第一步中剥离的电子比最后一步中剥离的电子慢，因此有累积的效果(慢速的电子开始较早并被快速电子赶上)这导致具有清楚限定的持续时间(约100nsec)的脉冲的形成。电子脉冲撞击靶(8)，穿透表面以下几微米，并释放能量(每个脉冲约1J)，引起材料的烧蚀，在以适当距离布置的衬底(10)上收集这些材料。
尽管该装置是有效的，但看到了很多问题和限制，包括电容器有用能的一部分用于提供跨越电阻器(11)的气隙中的预放电。此外，放电时间由气隙中火花的释放来确定，并且这取决于不可控制并且不可精确的预先确定的若干因素，如气隙的点(12)的微观清洁度、周围空气的成分、压力以及尤其是湿度。
此外，必须将真空室中的压力保持在极有限的范围内。
事实上在该压力范围内不能以薄膜形式沉积很多材料：一般而言，需要大大低于1Pa(10-2mbar)的压力。
发明公开
因此本发明的目的是通过提供能够获得相对于提供给系统的能量具有较高能量密度的电子束和等离子体束的设备和方法来消除上述用于生成、加速和传播带电粒子束的已知类型的设备和方法中的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种利用降低的加速电压一具体地低于10kV-来生成电子束和等离子体束的设备和方法，适于实现以较高效率从靶烧蚀材料。
本发明的又一个目的是提供一种能够以膜形式或其它形式沉积诸如有机材料之类的高易挥发材料的设备和方法。
根据本发明以所附权利要求中定义的设备和方法实现了从以下描述中变得更加明显的该目标以及这些和其它目的。
根据本发明用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备包括：含有气体的第一介电管；连接到所述第一介电管的空心阴极；连接到所述空心阴极并向沉积室凸出并与其连接的第二介电管；借助于气密真空耦合和密封垫来将所述第一介电管、所述空心阴极和所述第二介电管互相连接，以形成用于气体的单个容器；布置在所述第二介电管的周围的阳极；用于将电压施加到所述阴极和所述阳极的装置；用于从所述室排空气体的装置；以及用于第一介电管内气体向等离子体的自发转变的装置。
实现本发明的方式
较佳的是，在根据本发明的设备中，用于气体向等离子体的自发转变的装置包括适用于设置第一介电管中的气体压力和所述阴极的电压的装置，它们结合起来适于确定气体向等离子体的所述自发转变。
用于气体的自发转变的装置可包括例如适用于设置第一介电管中0.5-10Pa范围的气压的装置。用于气体自发转变的装置可包括例如适用于生成介于1至30kV之间的阴极电压。
在根据本发明的设备的示例性而非限制性的实施例中，用于气体自发转变的装置包括布置在气流进入第一介电管的导管上的针阀或其它适当类型的控制/调节阀以及高压发生器(例如，适用于生成1至30kV之间的电压的发生器)。
根据本发明的装置还可包括用于控制介电管中气体向等离子体的自发转变的开始的装置。
用于控制转变的开始的装置可包括用于感应适于从外部引起包含于第一介电管中的气体的电离的电磁场的装置。
较佳地但不排他地在适于施加电压脉冲的天线、压电发生器、天线一较佳的是用于微波和射频线圈的小型化天线、用于生成光脉冲的小脉冲激光器或装置中选择感应装置。
紧接所述第一介电管或与其接触或距离其几毫米布置天线，具体地天线可以是布置在由第一管的外壁提供的空腔中的线性天线或布置在所述第一管的外壁周围的线圈天线。
根据本发明的设备还可包括适于在沉积室内维持比第一介电管内的压力低的压力的装置。
在具体的实施例中，沉积室内维持的压力可低于1Pa，较佳的是在10-4Pa附近，甚至低于10-4Pa。
用于维持沉积室中的低压的装置可包括用于在空心阴极的内部和第二介电管之间连接的具有选择的横截面积的端口，端口的所述选择横截面积较小，具体地比空心阴极和第二介电管的内部横截面积小5至100倍。
用于在沉积室内维持低压的装置还可包括另外的缩颈，其直径小于空心阴极和第二介电管的内直径，并位于第二介电管的第一端部和第二端部之间。
进一步有利地设置了重新聚焦装置，以维持束的聚焦；所述装置可包括由被绝缘盘分隔的一个或多个金属盘构成的层叠，金属盘和绝缘盘各自具有中心孔并对准，以在层叠中形成中心通道。较佳地，层叠被布置在第二介电管的第一端部和第二端部之间，并位于阴极和阳极的输出之间。
本发明的另一方面涉及用于生成、加速和传播高密度电子束和等离子体束的方法，包括以下步骤：
-提供含有气体的第一介电管，连接到所述第一介电管的空心阴极，连接到所述空心阴极并向沉积室凸出并与其连接的第二介电管，布置在所述第二介电管的周围的阳极；
-将电压施加到所述阴极和所述阳极；
-从所述室排空气体；以及
-以受方式感应所述第一介电管中的气体向等离子体的自发转变，从而生成电子的脉冲束，该脉冲束穿过阴极和在阴极和阳极之间构成的第二介电管部分并沿第二介电管进一步传播，在这里它生成另外的高密度等离子体，并与所述等离子体一起进入所述室。
较佳地，通过将第一介电管中的所述气体的压力和施加到空心阴极的电压调节成结合起来适于产生所述自发转变的值来提供自发转变的步骤。
借助于已知的Paschen定律，在电场的设定值下自发放电的生成与阴极的几何尺寸、气体的介电性质和气体压力关联，Paschen定律建立了置于电容器的充电电压、其几何形状的条件下电容器的两板之间的气体的放电电压和气体压力之间的关系，充分反应了气体的导电性对压力值的依赖性。事实上已知对于任何类型的气体，其对于相同外部电场的电离度在0.1-10Pa范围内的压力下具有显著的峰值。出现这种情况是因为在高压下受到电场的气体分子的平均自由程不足以提供用于在两分子之间的碰撞中生成离子的最小能量，然而在很低的压力下分子之间碰撞的概率倾向于等于离子复合的概率。因此，对于所采用的阳极和阴极对的几何形状，如果将气体的压力设置在其电离度最高的范围中，并且如果增加施加到电极上的电压，达到气体完全电离的电压值，形成等离子体并引起放电。气体的压力越接近最大电离值，生成放电所需的电压越小。
该方法还包括用于控制气体向等离子体的自发转变的开始的步骤。
例如可通过将定义为电压变量的电压脉冲施加到紧接所述第一介电管外壁设置的天线来提供控制，该电压变量足够快以与气体中感应的自发放电的典型持续时间相当，或具有不大于1msec的上升/下降周期。作为一种选择，可借助于紧接所述介电管设置的天线来施加定义为微波场强度中的变量的微波脉冲，该变量足够快以与气体中感应的自发放电的典型持续时间相当，即，具有不大于1msec的上升/下降周期。在另一个可能的实施例中，将介电管的一部分布置在微波共振腔中。在又一个实施例中，用强烈的光子束照射介电管中的气体，该光子束具有足以使其电离的能量和感应出气体向等离子体的转变的强度。
较佳地，根据本发明的所述方法包括将所述沉积室维持在比第一介电管中的压力低的压力下。
此外，所述方法可包括重新聚焦穿过第二介电管的电子束。
可借助于电子束穿过被绝缘盘分隔的一个或多个金属盘的层叠的通路来提供重新聚焦，所述金属盘和绝缘盘各自具有中心孔并对准，以在所述层叠中形成中心通道，所述层叠被布置在第二介电管的第一端部和第二端部之间，所述孔的直径小于所述第二介电管的第一和第二部分的内直径。
本发明的另一方面涉及用于从由一种材料制成的靶烧蚀所述材料的方法，包括：用根据本发明用于生成、加速和传播的电子束和等离子体束的过程生成、加速和传播的高密度电子束和等离子体束撞击所述靶，使得由所述束沉积在靶上的能量导致以中性或电离原子、分子、原子团、原子团簇以及非结晶与结晶的聚集体形式的材料的发射，具有圆锥形分布，且其轴与所述靶的表面垂直。
在另一个方面中，本发明提供了用于沉积材料的膜的方法，包括借助于根据本发明的用于从靶烧蚀材料的方法从由所述材料制成的靶烧蚀所述材料的步骤和将发射的材料沉积在布置成拦截从靶的锥形发射的材料的适当的支撑物上的步骤。
本发明的另一方面提供了用于制造材料的纳米结构聚集体的方法，包括以下步骤：借助于根据本发明用于从靶烧蚀材料的方法，从由所述材料制成的靶烧蚀所述材料，在其飞行时间期间凝聚发射的材料以及在沿发射材料的平均路径布置的冷却的表面上或跨越发射材料的平均路径定位的适当多孔的过滤器上收集所述材料。
本发明的另外的特性和优点从附图中作为非限制性例子示出的较佳但不排他的实施例的描述中将变得更加明显，附图中：
图1是背景技术的烧蚀装置的示意图；
图2是根据本发明的设备的较佳但不排他的实施例的用于生成、加速和传播电子和等离子体束的设备的示意图；
图3是其替换实施例中的放电管的部分示意图；
图4是其替换实施例中的介电管的部分示意图。
参考图2和3，设备(20)包括由玻璃和或其它介电材料制成的用于等离子体的放电管A。该管的主要用途是包含一些气体，这些气体足以提供触发和维持空心阴极B中的主放电所需数量的离子，空心阴极B气密连接到放电管A。
管A的底部(21)处的气体的压力相对于设备其它部分的压力是最大的。借助于连接到管A的针阀(22)，且其上游压力等于或大于大气压力值，事实上生成了从管A的底部(21)通过空心阴极B进入第二介电管C1然后进入沉积室C的气流，沉积室C气密连接到阴极且其下游有气体排空装置，该装置由真空抽吸系统P来构成。为了简单起见，在下文中介电管A和C1将称为“介电管”A和C1。
通过由针阀22构成的用于气体自发转变的装置并通过空心阴极B和周围环境之间生成的静电电压来将管A中包含的气体转变成等离子体。根据Paschen定律，对于施加的电压/气体的局部压力的某几对值(典型值为10kV，5Pa)，该转变可自发地发生，并且在这里称为自放电。
通过用于控制气体自发转变的开始的装置尤其是通过施加到布置在空腔(24)中的线性天线(23)或施加到缠绕在管A周围的线圈天线(25)(见图3)上的电压脉冲V来促进自放电。
在构成控制装置的一个实施例的天线(23或25)处脉冲的受控生成得以控制保持在自放电条件下的管A的放电的开始。
因此仅在自放电开始的瞬间提供外部脉冲，且一点也不吸收由所述放电使用的或可由所述放电使用的能量。
空心阴极B可类似于生成校准电子束的领域中普遍使用的类似的已知装置。本发明中使用的空心阴极B例如是具有在空腔的直径、长度、圆顶的曲率半径之间的几何比例的空心金属装置，如可获得的公开出版物中所述。在阴极的电子束的输出端有用于维持沉积室C中的低压的装置，它包括由具有比管A和C1小的横截面积的端口(26)提供的缩颈。该缩颈从束中除去了很多没有精确地沿装置的轴X-X加速的电子。将空心阴极B连接到跨越电容器(27)组用于施加电压的装置，该装置由高压发生器HT构成，能够提供自放电所需的能量和用于加速电子的加速电压。
图2示意性示出的设备还包括第二介电管C1，其中首先发生电子加速，然后是以高密度传播电子束和等离子体束，且由绝缘盘(29)分隔的穿孔盘(28)特别是金属盘的层叠用于聚焦和校准束，所述层叠由附图标记C2指示。
本发明的发明人发现具有比端口(26)的横截面大的横截面的介电管C1的使用得以获得电子束和等离子体束的极好的传播特性。发明人还发现在利用重新聚焦装置重新聚焦束的同时维持了所述极好的传播特性，在可能但不排他的实施例中，该重新聚焦装置由穿孔盘层叠C2构成，层叠C2由通过绝缘盘(29)互相分隔的金属盘(28)形成并被安排成位于介电管C1的第一部分和第二部分之间的这种组合结构。将盘设置为阴极B电压和由阳极(30)构成的接地基准中间的静电电压。
盘(28，29)具有中心孔，其横截面积dC2等于或略大于端口26的横截面积dB，因为它们以第二介电管的轴XX为中心，使得它们形成了中心通道31。它们生成的场使得重新对准电子束的运动的轴分量。
如果通道31具有减小的横截面积，约等于端口26的横截面积，则它与第一端口26一起构成用于维持室C内的低压的装置。
重新对准效应得以维持束的高电流值(较高数量的具有正确运动方向的电子)，允许输出通道36的使用，其直径足够宽以允许高密度的电子束或等离子体束的容易的弹道传播。
还可提供具有中心孔31的盘28、29，中心孔31的横截面积约等于介电管C1的外部横截面积，以使盘的层叠C2布置在管C1的周围(见图4)。可根据用于电子束和等离子体束的最佳校准和加速设置的介电管C1的长度和电场覆盖区的长度来改变金属盘28的数量和相应的绝缘盘29的数量。
以根据本发明的设备，因此示出可在不依赖于阴极和沉积室C的压力发生放电的装置中提供压力，通过受控的泄漏装置(针阀22)提供差动放气系统。根据本发明的设备得以维持放电管和等离子体管A和沉积室C之间的正压差，沉积室C可包含靶32和衬底33并连接到抽吸系统P。
意外地，发现通过调节针阀的开口以在第一介电管中获得从0.5Pa至10Pa范围的压力(因此用于沿第二介电管C1的压力梯度的确定值)，并通过将电压施加到阴极，仅通过以确定足够并且在任何情况下都不高于背景技术的装置中使用的通常的电压的电压向电容器(27)供电，可发生具有产生靶上的烧蚀的特性的电子和等离子体的放电。因此，触发电路完全不必要。这种现象术语称为“自火花烧蚀”与文献中描述的方法和装置在实质上是不同的，因为触发放电的离子和电子借助于电场和压力梯度在空心阴极中直接生成，在该压力范围的气体的导电率主要取决于所述压力。
因为空心阴极B和通道31中的压力由针阀(22)的开口调节，所以不依赖于其中可生成电子脉冲的背景技术中的有限值来提供包含靶32和衬底33的室C的压力范围，室C中可观察到烧蚀现象。尽管可将穿过针阀(22)的气体的压力保持在约1Pa，但事实上沉积室中的平均压力可降低至10-4Pa。
此外，因为存储在电容器(27)中的所有能量都朝向靶释放，所以产生烧蚀的电子束和等离子体束的能量较高。因此，可在低于10kV的加速电压下实现烧蚀，对于通道火花方法这是不可能的。以此，根据本发明的设备和方法得以沉积诸如有机材料之类的更多的易挥发材料。
此外，本发明的发明人发现可仅在用于控制气体向等离子体的自发转变的步骤中通过从外部发送静电或射频或微波形式的任何电磁场或借助于可见光和/或UV范围的光子来有效地触发自火花系统。
还可将介电管A的一部分设置在已知类型的共振腔中。
不需要任何类型的触点的电气扰动的开始生成了电荷不均衡，它尽管很小但足以驱动自火花的触发。
其上设置介电管A的材料无论如何都不会阻碍在所采用的每一种模式中的脉冲发生现象。
因此，根据本发明的设备不仅可利用由天线23，25生成的场而且可利用诸如压电装置、用于微波的小型天线、光脉冲发生器、射频线圈、小脉冲激光器等其它电离装置生成的场，以生成能够烧蚀诸如甚至是高熔点金属(铑、钛、钽)、类陶瓷和玻璃材料(钙钛矿、碳化物、氮化物、刚玉、高熔点氧化物、硼硅玻璃)和有机材料(TeflonR、硫化低聚物)等宽范围的材料的电子束和等离子体束。
实际上，发现，例如利用用于汽车的由在可变频率下振荡的简单电路驱动的电子起动器电路(由于其可靠性和低成本而选择的)，可用根据本发明的设备获得高密度电子和等离子体脉冲，该脉冲具有约100nsec的脉冲持续时间和可预置在0.01Hz至100Hz之间的频率。这些脉冲能够生成具有用于电子的从1.5kV至25kV的加速范围(实验中使用的电源和电容器的极限)的烧蚀。可将沉积室内的平均压力保持在从10-4pa至1Pa范围中的任何值，由此提供了允许实际上普遍使用的自火花烧蚀器(SSA)。
在另一个方面，本发明提供了用于从靶烧蚀材料的设备和方法，以及用于通过烧蚀产生的膜形式-尤其是薄膜形式-的材料的可能的附加沉积或通过烧蚀产生的微米或纳米团簇形式的材料聚集的设备和方法。
根据本发明的这一设备包括根据如上所述的发明生成、加速和传播电子和等离子体的脉冲束的设备，其中在沉积室C中有由待烧蚀材料构成的靶32，并有用于沉积和收集由烧蚀产生的材料的支撑物33。靶32位于适于被电子束或等离子体束34撞击并适于将去除的材料35转移到支撑物33的位置。一旦撞击靶32以使从靶32的材料的烧蚀发生，以垂直于靶32的角向支撑物33传输或推进通过烧蚀去除的材料。
原则上，可使用任何气体或气体混合物。可根据待烧蚀或沉积的材料的功能来选择气体。例如，已使用O2、Ar、Ar+、1％H2N2、空气、Kr、Xe。靶上沉积的能量也取决于气体的分子量。
沉积的例子
气体：氩；供应压力：1.2bar；针阀流率：10-6mbar*l/sec；第一介电管的体积：26cm3；放电电压：12.5kV；放电重复：2.7Hz；放电控制：通过提供有1.5kV持续250nsec的脉冲的线圈装置；第二介电管的长度：110mm；第二介电管的横截面：6mm2；沉积室的体积：35dm3；抽吸速率：60l/min；靶材料：氧化铈；第二介电管到靶的距离：3mm；衬底：蓝宝石；靶到衬底的距离：6cm；沉积时间：20分钟；沉积的氧化铈层：在1.44cm2的表面上960nm。
在应用的变体中，从靶烧蚀的材料处形成纳米管，这形成了纳米团簇类型的纳米聚集体沉积物。
实际上，己发现所述的设备和方法可提供能够烧蚀材料以提供纳米团簇产品的有效的电子束和等离子体束。
本领域的技术人员将理解可用其它等价技术方案来代替在其较佳实施例中所述的设备的特性，然而所有这些都在所附权利要求的范围内。
本发明要求意大利专利申请第MI2005A000585号的优先权，其内容通过引用结合于此。

Claims (27)

1.一种用于生成、加速和传播高密度电子束和等离子体束的设备，包括：
含有气体的第一介电管；气密连接到所述第一介电管的空心阴极；气密连接到所述空心阴极并向沉积室内凸出并与之连接的第二介电管；在中间位置处布置在所述第二介电管的周围的阳极；用于将电压施加到所述阴极和所述阳极的装置；用于从所述沉积室排空气体以及维持所述沉积室中的低压的装置，所述沉积室中的所述低压的压力低于所述第一介电管内的压力；用于所述第一介电管内气体向等离子体的自发转变的装置；以及用于控制所述第一介电管中气体向等离子体的自发转变的开始的装置，所述控制装置包括用于通过感生适于产生气体电离的电磁场来电离的装置；其中所述用于气体向等离子体的自发转变的装置包括用于设置所述第一介电管中的气体压力和所述阴极的电压的装置，它们结合起来适于确定所述自发转变。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于自发转变的装置包括布置在气体流入所述第一介电管的导管上的针阀和用于将电压施加到所述阴极和所述阳极的装置，所述用于将电压施加到所述阴极和所述阳极的装置由高压发生器构成。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置由适于施加电压脉冲的天线构成。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电离装置包括用于生成光脉冲的装置或适于施加微波脉冲的天线。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，将所述天线布置成紧接所述第一介电管的外壁，并具体由线性天线或线圈天线构成，所述线性天线布置在由所述第一管的外壁形成的空心容器内，所述线圈天线布置在所述第一管的外壁周围。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述用于维持低压的装置适于在所述沉积室内维持低于1Pa的压力。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述压力的范围是从10-4Pa至1Pa。
8.如以上权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述用于维持低压的装置包括由用于在空心阴极的内部和第二介电管之间连接的端口构成的缩颈，所述端口的横截面积小于所述空心阴极的内部横截面积和所述第二介电管的内部横截面积。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述用于在沉积室中维持低压的装置还包括中心通道，其横截面积小于所述空心阴极的内部横截面积和所述第二介电管的内部横截面积，所述通道被布置在所述第二介电管的第一端部和第二端部之间。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述用于在沉积室中维持低压的装置还包括中心通道，其横截面积小于所述空心阴极的内部横截面积和所述第二介电管的内部横截面积，所述通道被布置在所述第二介电管的第一端部和第二端部之间。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于维持所述第二介电管中的电子束和等离子体束的聚焦的重新聚焦装置。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括用于维持所述第二介电管中的电子束和等离子体束的聚焦的装置，所述用于维持聚焦的装置包括由一个金属盘或被绝缘盘分隔的多个金属盘构成的层叠，所述金属盘和绝缘盘各自具有中心孔并以第二介电管的轴为中心，以形成所述的中心通道，所述层叠被布置在所述第二介电管的第一部分和第二部分之间。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于维持低压的装置包括由用于在空心阴极的内部和第二介电管之间连接的端口构成的缩颈，所述端口的横截面积小于所述空心阴极的内部横截面积和所述第二介电管的内部横截面积，所述中心通道的横截面积等于或大于用于所述空心阴极的出口的所述端口的横截面积。
14.一种用于生成、加速和传播高密度电子束和等离子体束的方法，包括：
-提供含有气体的第一介电管，连接到所述第一介电管的空心阴极，连接到所述空心阴极并向沉积室内凸出并与之连接的第二介电管，布置在所述第二介电管的周围的阳极；
-将电压施加到所述阴极和所述阳极；
-从所述沉积室排空气体，以使得所述沉积室中的压力低于所述第一介电管和所述阴极内的压力；以及
-以受控方式促使所述第一介电管中的气体向等离子体的自发转变，从而生成电子的脉冲束，该脉冲束穿过所述阴极和所述第二介电管，在这里它进而生成高密度等离子体，该等离子体与电子一起进入所述沉积室；以及
通过感生适于产生气体电离的电磁场来控制所述自发转变的开始；其中
所述自发转变的步骤通过将所述第一介电管中的气压和施加到空心阴极的电压调节成校准值来进行，这些值结合起来适于确定所述自发转变。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过将电压脉冲施加到紧接所述第一介电管的外壁布置的天线来提供所述控制自发转变的开始。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过借助于紧接所述第一介电管的外壁布置的天线施加微波脉冲或通过将所述第一管的一部分设置在微波共振腔内来提供所述控制自发转变的开始。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过引导具有适于决定所述自发转变的开始的能量的光脉冲通过所述第一介电管来提供所述控制自发转变的开始，所述介电管中设置了不会阻碍所采用的辐射的材料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述具有适于决定所述自发转变的开始的能量的光脉冲包括由可见光和/或UV光谱的光子构成的光脉冲。
19.如权利要求14至17中的一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述沉积室中维持低于所述第一介电管的压力并且低于1Pa的压力。
20.如权利要求14至17中的一项所述的方法，其特征在于，还包括穿过所述第二介电管的电子束和等离子体束的重新聚焦。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，借助于电子束和等离子体束穿过由一个金属盘或被绝缘盘分隔的多个金属盘形成的层叠的通路来提供重新聚焦，所述金属盘和绝缘盘各自具有中心孔并对准以形成中心通道，所述层叠被布置在所述第二介电管的第一端部和第二端部之间，且所述中心通道的横截面积小于所述第二介电管的第一和第二部分的内横截面积。
22.用于从由所述材料制成的靶烧蚀材料的方法，包括用如权利要求14-21中的任一项所述的方法生成、加速和传播的高密度电子束和等离子体束撞击靶，使得由所述束沉积在靶上的能量导致以中性或电离原子、分子、原子团、原子团簇和非晶态或结晶型聚集体形式的材料的发射，具有圆锥形分布，且轴与所述靶的表面垂直。
23.一种用于沉积材料膜的方法，包括借助于如权利要求22所述方法从由所述材料制成的靶烧蚀所述材料的步骤和将发射的材料沉积在布置成拦截从靶锥形发射的材料的适当的支撑物上的步骤。
24.一种用于产生材料的纳米结构聚集体的方法，包括以下步骤：借助于如权利要求22所述方法从由所述材料制成的靶烧蚀所述材料；凝聚发射的材料；以及在冷却的表面上收集所述材料，控制所述表面的温度以保持在低于附近任何其它的表面的温度，并沿发射材料的路径布置所述表面，或在所选的多孔过滤器上收集所述材料，使其具有小于待收集的粒子的最小尺寸的细孔通路孔径，沿所述发射材料的路径布置所述过滤器。
25.一种用于在支撑物上沉积从靶烧蚀的烧蚀材料的系统，包括如权利要求1至13中的任一项所述的设备、包括待烧蚀材料的靶以及用于沉积烧蚀材料的支撑物，将所述靶和所述支撑物安排在所述设备的沉积室中。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述靶包括沿所述设备中的电子束和等离子体束的传播轴布置的靶表面，关于所述轴成约45°的倾斜角布置所述靶表面。
27.如权利要求25或26中的任一项所述的系统，其特征在于，所述支撑物具有用于沉积膜或纳米团簇的表面。
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