CS265460B1 - Zařízení pro komplexní evaporeci pevných látek v iontovém zdroji - Google Patents

Abstract

Zařízení řeší problém komplexní evaporace různých látek pevné fáze v iontovém zdroji. Zařízeni je tvořeno válcovou katodou iontového zdroje, která je pomocí oddělovacího izolátoru spojena s vysokoteplotní částí válcové anody iontového zdroje, v jejíž nízkoteplotní části je vytvořen druhý přívod nosného plynu a upevněn vnější chladič. Uvnitř válcové anody iontového zdroje jsou suvně v axiálním směru uloženy válcová pec a tyčová pec. Válcová pec je na nízkoteplotní straně opatřena prvním přívodem nosného plynu. Dutinová katoda a vysokoteplotní část válcové anody iontového zdroje je uložena v koaxiálním reflektoru. V dutinách obou pecí jsou umístěny první, druhý a třetí substrát pevné látky. Na výstupní hraně iontového zdroje je umístěna extrakční elektroda pro vývod produkovaných iontů.

Description

Vynález se týká zařízení pro komplexní evaporaei pevných látek v iontovém zdroji a náleží do oboru chemie plasmatu.

Evaporace pevných látek pro iontové zdroje je v převážné míře řešena cestou externí pece. Tato pec, zpravidla velkých rozměrů s velkými plochami, má velké tepelné ztráty, které je pak nutné kompenzovat zvýšeným příkonem žhavení a složitým systémem termických reflektorů.

V těchto pecích je možné zpracovat pouze jeden substrát a maximální dosažitelné teploty se pohybují okolo 1 000 °C. Proto zde není možné zpracovat těžko tavitelné substráty. Jiná zařízení, která využívají vlastního tepla plasmatu a jsou tvořena suvně uloženou peci v prodlouženém tělese jedné elektrody iontového zdroje, již dosahuji teplot nutných k evaporaei těžko tavitelných substrátů, ale jejich nevýhodou nadále zůstává nutnost zpracování pouze jediného substrátu.

Výše uvedený nedostatek odstraňuje zařízení pro komplexní evaporaei pevných látek v iontovém zdroji podle vynálezu. Je tvořeno válcovou anodou iontového zdroje v níž je suvně v axiálním směru uložena válcová pec a tyčová pec. Válcová anoda iontového zdroje je na své vysokoteplotní straně spojena s dutinou katodou a na své nízkoteplotní straně je opatřena druhým přívodem nosného plynu a vnějším chladičem. Válcová pec je ve své zúžené nízkoteplotní části opatřena prvním přívodem nosného plynu.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že dovoluje evaporaei tří různých látek v širokém intervalu teplot. Rychlost přívodu jednotlivých komponent pak může být řízena programově.

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno jedno z možných řešeni zařízeni podle vynálezu.

Zařízení pro komplexní evaporaei pevných látek v iontovém zdroji se skládá z dutinové katody 2 iontového zdroje, která je pomoci oddělovacího izolátoru spojena s vysokoteplotní částí válcové anody £ iontového zdroje, v jejíž nízkoteplotní části je vytvořen druhý přívod 2 nosného plynu a upevněn vnější chladič 2· Uvnitř válcové anody ± iontového zdroje jsou suvně v axiálním směru uloženy válcová pec 2 a tyčová pec !5. Válcová pec 2 je na nízkoteplotní straně opatřena prvním přívodem 10 nosného plynu. Dutinová katoda 2 a vysokoteplotní část válcové anody 2 iontového zdroje je uložena v koaxiálním reflektoru 7_. V dutinách obou pecí 2» 5 jsou umístěny první, druhý a třetí substrát 11, 12, 13 pevné látky. Na výstupní hraně iontového zdroje je umístěna extrakční elektroda 2 pro vývod produkovaných iontů.

Zařízeni pro komplexní evaporaei pevných látek p'odle vynálezu, mimo přípust několika plynů, umožňuje zpracování současně nejméně tří substrátů 11, 12, 13 pevné fáze. První substrát 11 pevné fáze s nejvyšší evaporační teplotou se vkládá do dutiny wolframové tyče, která tvoří tyčovou pec 2· Tento těžko tavitelný substrát 11 je odprašován interakcí koncentrovaného plazmatu. Přípustné možnosti výbojové komory, zhotovené z tenkostěnného tantalu jsou limitovány teplotou tavení oddělovacích izolátorů 2» vytvořených z nitridu bóru. Druhý a třetí substrát 12, 13 pevné fáze je vkládán do válcové pece 6_, jejíž vysokoteplotní rozšířená část je zhotovena z uhlíku a žhaví se převážně přestupy tepla z válcové anody 4_ iontového zdroje. Těleso válcové anody tvoři tantalová trubice, která současně plní funkci nosníku dutinové katody 2 iontového zdroje. Teplo z válcové anody 4 iontového zdroje odvádí vnější vzduchový chladič 2· Přívodem tepelného příkonu asi 200 W z plazmatu se ve vysokoteplotní části vnější válcové pece 2 dosahuje teplot okolo 2 000 °C a v tomto prostoru se zpracovává druhý substrát 12 pevné fáze. Třetí substrát 13 pevné fáze s nejnižší evaporační teplotou se vkládá do zúžené nízkoteplotní části vnější válcové pece 2» kde je možno teplotu snížit až na 300 °C. Axiálním posuvem obou válcových pecí 2» á. ^se dosáhne žádaných teplot pro všechny tři substráty 12, 12, 13 pevné fáze.

Činnost iontového zdroje v režimu nosného plynu je aplikována dvěma odlišnými způsoby. Přívodem agresivních plynů, jako např. tetrachlor CC1₄, jsou na povrchu žhavených substrátů produkovány snadněji těkavé chloridy. Přítomnost molekul inertních plynů plní funkci moderátoru kinetiky plasmatu iontového zdroje. Dovoluje řízení efektivnosti ionisace a vytváří základní podmínky syntézy molekulárních iontů z atomů různého druhu.

Předložený systém evaporace tři elementů pevné fáze lze využít v různém druhu iontových zdrojů. Například při zpracování kobaltu v tomto zařízení může být výboj zapálen na některém z inertních plynů, jako je např. xenon. Po nastaveni vhodné teploty pro druhý substrát 12 pevné fáze se žavádí do anody _4 tetrachlor, který produkuje snadno těkavé chloridy CoCl a přejímá funkci regulátoru rychlosti evaporace. V hmotnostním spektru jsou potom zastoupeny ionty Co⁺ i CoCl⁺, jejichž procentuální obsah lze ovládat změnou parametrů iontového zdroje a rychlosti napouštění nosných plynů. Jsou-li do výboje současně zaváděny páry cesia z třetího substrátu 13 pevné fáze, získáme výchozí produkt v podobě negativních iontů. Do výboje lze současně odprašovat třetí substrát 11 pevné fáze, který tvoří například tvrdý uhlík ve velmi čisté podobě, který společně s těžkými atomy dalších látek získá v mechanismu procesu vyšší kinetickou i potenciální energii, které jsou předpokladem efektivního průběhu syntézy.

Možnost využití vynálezu v oblasti implantace vysokých dávek spočívá v postupném nástřelu různých iontů v uzavřeném cyklu bez přerušení činnosti iontového zdroje. V úlohách deposice lze postupně produkovat tenké vzorky, vrstvené z různých materiálů. Možnosti chemické syntézy exitovaných atomů leží v oblasti nadtermálnich energií okolo 10 eV. Produkované molekulární ionty mohou být pomocí metod hmotnostní separace odděleny a po retardaci energie získány v podobě povlaků nových látek, nebo využity pro výzkum chemických efektů v interakcích s povrchy látek pevné fáze.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro komplexní evaporaci pevných látek v iontovém zdroji, tvořené válcovou pecí s prvním přívodem nosného plynu, suvně uloženou ve válcové anodě iontového zdroje, jejíž nízkoteplotní část je opatřena druhým přívodem nosného plynu a vnějším chladičem a vysokoteplot ní část je spojena s dutinovou katodou, přičemž vysokoteplotní část válcové anody a dutinová katoda iontového zdroje jsou uloženy v koaxiálním reflektoru, vyznačené tím, že uvnitř válcové pece (6) je suvně v axiálním směru uložena tyčová pec (5).
2. 2. Zařízení pro komplexní evaporaci pevných látek podle, bodu 1, vyznačené tim, že válcová pec (6) je na nízkoteplotní straně zúžená.