EP0127523A1 - Source d'ions à résonance cyclotronique des électrons - Google Patents

Source d'ions à résonance cyclotronique des électrons Download PDF

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EP0127523A1
EP0127523A1 EP84401014A EP84401014A EP0127523A1 EP 0127523 A1 EP0127523 A1 EP 0127523A1 EP 84401014 A EP84401014 A EP 84401014A EP 84401014 A EP84401014 A EP 84401014A EP 0127523 A1 EP0127523 A1 EP 0127523A1
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EP
European Patent Office
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coils
group
ion source
magnetic field
ion
Prior art date
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Granted
Application number
EP84401014A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0127523B1 (fr
Inventor
Marc Delaunay
René Gualandris
Richard Geller
Claude Jaquot
Paul Ludwig
Jean-Marc Mathonnet
Jean-Claude Rocco
Pierre Sermet
Francois Zadworny
Francois Bourg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0127523A1 publication Critical patent/EP0127523A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

Definitions

  • the present invention relates to a source of ions with cyclotron resonance of electrons. It finds many applications, depending on the different values of the range of kinetic energy of the extracted ions, in the fields: vaporization (sputtering) of thin layers, microgravure, ion implantation, heating by fast neutrons of the plasma of reactors fusion, tandem accelerators, synchrocyclotron, ... etc.
  • the ions are formed by strongly ionizing a gas or a vapor of a solid material, contained in a microwave cavity, thanks to the combined action of a high frequency electromagnetic field, established in the cavity, and a resulting magnetic field prevailing in said cavity.
  • FIG. 1 represents a diagram showing the curve of the magnetic field as a function of the distance along the central axis of the ion source according to the prior art in superposition with a schematic representation of the location of the main elements constituting this source .
  • the curve of the magnetic field 1 provided by the set of coils has two maxima at the locations of the first group 2 and the third group 4 of coils and a minimum between these two maxima at the location of the second group 3 of coils, the latter group being supplied in counter-field.
  • the maximum values are greater than the value B of the magnetic induction corresponding to the cyclotronic resonance, this resonance being reached between the two maxima.
  • the plasma is therefore created and confined in the region of the ion source, which is between said maxima of the magnetic field.
  • the maximum and minimum values of the magnetic induction of this ion source taken for the example, are 4,200 and 3,200 Gauss respectively.
  • the cyclotron resonance of the electrons is carried out at 3600 Gauss, the frequency of the injected high frequency wave being fixed at approximately 10 GHz.
  • the ions created in the plasma are finally extracted by an extraction system 5, made up of electrodes, which are located downstream of the second maximum of the magnetic field.
  • an extraction system of ions is placed downstream of the second maximum of the magnetic field, and if this is reduced, the current of ions emitted by the source decreases proportionally.
  • the ions are therefore extracted in a magnetic field of the same order of magnitude as the field of cyclotron resonance.
  • the magnetic field must therefore be kept constant throughout the sliding space of the ion beam up to the point of its application or of the transformation of the ions in neutral particles.
  • the field to be kept constant corresponds to an induction of approximately 3,600 Gauss, the electrical energy consumed by the coils 6 creating this magnetic field is of the order of 1 Megawatt.
  • the extraction system does not allow to extract the high densities.
  • the ion beam can be compressed downstream of the ion source.
  • the magnetic field must be increased proportionally.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks. For this, it provides for a modification of the magnetic configuration of confinement of the plasma in an ion source with cyclotron resonance of the electrons, which allows the extraction of the ions in a magnetic field markedly lower than that of the ion sources. prior art.
  • the present invention specifically relates to a source of electrons with cyclotron resonance of electrons comprising a system for injecting microwave power into a container containing a gas or a vapor of a material intended to form a plasma, the latter is created and confined in a magnetic configuration, and an ion extraction system this source being characterized in that the magnetic configuration consists of two groups of coils, the first group, located in the plane defined by the sealed window of the microwave injector and surrounding it, providing the magnetic field confining the plasma, and the second group, supplied in counter-field compared to the first group, surrounding the ion extraction system.
  • a third group of coils mounted downstream of the ion extraction system and supplied in the same direction as the first group, provides a magnetic field greater than that of the extraction system to compress the beam of extracted ions.
  • the magnetic field provided by all the groups of coils has a maximum value, greater than that of the cyclotron resonance at the location of the first group of coils, and the magnetic field decreases to a minimum value at the location of the second group of coils passing through the value of the magnetic induction B corresponding to the cyclotronic resonance between these two groups of coils.
  • the position of the extraction system in the source is chosen such that the weak magnetic field at the location of the extraction is provided only by the first group of coils.
  • the microwave injection system consists of several microwave injectors and each of these injectors is surrounded by a group of coils, these being located in the planes defined by the watertight windows of each injector.
  • the magnetic configuration of the confinement of the plasma additionally comprises a multipolar magnetic configuration constituted by permanent magnets.
  • the magnetic field corresponding to the cyclotronic resonance is reached at a distance of the order of a few centimeters downstream of the junction between the hyper frequency injector and the cavity of the ion source.
  • the gas is injected upstream of the ion extraction system and in its vicinity.
  • the ion extraction system consists of a single electrode.
  • the gas intended to form a plasma is deuterium and the minimum magnetic field at the location of the second group of coils is of the order of a few hundred Gauss.
  • FIG. 2a shows schematically and in a simplified manner, an example of an embodiment of an ion source with cyclotronic resonance of the electrons in cross section, comprising the central axis of the source.
  • a vacuum cavity 9 of cylindrical shape of revolution for example, one of the ends carries an injector 8 of microwave power and the other end is connected to the place of use of the ions.
  • the cavity 9 can have any shape depending on the character of the ion source.
  • the microwave power injection system 8 can be constituted by several microwave injectors.
  • a gas or a vapor intended to form a plasma is introduced at 17 at a low pressure of some 10 -3 Torr upstream of the ion extraction system and in its vicinity.
  • An axial static magnetic field is applied by means of coils which surround the cavity. It is also conceivable to use permanent magnets surrounding the cavity to provide the confining magnetic field.
  • the plasma is then created.
  • the plasma is created at another location and then injected into the cavity 9.
  • the plasma is confined in the magnetic configuration obtained by means of two groups of coils 11, 12.
  • the first group of coils 11 is located in the plane defined by the sealed window 13 of the microwave injector 8 and surrounds it.
  • the second group of coils 12 is placed at a predetermined distance downstream from the first group of coils and is supplied in counter-field with respect to the first group.
  • the assembly of these two groups of coils provides a magnetic field which has a maximum value at the location of the first group of coils 11. This value is chosen to be greater than the value B, corresponding to the reso - cyclotronic nance of electrons.
  • the magnetic field decreases to a minimum value at the location of the second group of coils 12.
  • the magnetic field reaches the value of the magnetic field B r corresponding to the cyclotronic resonance.
  • the profile of the magnetic field is chosen such that the cyclotronic resonance of the electrons takes place a few centimeters downstream of the junction between the injector of the microwave power and the cavity.
  • the resonance zone is located far enough from the window 13 so that the plasma 10 created at this location hardly diffuses towards it and therefore does not risk damaging it.
  • the resonance is far enough from the walls of the cavity so that the plasma density is not reduced.
  • the number of coils forming a group depends on the magnetic field to be supplied.
  • a multipolar magnetic configuration is installed between the first 11 and the second 12 groups of coils.
  • Figure 3 shows schematically in cross section along section A-A of Figure 2a, a hexapolar configuration of the additional magnetic confinement.
  • the plasma 10 is confined by the stuffing lines of the magnetic field created by permanent magnets 18 distributed in a ring around the cylindrical part of the cavity which surrounds the plasma and whose polarities are alternated.
  • the frequency of the pulse of the microwave field being approximately 10 GHz
  • the maximum value of the induction B max at the location of the first group of coils is preferably chosen around 4,000 Gauss and the value at the location of the second group of coils is preferably of the order of a few hundred of Gauss.
  • the ion extraction system 14 is installed inside the coils forming the second group.
  • this value of the magnetic induction at the location of the extraction system is less than 10% of the value of the induction B r corresponding to the cyclotronic resonance.
  • the extraction system can be produced in the form of a single electrode.
  • the ion current emitted by the ion source according to the invention is double compared to that of a conventional source.
  • the ion current increases.
  • the beam extracted from the ion source can be compressed, downstream of the extraction electrodes, by the application of a magnetic field greater than that applied to the extraction system 14.
  • the density of the ion current increases proportionally applied magnetic field.
  • the energy consumption of these coils is reduced by a factor greater than ten; there is therefore a significant energy saving.

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Abstract

Source d'ions à résonance cyclotronique des électrons dans laquelle un plasma est confiné dans une configuration magnétique comportant un premier groupe de bobines (11), situé dans le plan défini par la fenêtre étanche (13) d'un injecteur (8) hyperfréquence et entourant celui-ci, fournissant le champ magnétique créant et confinant un plasma (10) et un deuxième groupe de bobines (12), alimenté en contre-champ par rapport au premier groupe, entourant un système d'extraction (14) des ions. L'extraction des ions est effectuée dans un champ magnétique nettement inférieur à celui correspondant à la résonance cyclotronique. Ladite source d'ions trouve de nombreuses applications dans les domaines "vaporisation" des couches minces, micro-gravures, implantation ionique, accélérateurs ... etc.

Description

  • La présente invention a pour objet une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons. Elle trouve de nombreuses applications, en fonction des différentes valeurs de la gamme de l'énergie cinétique des ions extraits, dans les domaines : vaporisation (sputte- ring) des couches minces, microgravure , implantation ionique, chauffage par neutrons rapides du plasma des réacteurs à fusion, accélérateurs tandems, synchrocyclotron, ... etc.
  • Dans les sources d'ions à résonance cyclotronique électronique, les ions sont formés en ionisant fortement un gaz ou une vapeur d'un matériau solide, contenu dans une cavité hyperfréquence, grâce à l'action conjuguée d'un champ électromagnétique de haute fréquence, établi dans la cavité, et d'un champ magnétique résultant régnant dans ladite cavité. Le champ magnétique présente une amplitude B satisfaisant à la condition de résonance cyclotronique électronique, B = f. 2π
    Figure imgb0001
    où m est la masse des électrons, e sa charge et f la fréquence du champ électromagnétique. Cette résonance permet d'accélérer fortement les électrons formés qui,par impact sur les atomes neutres du gaz ou de la vapeur, permettent d'ioniser fortement ces derniers.
  • Le fonctionnement d'une source à résonance cyclotronique a notamment été décrit dans le brevet américain n° 4 417 178 déposé au nom du demandeur.
  • Jusqu'à présent, les réalisations des sources d'ions à résonance cyclotronique des électrons, comme par exemple celle décrite par R. Geller, C. Jacquot et P. Sermet dans les "Proceedings of the Symposium on ions sources and formation of ion beams", Berckeley (Oct. 1974) et par F. Bourg, R. Geller, B. Jacquot, T. Lamy, M. Pontonnier et J. C. Rocco dans "Nuclear Instruments & Methods" North-Holland Publishing Company 196 (1982) pp. 325-329 sont basées sur l'établissement d'un confinement du plasma à l'aide d'une configuration magnétique en miroir. Dans la réalisation selon la première référence, la configuration magnétique en miroir est obtenue par l'intermédiaire de trois groupes de bobines.
  • La figure 1 représente un diagramme, montrant la courbe du champ magnétique en fonction de la distance suivant l'axe central de la source d'ions selon l'art antérieur en superposition avec une représentation schématique de l'emplacement des éléments principaux constituant cette source.
  • Comme le montre la figure 1, la courbe du champ magnétique 1 fournie par l'ensemble des bobines a deux maxima aux endroits du premier groupe 2 et du troisième groupe 4 de bobines et un minimum entre ces deux maxima à l'endroit du deuxième groupe 3 de bobines, ce dernier groupe étant alimenté en contre-champ.
  • Les valeurs maximales sont plus grandes que la valeur B de l'induction magnétique correspondant à la résonance cyclotronique , cette résonance étant atteinte entre les deux maxima.
  • Le plasma est donc créé et confiné dans la zone de la source d'ions, qui se trouve entre lesdits maxima du champ magnétique.
  • Les valeurs maximale et minimale de l'induction magnétique de cette source d'ions, prise pour l'exemple, sont 4 200 et 3 200 Gauss respectivement.
  • La résonance cyclotronique des électrons s'effectue à 3 600 Gauss, la fréquence de l'onde haute fréquence injectée étant fixée à environ 10 GHz.
  • Les ions créés dans le plasma sont enfin extraits par un système d'extraction 5, constitué d'électrodes, qui se trouvent en aval du deuxième maximum du champ magnétique. En outre, si, comme dans l'exemple décrit ci-dessus, le système d'extraction des ions est placé en aval du deuxième maximum du champ magnétique, et si celui-ci est diminué, le courant d'ions émis par la source diminue proportionnellement.
  • Pour obtenir un courant d'ions intense, on extrait donc les ions dans un champ magnétique de même ordre de grandeur que le champ de la résonance cyclotronique.
  • Si le faisceau d'ions est émis dans le champ magnétique créé par l'ensemble de bobines et si le champ magnétique est annulé brusquement en aval de la deuxième bobine de la source d'ions, les ions prennent de l'énergie transversale et le faisceau d'ions diverge, donc ses qualités optiques sont détruites. Cet effet est décrit dans le théorème de Bush.
  • Pour conserver les qualités optiques du faisceau en aval de la source d'ions, il faut alors maintenir constant le champ magnétique dans tout l'espace de glissement du faisceau d'ions jusqu'à l'endroit de son application ou de la transformation des ions en particules neutres. Pour l'exemple décrit ci-dessus, le champ à maintenir constant correspond à une induction de 3 600 Gauss environ, l'énergie électrique consommée par les bobines 6 créant ce champ magnétique est de l'ordre de 1 Mégawatt.
  • Dans le cas d'utilisation des ions à basse énergie l'inférieure à 1 keV) le système d'extraction ne permet pas d'extraire les fortes densités. Pour augmenter cette dernière, on peut comprimer le faisceau d'ions en aval de la source d'ions.
  • Pour comprimer le faisceau d'ions, il faut augmenter le champ magnétique proportionnellement.
  • L'augmentation de la densité du courant d'ions est donc limitée par les problèmes techniques qui se posent, concernant la production des chamgs magnétiques de cet ordre de grandeur.
  • En résumé, les sources d'ions selon l'état de la technique présentent les inconvénients principaux suivants :
    • - très haute consommation d'énergie de la configuration magnétique,
    • - l'augmentation de la densité du courant d'ions à faible énergie cinétique est problématique à cause de la nécessité d'un champ magnétique élevé.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Pour cela, elle prévoit une modification de la configuration magnétique de confinement du plasma dans une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons, qui permet l'extraction des ions dans un champ magnétique nettement inférieur à celui des sources d'ions-de l'art antérieur.
  • La présente invention a précisément pour objet une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons comportant un système d'injection d'une puissance hyperfréquence dans un récipient contenant un gaz ou une vapeur d'un matériau destiné à former un plasma, celui-ci est créé et confiné dans une configuration magnétique, et un système d'extraction des ions cette source se caractérisant en ce que la configuration magnétique est constituée par deux groupes de bobines, le premier groupe, situé dans le plan défini par le fenêtre étanche de l'injecteur hyperfréquence et entourant celui-ci, fournissant le champ magnétique confinant le plasma, et le deuxième groupe, alimenté en contre-champ par rapport au premier groupe, entourant le système d'extraction des ions.
  • Selon un mode préféré de réalisation de la source d'ions, un troisième groupe de bobines, monté en aval du système d'extraction des ions et alimenté dans le même sens que le premier groupe, fournit un champ magnétique supérieur à celui du système d'extraction pour comprimer le faisceau d'ions extraits.
  • Selon une autre caractéristique, le champ magnétique fourni par l'ensemble des groupes de bobines a une valeur maximale, supérieure à celle de la résonance cyclotronique à l'endroit du premier groupe de bobines, et le champ magnétique décroît jusqu'à une valeur minimale à l'endroit du deuxième groupe de bobines en passant par la valeur de l'induction magnétique B correspondant à la résonance cyclotronique entre ces deux groupes de bobines.
  • Selon un autre mode de réalisation d'une source d'ions, la position du système d'extraction dans la source est choisie telle que le champ magnétique faible à l'endroit de l'extraction est fourni seulement par le premier groupe de bobines.
  • Selon encore un autre mode de réalisation d'une source d'ions, le système d'injection hyperfréquence est constitué par plusieurs injecteurs hyperfréquence et chacun de ces injecteurs est entouré par un groupe de bobines, ceux-ci étant situés dans les plans définis par les fenêtres étanches de chaque injecteur.
  • Selon une autre caractéristique, la configuration magnétique du confinement du plasma comprend en supplément une configuration magnétique multipolaire constituée par des aimants permanents.
  • Selon une autre caractéristique, le champ magnétique correspondant à la résonance cyclotronique est atteint à une distance de l'ordre de quelques centimètres en aval de la jonction entre l'injecteur hyper fréquence et la cavité de la source d'ions.
  • Selon une autre caractéristique, l'injection du gaz est effectuée en amont du système d'extraction des ions et en son voisinage.
  • Selon une autre caractéristique, le système d'extraction des ions est constitué par une seule électrode.
  • Selon un mode de réalisation de la source de l'invention, le gaz destiné à former un plasma est du deutérium et le champ magnétique minimal à l'endroit du deuxième groupe de bobines est de l'ordre de quelques centaines de Gauss.
  • Les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • - la figure 1, déjà décrite, représente un diagramme montrant la courbe du champ magnétique en fonction de la distance suivant l'axe central de la source d'ions selon l'art antérieur en superposition avec une représentation schématique de l'emplacement de quelques éléments principaux constituant cette source,
    • - la figure 2a représente schématiquement, une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons selon l'invention en coupe dans le plan comprenant l'axe central de la source.
    • - la figure 2b représente, en diagramme le profil du champ magnétique en fonction de la distance suivant l'axe central d'une source d'ions conforme à l'invention,
    • - la figure 3 représente schématiquement en coupe transversale suivant les flèches de la figure 2, la configuration hexapolaire du confinement magnétique supplémentaire du plasma.
  • La figure 2a représente schématiquement et d'une manière simplifiée, un exemple d'une réalisation d'une source d'ions à résonance cyclotronique des électrons en coupe transversale, comprenant l'axe central de la source.
  • Dans une cavité 9 sous vide, de forme cylindrique de révolution par exemple, l'une des extrémités porte un injecteur 8 d'une puissance hyperfréquence et l'autre extrémité est reliée à l'endroit d'utilisation des ions. Il est à noter que la cavité 9 peut avoir une forme quelconque suivant le caractère de la source d'ions. Notamment, le système d'injection d'une puissance hyperfréquence 8 peut être constitué par plusieurs injecteurs hyperfréquence. On introduit en 17 un gaz ou une vapeur destiné à former un plasma sous une pression faible de quelques 10-3 Torr en amont du système d'extraction des ions et en son voisinage.
  • On applique un champ magnétique statique axial par l'intermédiaire de bobines qui entourent la cavité. Il est aussi envisageable d'utiliser des aimants permanents entourant la cavité pour fournir le champ magnétique de confinement.
  • Si la pulsation du champ hyperfréquence w est égale à la pulsation de résonance cyclotronique des électrons dans le champ magnétique, le plasma est alors créé.
  • Dans un autre mode de réalisation d'une source d'ions, le plasma est créé à un autre endroit et injecté ensuite dans la cavité 9. Le plasma est confiné dans la configuration magnétique obtenue par l'intermédiaire de deux groupes de bobines 11, 12.
  • Le premier groupe de bobines 11 est situé dans le plan défini par la fenêtre étanche 13 de l'injecteur hyperfréquence 8 et entoure celle-ci.
  • Le deuxième groupe de bobines 12 est placé à une distance prédéterminée en aval du premier groupe de bobines et est alimenté en contre-champ par rapport au premier groupe.
  • Comme le montre la figure 2b, l'ensemble de ces deux groupes de bobines fournit un champ magnétique qui a une valeur maximale à l'endroit du premier groupe de bobines 11. Cette valeur est choisie supérieure à la valeur B , correspondant à la réso- nance cyclotronique des électrons.
  • Le champ magnétique décroît jusqu'à une valeur minimale à l'endroit du deuxième groupe de bobines 12.
  • En passant, le champ magnétique atteint la valeur du champ magnétique Br correspondant à la résonance cyclotronique. On peut aussi choisir la distance entre le premier groupe de bobines et le système d'extraction telle que le champ magnétique à l'endroit de l'extraction est fourni seulement par le premier groupe de bobines.
  • Le profil du champ magnétique est choisi tel que la résonance cyclotronique des électrons s'effectue à quelques centimètres en aval de la jonction entre l'injecteur de la puissance hyperfréquence et la cavité.
  • D'une part, la zone de résonance se trouve suffisamment loin de la fenêtre 13 pour que le plasma 10 créé à cet endroit ne diffuse guère vers celle-ci et donc ne risque pas de la détériorer.
  • D'autre part, la résonance est suffisamment loin des parois de la cavité pour que la densité de plasma ne soit pas diminuée.
  • Le nombre de bobines formant un groupe dépend du champ magnétique à fournir.
  • Dans un mode préféré de la réalisation du confinement magnétique du plasma, on installe en supplément entre le premier 11 et le deuxième 12 groupes de bobines une configuration magnétique multipolaire.
  • La figure 3 montre schématiquement en coupe transversale suivant la coupe A-A de la figure 2a, une configuration hexapolaire du confinement magnétique supplémentaire. Le plasma 10 est confiné par les lignes de farce du champ magnétique créé par des aimants permanents 18 répartis en couronne autour de la partie cylindrique de la cavité qui entoure le plasma et dont les polarités sont alternées.
  • Dans le cas où le gaz destiné à former un plasma est du deutérium, la fréquence de la pulsation du champ hyperfréquence étant d'environ 10 GHz, la résonance cyclotronique des électrons se produit pour une induction B = 3 600 Gauss.
  • La valeur maximale de l'induction Bmax à l'endroit du premier groupe des bobines est choisie de préférence aux environs de 4 000 Gauss et la valeur à l'endroit du deuxième groupe des bobines est de préférence de l'ordre de quelques centaines de Gauss.
  • Le système d'extraction des ions 14 est installé à l'intérieur des bobines formant le deuxième groupe.
  • Il est à noter que dans la source conforme à l'invention, cette valeur de l'induction magnétique à l'endroit du système d'extraction est inférieure à 10 % de la valeur de l'induction Br correspondant à la résonance cyclotronique.
  • Le système d'extraction peut être réalisé sous forme d'une seule électrode.
  • Des essais avec une source d'ions selon l'invention ayant un tel positionnement du système d'extraction 14 ont montré qu'en contraste avec les expériences réalisées avec les sources d'ions selon l'art antérieur, où le système d'extraction 5 (Fig. 1) des ions est placé en aval d'un deuxième maximum du champ magnétique d'un confinement du plasma, le courant d'ions extraits n'est pas proportionnel à la valeur d'induction magnétique à l'endroit d'extraction.
  • Dans des conditions comparables, le courant d'ions émis par la source d'ions selon l'invention est double par rapport à celui d'une source conventionnelle.
  • Si on augmente la puissance hyperfréquence par unité de volume, le courant d'ions augmente. On peut alors extraire des courants d'ions plus grands, ou bien réduire les dimensions des cavités en largeur et en diamètre, ce qui entraîne l'utilisation des "minicavités", à condition que la résonance cyclotronique soit dans la cavité, à quelques centimètres de la transition guide-cavité.
  • .En outre, on constate que l'homogénéité radiale du faisceau extrait 16 est améliorée notablement, la stabilité du plasma 10 créé dans cette configuration magnétique selon l'invention est plus grande que celle de l'art antérieur.
  • Le faisceau extrait de la source d'ions peut être comprimé, en aval des électrodes d'extraction, par l'application d'un champ magnétique supérieur à celui appliqué au système d'extraction 14. La densité du courant d'ions augmente proportionnellement au champ magnétique appliqué.
  • La réalisation de ce champ magnétique est effectuée par l'intermédiaire d'un troisième groupe 15 de bobines, comme indiqué sur la figure 2. Le champ magnétique à l'endroit d'extraction des ions étant très faible pour garder ou augmenter la qualité optique du faisceau d'ions en amont de la source d'ions, il suffit alors de prévoir des bobines destinées à fournir un champ magnétique nettement inférieur à celui utilisé dans les sources selon l'art antérieur.
  • Pour des exemples donnés ci-dessus, la consommation d'énergie de ces bobines est réduite d'un facteur supérieur à dix ; il s'effectue donc une économie d'énergie importante.
  • Selon un autre aspect concernant la qualité optique du faisceau d'ions, on peut même annuler le champ magnétique bien avant l'endroit de son application, sans dégrader sa qualité optique.
  • L'effet décrit dans le théorème de Bush devient négligeable, car le champ magnétique est relativement faible.
  • Il en résulte une nouvelle économie d'énergie très importante côté aval de la source d'ions et l'encombrement est réduit grâce à la suppression de nombreuses bobines.

Claims (10)

1. Source d'ions à résonance cyclotronique des électrons (7) comportant un système d'injection (8) émettant une puissance hyperfréquence dans un récipient (9) contenant un gaz ou une vapeur d'un matériau destiné à former un plasma (10), celui-ci étant créé et confiné dans une configuration magnétique, et un système d'extraction (14) des ions, caractérisé en ce que la configuration magnétique est constituée par deux groupes de bobines (11, 12), le premier groupe (11), situé dans le plan défini par la fenêtre étanche (13) de l'injecteur (8) hyperfréquence et entoure celui-ci, fournissant le champ magnétique confinant le plasma, et le deuxième groupe (12), alimenté en contre-champ par rapport au premier groupe, entourant le système d'extraction (14) des ions.
2. Source d'ions selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un troisième groupe de bobines (15) monté en aval du système d'extraction des ions (14) est alimenté dans le même sens que le premier groupe, fournit un champ magnétique supérieur à celui du système d'extraction pour comprimer le faisceau d'ions extraits (16).
3. Source d'ions selon la revendication 1, caractérisée en ce que le champ magnétique fourni par l'ensemble des groupes de bobines (11, 12) a une valeur maximale, supérieure à celle de la résonance cyclotronique, à l'endroit du premier groupe (11) de bobines et le champ magnétique décroît jusqu'à une valeur minimale à l'endroit du deuxième groupe (12) de bobines en passant par la valeur de l'induction magnétique Br correspondant à la résonance cyclotronique, entre les deux groupes (11, 12) de bobines.
4. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la position du système d'extraction dans la source est choisie telle que le champ magnétique faible à l'endroit de l'extraction est fourni seulement par le premier groupe de bobines.
5. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le système d'injection hyperfréquence est constitué par plusieurs injecteurs (8) hyperfréquence et en ce que chacun de ces injecteurs est entouré par un groupe de bobines (11), ceux-ci étant situés dans les plans définis par les fenêtres étanches (13) de chaque injecteur (8).
6. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la configuration magnétique du confinement du plasma comprend en supplément une configuration multipolaire constituée par des aimants permanents (18).
7. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le champ magnétique correspondant à la résonance cyclotronique est atteint à une distance de l'ordre de quelques centimètres en aval de la jonction du système d'injection hyperfréquence (8) avec la cavité (9) de la source d'ions.
8. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'injection du gaz (17) est effectuée en amont du système d'extraction des ions et en son voisinage.
9. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le système d'extraction (14) des ions est constitué par une seule électrode.
10. Source d'ions selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le gaz destiné à former un plasma est du deutérium et en ce que le champ magnétique à l'endroit du deuxième groupe (12) de bobines est de l'ordre de quelques centaines de Gauss.
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