DE3111305C2

DE3111305C2 - Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle

Info

Publication number: DE3111305C2
Application number: DE3111305A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Fuchu Tokyo Kanomata; Hidemi Tokorozawa Saitama Koike; Noriyuki Ohme Tokyo Sakudo; Katsumi Hachioji Tokyo Tokiguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1983-12-15
Also published as: JPS56132754A; GB2072940A; FR2478870B1; GB2072940B; NL8101360A; JPS5947421B2; DE3111305A1; FR2478870A1; US4409520A

Abstract

Eine Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle besitzt einen Mikrowellengenerator (1), eine Entladungskammer (5), die rippenförmige Elektroden (7) aufweist, sowie einen Wellenleiter (4, 2, 19), der den Mikrowellengenerator (1) mit der Entladungskammer (5) verbindet. Dieser Wellenleiter enthält einen Wellenleiter (2, 19), der keine rippenförmige Elektrode aufweist sowie einen Wellenleiter (4), der rippenförmige Elektroden (3) aufweist. Weiterhin ist eine vakuumabdichtende dielektrische Platte (16) an einer Zwischenstelle oder an einem Endteil des Wellenleiters (2, 19) angeordnet, der keine rippenförmige Elektrode aufweist. Ein Raum in dem Wellenleiter (4), der sich von der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte (16) zu der Entladungskammer (5) erstreckt, ist mit einem Dielektrikum (18) gefüllt. Konstruktion und Herstellung der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte (16) sind erleichtert und es wird eine Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle mit hohem Wirkungsgrad geschaffen.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Entladungs-lonenquelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Solche Ionenquellen sind beispielsweise für ein Ionen-Implantationsgerät geeignet, mit welchem Ionen in eine Halbleiter-Substrat-Wafer implantiert werden.

Eine Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle hat den großen Vorteil, daß ihre Lebensdauer groß ist und dal/ Ionenstrahlen mit hohen Strömen erzeugt werden können. Folglich wird sie als Ionenquelle für ein Ionen-Implantationsgerät verwendet. Mikrowellen-Entladungs-Ionenquellen der eingangs genannten Art sind in der US-PS 40 58 748 und in der DE-OS 26 21 824 detailliert beschrieben.

Bei der bekannten Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle breiten sich von einem Mikrowellengenerator erzeugte Mikrowellen längs eines rechteckigen Wellenleiters aus und werden über einen rechteckigen Wellenleiter, der Stege aufweist, in eine Entladungskammer geleitet. Die Entladungskammer ist gegenüber dem rechteckigen Wellenleiter vakuumdicht abgeschlossen, und zwar durch eine vakuumabdichtende dielektrische Platte. Die Entladungskammer besteht aus stegförmigen Elektroden, einem Entladungsraum, der sich zwischen den stegförmigen Elektroden befindet, einer Leitung, mit der ein zu ionisierendes Gas eingeführt wird, und aus einem dielektrischen Füllkörper in dem übrigen, von dem Entladungsraum verschiedenen Raum. Die in die Eritladungskammer eingeleiteten Mikrowellen erzeugen zwischen den stegförmigen Elektroden ein starkes elektrisches Mikrowellenfeld. Weiterhin wird.ein starkes magnetisches Feld an die Entladungskammer angelegt Dieses Feld hat eine Richtung, die das elektrische Mikrowellenfeld, das von den stegförmigen Elektroden erzeugt wird, rechtwinklig schneidet Um dieses magnetische Feld zu erzeugen,'ist eine Magnetspule am Außenumfang der Entladungskammer angeordnet Die zu ionisierende Gasprobe wird über die Gasleitung in den Entladungsraum eingeführt, v/p durch die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Mikrowellenfeld und dem magnetischen Feld innerhalb des Entladungsraumes ein Plasma von hoher Dichte erzeugt wird. Aus diesem dort erzeugten Plasma mit hoher Dichte wird durch Ionenextraktionselektroden ein Ionenstrahl extrahiert

Die vakuumabdichtende dielektrische Platte hat zwei Funktionen, nämlich die Mikrowellen durch den rechteckigen Wellenleiter mit den Stegen zu der Entladungskammer reflexionsfrei fortzuleiten sind. Im Inneren der Entladungskammer ein Vakuum aufrechtzuerhalten. Damit die erste Funktion erfüllt werden kann, muß der Querschnitt der vakuumabdichtenden dielektrischen PIi tte wie folgt aufgebaut sein: Entweder muß er dem Querschnitt des Teiles des rechteckigen Wellenleiters ähnlich sein, der die Stege aufweist und der in Kontakt mit der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte ist oder er muß ähnlich dem Querschnitt der Entladungskammer sein, der in Kontakt mit der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte ist

Dies bedeutet, daß die vakuumabdichtende dielektrische Platte einen Querschnitt aufweisen muß, der einer rechteckigen Platte entspricht, die Metallteile aufweist die den Stegteilen des rechteckigen Wellenleiters mit den Stegen entsprechen und bei dem ein dem äußeren Raum entsprechender Teil mi; einem Dielektrikum gefüllt ist; oder der Querschnitt muß einer kreisförmigen Platte entsprechen, die Metallteile aufweist die den stegförmigen Elektroden der Entladungskammer entsprechen, und bei der ein Teil, der dem übrigen Raum entspricht, mit einem Dielektrikum gefüllt ist Um die zweite obengenannte Funktion zu erfüllen, wird ein Dielektrikum verwendet, das ausgezeichnete Hochfrequenzcharakteristiken aufweist und das nichtporös ist, beispielsweise Forsterit-Keramik (Magnesiumsilica;) oder aluminiumhaltige Keramik. Allerdings sind diese gesinterten Dielektrika für ein Formen in einer Maschine ungeeignet. Weiterhin ist die Endgenauigkeit des dielektrischen Teiles sehr schlecht, wenn eine Platte, die eine komplizierte Form mit Ecken aufweist aus dem obengenannten dielektrischen Material hergestellt ist Um die Endgenauigkeit nur geringfügig zu verbessern, muß der Sinterprozeß wiederholt in neuen Gesenken durchgeführt werden. Zusätzlich muß zum Erreichen der zweiten Funktion der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte oder der Vakuumabdichtung mittels der ringförmigen Platte, die aus einer Zusammensetzung bzw. einem Compoundmaterials aus den Metallteilen und dem dielektrischen Teil aufgebaut ist, der dielektrische Teil metallisiert und geschmolzen werden. Außerdem ist es erforderlich, die Metallteile und den dielektrischen Teil gleichzeitig zu bearbeiten, so daß die Kosten der ringförmigen Platte hoch sind. Um die obengenannten Probleme zu lösen, wurde bisher eine vakuumabdichtendc dielektrische Platte hergestellt, bei der ringförmige Teile, die den Stegteilen entsprechen.

lediglich dadurch gebildet wurden, daß separat hergestellte Kupferscheiben eingesetzt wurden. Die Vakuumabdichtung wurde - durch zwei O-Ring-Dichtungen sichergestellt, deren Durchmesser geringfügig größer war als der der ringförmigen Teile und durch eine S O-Ring-Dichtung, deren Durchmesser etwas kleiner war als der der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte. Hinsichtlich der Vakuumabdichtung wurde ein gutes Ergebnis eraklt Allerdings traten Reflexionen der Mikrowellen an der vakuumabdichtenden dielektrisehen Platten auf. Dies läßt sich durch die Formänderung und· die Impedanz-Fchlanpassung erklären, welche dadurch auftritt, daß die Stegteile zu ringförmigen Teilen verändert wurden. Da der Querschnitt der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte sehr kompliziert ist, ist die Berechnimg der Impedanz sehr kompliziert, wodurch das Problem der Impedanzfehlanpassung verständlich wird. Im Falle eines derartigen Querschnittes ist es daher in der Tat unmöglich, eine Impedanzanpassung der vakuumabdichtenden dielektri- M sehen Platte zu erhalten. Es traten daher folgende Probleme auf: Die vakuumabdichtende dielektrische Platte bewirkte eine Reflexion der Mikrowellen; die Ausgangsverluste des Mikrowellengenerators wurden durch diese Reflexion vergrößert; wurde ein Mikrowellengenerator mit hoher Leistung verwendet, um die Ausgangsverluste abzudecken, so trat Funkenbildung in der Nähe der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle der gattungsgemäßen Art mit einer vakuumabdichtenden dielektrischen Platte zu schaffen, die einen sehr einfachen Querschnitt aufweist und die nur sehr geringfügig Reflexionen der Mikrowellen verursacht

Diese Aufgabe wird mit einer Mikrowellen-Entladungs-Ionenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. *o

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist die vakuumabdichtende dielektrische Platte an einem Endteil oder einem Mittelteil des Hohlleiters, der keine Stege aufweist, angeordnet, und folglich wird ihr Querschnitt sehr einfach. Hieraus folgt, daß die Berechnung der Impedanz der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte sehr leicht wird. Es kann dann eine vakuumabdichtende dielektrische Piatte hergestellt werden, deren so Geometrie so ist, daß nur in geringstem Umfang Reflexionen auftreten. Da der Querschnitt der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte sehr einfache Form hat, kann die dielektrische Platte zusätzlich sehr einfach und billig zu der gewünschten Form geformt werden, selbst wenn als Dielektrikum keramische Stoffe verwendet werden, wie z. B. Fortsterit-Keramiken oder aluminiumhaltige Keramiken, die mit komplizierter Form nur sehr schwierig geformt werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des grundlegenden Aufbaus einer Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle,

F i g. 2 einen Schni't längs der Linie c-c der Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansicht einer konkreten Konstruktion der Mikrowellen-Entladungt-lonenquelle,

F i e. 4A bis 4E Schnittansichten längs der Linien A-A bisE-fderFig.3,

i Fig.5 eine Ansicht einer weiteren konkreten Konstruktion der Mikrowellen-Entladungs-lonenquelle; ; Fig.6 eine Schnittansicht längs der Linie F-F der :Fig.5,

Fig.7 eine Ansicht einer weiteren konkreten Konstruktion der Mikrowellen-Entladungs-ronenquelle und

F i g. 8A bis 8D Schnittansichten längs der Linien O-O bis R-R der F'ig. 7.

Fig.l zeigt den grundlegenden Aufbau der Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle. Der wesentliche ,Unterschied zwischen der Konstruktion der Mikrowellen-Ent-Iadungs-Ioner.^uelle gemäß d,er vorliegenden Erfindung und der des Standes der Technik liegt in dem Einbauort der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16.

Bei der Konstruktion des Standes der Technik ist die vakuumabdichtende dielektrische Platte zwischen dem rechteckigen Wellenleiter mit den Stegen und der Entladungskammer angeordnet Im Gegensatz hierzu ist bei der in Fig. 1 dargestellten .Aonstruktion die vakuumabdichtende dielektrische Piatte 16 zwischen derjenigen Seite des rechteckigen Wellenleiters, die die Stege 3 aufweist und einem Endteil des rechteckigen Wellenleiters 2, der keine Stege !"jfweist und mit dem MikroweJengenerator 1 in Verbindung steht, angeordnet Die vakuumabdichtende elektrische Platte 16 kann ebensogut an einer Mittelstellung in dem rechteckförmigen Wellenleiter 2, der keine Stege aufweist, angeordnet werden. Der,Querschnitt (Schnitt c-c in Fig.l) der dielektrischen Platte 17 ist rechteckförmig, wie in F i g. 2 dargestellt Eine solche rechteckförmige dielektrische Platte 17 kann sehr einfach geformt werden, selbst wenn sie z. B. aus Forsterit-Keramik oder aus aluminiumhaltiger Keramik besteht Da die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 aus einem Flanschteil 20 und einer rechteckförmigen dielektrischen Platie 17 besteht, kann ihre Impedanz sehr einfach berechnet werden. Folglich kann die Dimensionierung, die für eino gute Anpassung erforderlich ist» leicht berechnet werden. Bei der in F i g. 1 dargestellten Konstruktion ist der Entladungsraum 8 nicht auf den Raum zwischen den stegförmigen Elektroden 7 beschränkt Vielmehr ist er seiner Wirkung nach auch in den Raum zwischen den Stegen 3 des rechteckförmigen Wellenleiters 4, der diese Stege aufweist, ausgedehnt Um den Entladungsraum 8 so zu begrenzen, daß er zwischen den stegförmigen Elektroden 7 liegt, wird folglich der gesamte Raum des Entladungsraumes 8 mit Ausnahme des Teiles, der zwischen den stegförmigen Elektroden 7 liegt, mit einem Packungsmaterial 18 gefüllt, das aus einem Dielektrikum, wie z. B. gesintertem Bornitrid besteht.

Wie bei der bekannten Ionenquelle ist am Außenumfang der Entladungskammer 5 eine Magnetspule 9 angeordnet; außerdem sind Extraktionselektroden 11 vorgesehen, durch die der Ionenstrahl 10 in einen durch ein Vakuumsystem 15 evakuierten Raum Eintritt

Die Mikroweiler>-Entladungs-Ionenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch dann aufgebaut werden, wenn der rechteckförmige Wellenleiter 2 ohne die Stege bzw. der rechteckförmige Wellenleiter 4 mit den Stegen 3 durch einen kreisförmigen Wellenleiter ohne Stege bzw. einen kreisförmigen Wellenleiter mit Stegen ersetzt wird. In diesem Falle muß natürlich der Querschnitt der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 kreisförmig sein.

Aufgrund der einfachen Form der vakuumabdichten-

den dielektrischen Platte kann die Impedanz sehr genau berechnet werden, für den Fall, daß die Ionenquelle als Mikrowellenschaltkreis angesehen wird. Hieraus kann ein Mikrowellenschaltkreis mit hohem Wirkungsgrad aufgebaut werden, in dem praktisch keine Reflexionen auftreten.

Ein Beispiel soll dies verdeutlichen. Es sei angenommen, daß die Mikrowellen eine Frequenz von 2,45 GHz haben. Die Maße am Eintritt des rechteckförmigen Wellenleiters 4 mit den Stegen 3 sind: a —75 mm und 6-26 mm (vgl. F i g. 2). Wird Bornitrid als Packungsmaterial 18 verwendet (e,—4), so errechnet sich die charakteristische Impedanz Z gemäß der nachstehenden Gleichung zu Z- 71,6Ω.

ζ-ι».

wobei die Größen folgendes bedeuten:

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Z: charakteristische impedanz (Ω), X_t: Wellenlänge im Wellenleiter (mm), λ: Wellenlänge im freien Raum (mm). Br- relative Dielektrizitätskonstante, a, b: Abmessungen der Länge und Breite des rechteckförmigen Wellenleiters (mm).

Werden für die Dimensionierung der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 folgende Größen gewählt: a — 88 mm und 6—44 mm und wird als Material des Dielektrikums Forsterit-Keramik gewählt (e_r-6,2), so ergibt sich die charakteristische Impedanz einer solchen vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 zu Z= 71,7 Ω. Folglich können die Impedanzen sehr präsise angepaßt werden. Wird weiterhin die Dicke t der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 so festgelegt, daß sie ein ungradzahliges ganzes Vielfaches von Aj/4 ist (im Falle des obigen Beispiels: A^-51,2 mm und folglich / — 12,8 mm), so kann auch eine geringfügige Reflexion der Mikrowellen unterdrückt werden, die durch die Differenz der Dimensionierungen des rechteckförmigen Wellenleiters vor und hinter der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 beschrieben werden können. In obigen Beispiel sind Länge und Breite der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 größer als bei dem rechteckförmigen Wellenleiter 4, der die Stege 3 aufweist Folglich kann die Vakuumabdichtung durch O-Ring-Dichtungen oder ähnliches erfolgen, die den überflüssigen Teil ausnützen.

Zur weitere!,. Erläuterung der oben beschriebenen Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle werden nachfolgend verschiedene konkrete Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

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Fig.3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Mikrowellen-Entladungs-lonenquelle, wobei der grundlegende Aufbau der gleiche ist wie in Fig. 1. Dabei ist die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 an dem Endteil des rechtecklörmigen Wellenleiters 19, der keine Stege aufweist, angeordnet In Fig.3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Magnetron, das Mikrowellen mit 2,45 GHz und 840 W erzeugt Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen rechteckförmigen Wellenleiter aus; Kupfer, der keine Stege aufweist, wobei sein horizontalter Querschnitt A-A in F i g. 4A gezeigt ist Die Abmaße der Länge und der Breite dieses Abschnitts des rechteckförmigen Wellenleiters ~2 sind

109,2 mm χ 54,6 mm. Die charakteristische Impedanz Z.\ des rechteckförmigen Wellenleiters liegt ungefähr bei 228 Ω. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen rechteckförmigen Wellenleiter aus Edelstahl, der der Impedanzanpassung dient. Sein horizontaler Querschnitt B-Bist in F i g. 4B darstellt.

Die Abmessungen der Länge und der Breite des Abschnitts des Impedanz-Anpassungs-Wellenleiters 19 mit rechteckförmiger Gestalt sind 109.2 mm χ 30,6 mm. Seine charakteristische Impedanz Z_B liegt ungefähr bei 128Ω. Die Länge des rechteckförmigen Wellenleiters 19 ist 111 mm. Sie ist ein ungradzahlig ganzzalig Vielfaches von A/4 (in diesem Falle ist λ, — 148 mm, und die Länge ist das Dreifache von A/4).

Das Bezugszeichen 16 bezeichnet die vakuumabdichtende dielektrische Platte, deren horizontaler Querschnitt C-Cin F i g. 4C dargestellt ist.

nie vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 besteht aus einer rechteckförmigen dielektrischen Platten 17 aus Forsterit-Keramik (2 MgO · SiO₂), dessen relative Dielektrizitätskonstante ungefähr 6.2 ist. Die Länge und Breite der dielektrischen Platte 17 sind 88 mm χ 40 mm. Ihre charakteristische Impedanz Zc ist ungefähr 72 Ω. Die vakuumabdichtende dielektrische Platte ist an einem Flanschteil 20 befestigt. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen rechteckförmigen Welte'lkiter mit Stegen 3. Er ist aus Edelstahl hergestellt. Sein horizontaler Querschnitt D-D ist in Fig.4D gezeigt. Die Abmessungen von Länge und Breite am Eintritt des rechteckformigen Wellenleiters 4 sind 75 mm χ 26 mm, während die charakteristische Impedanz Zo am Eingang ungefähr bei 72 Ω liegt, sofern gesintertes Bornitrid mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 4 als Packungsmaterial 18 verwendet wird. Dies bedeutet, daß der rechteckförmige Steghehlleiter 4 und die vakuumabdichtende .dielektrische Platte 16 perfekt angepaßt sind. Der rechteckförmige Wellenleiter 2 ohne Stege und die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 gehorchen der Gleichung:

Z_B = VZ_A · Z_c - IM ß

Dieser Wert entspricht genau der Impedanz des rechteckförmigen Wellenleiters 19. der keine Stege aufweist Folglich sind die Werte perfekt angepaßt, so daß keine Reflexion der Mikrowellen auftreten.

Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Entladungskammer bezeichnet, deren horizontalter Querschnitt E-E in F i g. 7E dargestellt ist Die Entladungskammer 5 besitzt stegförmige Elektroden 7, die aus Edelstrahl hergestellt sind, sowie einen Entladungsraum 8, der sich zwischen den stegförmigen Elektroden 7 befindet, ein Packungsmaterial 21, das aus gesintertem Bornitrid besteht und in den übrigen Raum, mit Ausnahme des Entladungsraumes 8, eingefügt ist eine Leitung 23, die dazu dient ein zu ionisierendes Gas in den Entladungsraum 8 einzuführen und schließlich eine Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material, die dazu dient Dämpfe von zu ionisierenden Substanzen dem Entladungsraum 8 zuzuführen. Wird die Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle zur Ionenimplantation verwendet so sind die zu ionisierenden gasförmigen Proben z.B. PH* BF₃, während die zu ionisierenden Festkörperproben z. B. Sb, As, P sind. Die Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material besitzt einen Kern 27, der aus einem Körper 24 aus gesintertem Bornitrid und einem Wolframheizelement 25 besteht, welches um den

Außenumfang des Körpers 24 gewickelt ist. Weilerhin ist eine hitzeabschirmende Platte 26 aus Ta oder Mo in mehrfacher Ausführung an der Außenseite der Heizeinrichtung 25 angeordnet, wodurch der Heizwirkungsgrad der Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material vergrößert wird.

Mit 11a, Ufa und lic sind Extraktionselektroden dargestellt, an die typischerweise von +4OkV, -2 kV bzw. OkV angelegt werden. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Isolator, der z. B. aus aluminiumhaltiger Keramik hergestellt ist. Die Bezugszeichen 29 und 30 bezeichnen O-Ring-Dichtungen, die die Vakuumabdichtung bewirken. Obwohl nicht dargestellt, ist außerhalb des Isolators 28 eine Magnetspule angeordnet, die ein magnetisches Feld in dem Entladungsraum 8 erzeugt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der rechteckförmige Anpassungs-Wellenleiter 19, fortgelassen werden kann, wenn die Abmessungen des rechteckförmigen Wellenleiters 2 die Abmessungen des Weiieneintrittes und die Art des Packungsmaterials des rechteckförmigen Wellenleiters 4, und die Abmessungen und das Material der dielektrischen Platte 17 der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 richtig ausgewählt werden.

Neben den obenerwähnten Merkmalen weist das vorliegende Ausführungsbeispiel noch folgende Vorteile auf: Da der Abstand zwischen der Entladungskammer S und der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 groß gewählt werden kann, ist es möglich, die Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material unterzubringen; da die Abstände zwischen der Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material und den O-Ring-Dichtungen 29 und 30, wie oben erwähnt, groß gewählt werden kann, beeinträchtigt die Hitze der Verdampfungseinrichtung 22 für das feste Material die O-Ring-Dichtungen 29 und 30 nur sehr gering.

Beispiel 2

Fig.S zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Mikrowellen-Entladungs-lonenquelle. Sein grundlegender Aufbau liegt darin, daß die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 zwischen dem rechteckförmigen Wellenleiter 19, der keine Stege aufweist, und einem rechteckförmigen Wellenleiter 31, der ebenfalls keine Stege aufweist, angeordnet ist In F i g. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 19 den rechteckförmigen Wellenleiter für die Impedanzanpassung. Die horizontalen Querschnitte B-B bzw. C-C sind ähnlich wie in den F i g. 4B und 4C gezeigt, und die Abmessungen hinsichtlich Länge und Breite sowie die charakteristischen Impedanzen entsprechen denen des Ausführungsbeispiels 1. Folglich ist die charakteristische Impedanz Zc der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 ungefähr 72 Ω. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen rechteckförmigen Wellenleiter aus Kupfer, der keine Stege aufweist Sein horizontaler Querschnitt F-Fist in F i g. 6 dargestellt Die Abmessungen von Länge und Breite des Querschnitts des rechteckförmigen Wellenleiters 31, sind 75 mm χ 26 mm, während seine charakteristische Impedanz Zf ungefähr bei 72 Ω liegt, sofern gesintertes Bornitrid mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 4 als Packungsmaterial 18 verwendet wird. Wie bei dem Beispiel 1 erwähnt, bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen rechteckförmigen Wellenleiter mit Stegen 3, dessen charakteristische Impedanz Zd an seinem Eingang bei ungefähr 72 Ω liegt Dies bedeutet, daß die charakteristischen Impedanzen Zc, Zf und Z_D (an den Eingängen) der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16, des rechteckförmigen Wellenleiters 31, und des rechteckförmigen Wellenleiters 4 gleich gemacht werden können, so daß keine Reflexionen von Mikrowellen auftreten. Die Bezugszeichen 32 und 33 bezeichnen Kühlungslöcher. Wie in F i g. 6 dargestellt, umschließt das Kühlungsloch 32 den rechteckförmigen Wellenleiter 31. Über einen Einlaß 34 wird ein Kühlmittel (Wasser, Luft oder Freon) zugeführt, von

ίο dort durch das Kühlloch 32 zirkuliert und an einem Auslaß 35 abgeführt. Dies dient dazu, die O-Ring-Dichtung 29 vor Hitze zu schützen, die auftritt, wenn die Verdampfungseinrichtung 22 für festes Material betätigt wird. Aus gleichem Grunde ist ein Flansch 36 vorgesehen, der mit der Kühlöffnung 33 versehen ist, wodurch die O-Ring-Dichtung 30 gegen Hitze geschützt wird.

Neben den oben beschriebenen Merkmalen bringt dieses Ausführungsbeispiel folgende Vorteile: Da der Abstand zwischen den-, Verdampfer 22 für festes Material und der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 groß gemacht werden kann und darüber hinaus diese Bauteile thermisch mittels eines Kühlmittels entkoppelt werden können, können die O-Ring-

Dichtungen 29,30 leicht vor Hitze geschützt werden. Beispiel 3

F i g. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Mikrowellen-Entladungs-lonenquelle. Ihr grundlegen der Aufbau ist gleich dem Aufbau des Ausführungsbei spiels der F i g. 1. Im Unterschied hierzu sind jedoch die rechteckförmigen Wellenleiter des Beispiels 1 durch kreisförmige Wellenleiter ersetzt In F i g. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 19' einen ring- bzw. kreisförmigen Wellenleiter aus Kupfer, der keine Stege aufweist Sein horizontaler Querschnitt O-Oist in Fig. 8A dargestellt Das Bezugszeichen 16' bezeichnet eine vakuumabdichtende elektrische Pkttej deren horizontaler Querschnitt P-P in F i g. 8B dargestellt ist Die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16' ist aus einer dielektrischen Platte 17', die als Scheibe aus aluminiumhaltiger Keramik besteht und einem Flanschteil 20' aufgebaut Mit dem Bezugszeicl.en 4' ist ein ringförmiger Wellenleiter dargestellt der Stege 3 aus Kupfer aufweist Sein horizontalter Querschnitt QQ ist in F i g. 8C dargestellt. Der Raumabschnitt des ringförmigen Wellenleiters 4', der die Stege 3 aufweist ist mit einem gesinterten Bornitrid als Packungsmaterial 18 ausgefüllt Bezeichnet man die charakteristische Impedanz des ringförmigen

so Wellenleiters 19' mit Zo, die charakteristische Impedanz der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16 mit Zp und die charakteristische Impedanz am Eingang des Wellenleiters 4', der die Stege 3 aufweist, mit Zq, so gelten folgende Gleichungen:

Zq — Zp — Zg

Zf = VZo ' Zq ,

wobei f ein ungradzahlig ganzzahliges Vielfaches von XgIA ist, um die Impedanzen anzupassen. Wenn die entsprechenden Durchmesser des ringförmigen Wellenleiters 19', der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte 16' und des ringförmigen Wellenleiters 4' so

es festgelegt sind, daß sie die obengenannten Beziehungen erfüllen, so treten keine Reflexionen von Mikrowellen auf. Alternativ hierzu ist es möglich, daß ein ringförmiger

Wellenleiter, der keine Stege aufweist, vor dem ringförmigen Wellenleiter 19' angeordnet ist. Der erstgenannte ringförmige Wellenleiter hat eine charakteristische Impedanz von Zx und eine Länge entsprechend dem ungeradzahlig ganzzahligen Vielfachen von λ/4. In diesem Falle ist es dann auch möglich, daß die entsprechenden Durchmesser des obengenannten ringförmigen Wellenleiters so festgelegt werden, daß sie die nachfolgenden Gleichungen erfüllen

Z₀ = VZ_x · Zp und Zf - Zq.

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In diesem Falle wirkt der ringförmige Wellenleiter 19 als Wellenleiter zur Impedanzanpassung.
Das Bezugszeichen 5' bezeichnet eine Entladungs- is

kammer, deren !horizontaler Querschnitt R-R in F i g. 8D dargestellt ist. Obwohl in der Entladungskammer 5' keine Verdampfungseinrichtung für festes Material gezeigt ist, kann eine solche Einrichtung ähnlich wie bei den anderen Beispielen eingebaut werden. Es braucht nicht näher erwähnt zu werden, daß die vakuumabdichtende dielektrische Platte 16 nicht nur am Endteil des ringförmigen Wellenleiters 19', der keine Stege aufweist, angeordnet werden kann, sondern auch an einer mittleren Stellung.

Im Hinblick auf die Wellenleiter sei noch erwähnt, daß neben rechteckförmigen und kreisförmigen Wellenleitern auch elliptische Wellenleiter zum Aufbau der Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle verwendet werden können.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellen-Entladungs-Ionenquelle mit einer unter Vakuum gehaltenen Entladungskammer mit s stegförmigen Elektroden, mit einem Mikrowellengenerator, von dem ein Mikrowellen-Hohlleiter zu den stegförmigen Elektroden der Entladungskammer geführt ist, zwischen denen das elektrische Mikrowellenfeld erzeugt wird, wobei die Entladungskammer gegenüber dem Mikrowellen-Hohlleiter durch eine dielektrische Platte vakuumdicht abgeschlossen ist und wobei der Mikrowellen-Hohlleiter aus einem als Steghohlleiter ausgebildeten Abschnitt, dessen Stege in die stegförmigen Elektroden der Entladungskammer übergehen und einem Hohlleiterabschnitt, der keine Stege aufweist und der an den Mikrowellengenerator anschließt, zusammengesetzt ist,dadurch gekennzeichnet» 6s3 die vakuumabdichtende dielektrische Platte (16, 16') im Bereich des keine Stege aufweisenden Hohlleiterabschnitts (2,19,19⁷) oder an dessen dem Steghohlleiter (4, 4') benachbarten Endteil angebracht ist und daß der Innenraum des Hohlleiters zwischen der vakuumabdichtenden dielektrischen Platte (16,16') und der Entladungskammer (5,5') mit einem isolierenden Packungsmaterial (18) gefüllt ist

2. Mikroweilen-Entladungs-Ionenquelie nach Anspruch 1, (iadurch gekennzeichnet, daß die vakuum- abdichtende dielektrische Platte (16,16') aus einem Material besteht, das aus ferner Gruppe ausgewählt ist, die Forsterit-Kerarnik oder aluminiumhaltige Keramik enthält

3. Mikrowellen-Entladungs-Ionenqueile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Packungsmaterial (18) gesintertes Bornitrid ist