EP2656368A1 - Dispositif d'ionisation à la résonance cyclotron électronique - Google Patents

Dispositif d'ionisation à la résonance cyclotron électronique

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Publication number
EP2656368A1
EP2656368A1 EP11826198.1A EP11826198A EP2656368A1 EP 2656368 A1 EP2656368 A1 EP 2656368A1 EP 11826198 A EP11826198 A EP 11826198A EP 2656368 A1 EP2656368 A1 EP 2656368A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
ionization device
ionization
particles
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11826198.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Yves Pacquet
Laurent MAUNOURY
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
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP2656368A1 publication Critical patent/EP2656368A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/08—Arrangements for injecting particles into orbits
    • H05H2007/081—Sources
    • H05H2007/082—Ion sources, e.g. ECR, duoplasmatron, PIG, laser sources

Definitions

  • the present invention relates to a device for ionizing particles with electron cyclotron resonance (ECR).
  • ECR electron cyclotron resonance
  • the device according to the invention has many applications in the scientific, medical, ion production, implantation, micro-etching, vacuum deposition, etc.
  • the ions are obtained by ionizing the particles of a gaseous medium constituted by one or more gases, metal vapors or vapor phase molecules, contained in an axially symmetric sealed enclosure, by means of an electron plasma strongly accelerated by electron cyclotron resonance.
  • the electron cyclotron resonance is obtained thanks to the combined action of a high frequency electromagnetic wave (HF), injected into the chamber, and a magnetic field whose configuration of the module corresponds to a so-called magnetic mirror configuration. configuration at minimum B.
  • the profile of the magnetic mirror type configuration has at least two maxima (B max ) at abscissa located respectively in the injection and extraction zones of the source, and a minimum (B min ) located between the two maxima (B max ).
  • the minimum (B min ) has a value equal to or lower than the value for which the electron cyclotron resonance is obtained
  • Electron cyclotron resonance sources of waveguide type such as the source described in patent EP 0527082 are known.
  • the introduction of the high frequency electromagnetic wave can be provided either by a coaxial transition or by direct injection from a rectangular or circular waveguide in fundamental mode.
  • the enclosure has, according to its median plane, a section substantially equal to that of the waveguide ensuring the injection of the electromagnetic field into the chamber and the propagation of the wave in the chamber, called waveguide enclosure.
  • the use of the enclosure as a waveguide allows the propagation of the HF wave throughout the containment and thus the formation of a plasma where the ECR conditions are met.
  • EP 0527082 it is also provided in EP 0527082 to use a specific arrangement of permanent magnets axial symmetry to overcome the use of solenoids and allowing the realization of a simple source and small footprint.
  • the use of these ion sources requires the injection of a metal gas or vapor into the containment chamber to initiate and maintain the electron cyclotron resonance plasma.
  • the injection of the gas into the chamber must be carried out under conditions that make it possible to ensure a minimum pressure of the order of 10 -4 mbar in the confinement enclosure in order to ensure the priming of the plasma.
  • this type of ion source causes adjustment operations and adjustments of the pressure of the containment chamber before the injection of the gas so as to have the pressure required for the initiation of the plasma.
  • the present invention aims to provide an ionization device to overcome the injection of a gas into the chamber prior to priming the plasma, and the need to control the pressure of the chamber at a pressure of the order of 10 -4 mbar.
  • an electronic cyclotron resonance ionization device comprising:
  • a vacuum sealed chamber intended to contain a plasma, means for injecting an electromagnetic wave into said sealed chamber
  • a magnetic structure for generating a magnetic field in said chamber and for generating a plasma along the magnetic field lines, the module of said magnetic field having a magnetic mirror type configuration, with at least one electronic cyclotron resonance zone;
  • said device being characterized in that said sealed chamber is a waveguide whose length L is greater than or equal to the guide wavelength corresponding to the frequency of the electromagnetic wave injected.
  • Vacuum sealed chamber means a chamber in which there is a working pressure of less than or equal to 10 -4 mbar.
  • guide wavelength means the length Lg defined by the following relation:
  • - c is the speed of light, expressed in kilometers / second;
  • - working frequency corresponds to the frequency of the electromagnetic wave injected, expressed in MHz;
  • Cutoff frequency corresponds to the frequency for which the transmitted power is attenuated by -3 dB, expressed in MHz.
  • - D corresponds to the diameter of the waveguide chamber, expressed in millimeters.
  • the invention it is possible to easily initiate a plasma to electron cyclotron resonance in a sealed chamber where a pressure prevails lower than 10 "4 mbar, preferably between 10" 5 mbar and 10 "7 mbar without It is necessary to inject the gas into the sealed chamber prior to the initiation of the ECR plasma, because, by virtue of the invention, the plasma can be initiated by the particles present in the sealed chamber.
  • the sealed chamber is a so-called waveguide chamber, making it possible to obtain propagation of the HF wave over the entire length of the chamber.
  • the dimensions of the sealed chamber are dependent on the frequency of the working HF wave of the ionization device.
  • the minimum length L of the chamber depends on the diameter and corresponds at least to the guide wavelength Lg defined by the relation:
  • the RF electromagnetic wave is transported by the waveguide-type sealed chamber, so it is no longer necessary to maintain a minimum pressure in the plasma chamber to initiate and / or maintain the plasma.
  • the ionization device according to the invention can advantageously be used for the production not only of a compact multicharged ion source operating at a frequency greater than 6 GHz but also of a source of single-charged or little-multicharged ions. operating at a low frequency, that is to say at a frequency below
  • the operating frequency of the ionization device is a function of the dimensions of the sealed chamber forming the waveguide.
  • the diameter D of the chamber is greater than or equal to 5.9 mm
  • the diameter D of the chamber is greater than or equal to 72.3 mm
  • the diameter D of the chamber is greater than or equal to 177 mm.
  • the device according to the invention can advantageously be used for the ionization of particles in the gaseous phase allowing the control of the ionized particles in order to use them to a desired function.
  • the ionization device according to the invention can be advantageously associated with another known ionization device, such as for example an ion generator, so as to perform an additional ionization function or a control function. trajectories of charged particles.
  • the ionization device makes it possible to obtain effective, compact and inexpensive ion sources that can operate either at high frequencies (ie> 6 GHz) or at low frequencies (ie ⁇ 6 GHz) depending on whether the user needs to control single-charged or multicharged ions.
  • the ionization device according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • said vacuum sealed chamber is a chamber with a pressure of less than 10 -6 mbar;
  • said vacuum tight chamber is a chamber in which reigns a pressure higher than or equal to 10 "7 mbar;
  • said sealed chamber is a circular waveguide whose diameter D is greater than or equal to 0.59 ⁇ , where ⁇ represents the wavelength of the electromagnetic wave injected; the diameter D is advantageously greater than 0.59 times the wavelength.
  • said injected electromagnetic wave is a high-frequency wave greater than or equal to 6 GHz;
  • said injected electromagnetic wave is a low-frequency wave below 6GHz
  • said injection means comprise a waveguide arranged to coaxially inject the high-frequency electromagnetic wave into the sealed chamber along the longitudinal axis of said sealed chamber;
  • said injection means comprise a waveguide arranged for injecting the high-frequency electromagnetic wave perpendicular to the longitudinal axis of said sealed chamber;
  • said device comprises, close to said plasma, at least one negatively polarized electrode
  • said at least one electrode is pierced at its center.
  • the subject of the invention is also an ion source comprising a vacuum sealed chamber through which high energy ions are transported, characterized in that it comprises:
  • an ionization device capable of ionizing neutral particles P n present inside the chamber of the ion source;
  • a positively polarized electrode capable of repelling the particles P n + ionized by the ionization device and able to be transparent to the high energy ions passing through said ion source.
  • high energy ions are meant ions having sufficient energy not to be stopped by the plasma; these high energy ions preferentially have an energy greater than or equal to 30eV.
  • the ion source according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • said ion source comprises an ion generator producing high energy ions; said positively polarized electrode is at an electrical potential selected so that said electrical potential does not interfere with the formation and / or maintenance of the plasma of said ionization device;
  • said electrical potential of said positively polarized electrode is less than or equal to 15 volts
  • said ion source comprises a negatively polarized electrode adapted to accelerate the particles P n + ionized by the ionization device; said ion source comprises pumping means for extracting the neutral particles P n and the particles P n + after neutralization present in the chamber of said ion source;
  • said ion source comprises:
  • a vacuum sealed chamber intended to contain at least one plasma
  • a first and a second ionization device capable of ionizing neutral particles P n present inside the ion source; said ionization devices being positioned on either side of said sealed chamber,
  • an access window in said enclosure positioned between the two ionization devices for the introduction of particles P n capable of being ionized by said ionization devices and / or ion I capable of interacting with the high ions; energy passing through said ion source;
  • a second positively polarized electrode capable of repelling the particles P n + ionized by the ionization devices and able to be transparent to the high energy ions produced by the said ion generator; said electrodes being positioned on either side of said chamber so that the particles P n , P n + and / or the ions I remain confined between said two polarized electrodes as long as said particles P n , P n + and / or I ions are not redirected outward of said ion source;
  • said ion source comprises a particle separator positioned between the ion generator and the ionization device.
  • the subject of the present invention is also a method for initiating an electron cyclotron resonance plasma in the sealed chamber of an ionization device according to the invention, characterized in that said plasma is initiated by the particles present in said chamber. sealed without prior injection into said chamber of a starting gas.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the ionization device according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the ionization device according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first example of use of the ionization device, illustrated in FIGS. 1 and 2, as a particulate filter in a high energy charged particle transport line;
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second example of use of the ionization device, illustrated in FIGS. 1 and 2, making it possible to significantly increase the probability of interactions between the neutral or ionized particles;
  • FIG. 5 is a schematic representation of a third example of use of the ionization device, illustrated in FIGS. 1 and 2, making it possible to increase the efficiency of an ion generator for a given state of charge.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the ionization device according to the invention.
  • the ionization device 100 as illustrated comprises in known manner:
  • a sealed chamber 2 rectilinear circular section (called indifferently pregnant later) under vacuum; crowns of permanent magnets 3, 4, 5, 6, 7 placed around the chamber 2;
  • the chamber 2 is under vacuum, the vacuum being effected by means of pumping ad hoc.
  • a residual vacuum of 1 0 "4 mbar minimum is necessary. However, it can lower the vacuum more (typically up to 1 0" 7 mbar) to further reduce the number of impurities present in the chamber 2.
  • the working pressure in the chamber 2 is typically equal to the residual vacuum, the residual vacuum of the chamber 2 not being disturbed or modified by a partial pressure of additional gas injected into the chamber 2 as described in EP 0527082.
  • the magnetic structure 20 is formed by the five permanent magnet rings 3, 4, 5, 6, 7 surrounding the chamber 2.
  • the magnetic structure 20 of the device 100 can also be formed by conventional coils, superconducting coils or by an assembly formed by permanent magnets and coils for generating a magnetic field capable of creating ECR conditions in the chamber 2.
  • the magnetic structure 20 produces inside the chamber 2 an axial magnetic field whose configuration of the module corresponds to a configuration of magnetic mirror type whose profile has at least two maxima (B max ) at abscissa respectively at the level of permanent magnets 3 and 6 and a minimum (B m i n ) extended or punctual located between the two maxima (B max ) inside the chamber 2.
  • the two maxima (B max ) have a value greater than the value of the magnetic field (B res ) for which the electron cyclotron resonance is obtained.
  • the minimum (B m i n ) is equal to or less than the value for which electronic cyclotron resonance is obtained so that there is at least one zone in the chamber in which the value of the magnetic field axial is equal to the value of the magnetic field (B res ) for which the electron cyclotron resonance is obtained.
  • the magnetic mirror configuration is a so-called minimum-B configuration: the electrons of the plasma 15 are confined in a magnetic well.
  • the microwaves ie the HF waves
  • the microwaves propagate to the resonance zone. Indeed, the transfer of energy from the microwave power injected to the electrons of the plasma occurs in a place of magnetic field (B res ) such that the electronic cyclotron resonance condition is established, that is to say when there is equality between the pulsation of the high frequency wave CJU H F and the cyclotron pulsation of the electron:
  • B res is the magnetic field corresponding to the resonance (T);
  • m e is the mass of the electron.
  • a microwave generator (not shown) is placed outside the chamber 2; this generator injects high frequency (HF) waves into the chamber 2 via the coupling means 1 1 for coupling the waveguide 12 of the microwave generator to the chamber 2 waveguide type.
  • HF high frequency
  • the coupling means 1 1 make it possible to couple the waveguide 12 of rectangular shape to the chamber 2 of circular section of the waveguide type.
  • the coupling means may make it possible to couple a circular waveguide positioned coaxially with respect to the circular chamber 2.
  • the chamber 2 forms a circular waveguide so that the HF wave is transported over the entire length L of the chamber 2, and in particular to a place in the chamber 2 where the ECR conditions are met for the formation of the plasma 15.
  • the coupling, or the transition, between the waveguide of the microwave generator and the waveguide-type chamber 2 is performed along the longitudinal axis of the circular waveguide formed by the chamber 2.
  • the sealed chamber 2 is a so-called waveguide chamber, it allows the transport of the HF wave and thus to overcome the use of a means of injecting HF waves into the plasma chamber at most. near the area where the ECR conditions are met.
  • the dimensions of the chamber 2, that is to say the diameter D and the length L, are a function of the operating resonance frequency of the device.
  • the diameter D of the chamber 2 is determined so as to meet the following condition:
  • the dimensions of the confinement enclosure of the plasma are limited only by the smallest dimensions of a waveguide, rectangular or circular, corresponding to the electromagnetic frequency used.
  • the space in which the plasma 15 is created is located in a section of the chamber 2 of circular and rectilinear section in which the ECR conditions are met. Physically, there is no geometrical discontinuity between the ECR plasma zone and the rest of the waveguide chamber 2.
  • the chamber 2 is formed by a tube whose maximum length is not defined but whose minimum length must be equal to or greater than the guide wavelength according to relation (2).
  • the device illustrated in Figure 1 is characterized by the absence of a device (tube, ring, metal part) negatively polarized usually present at the injection closer to the plasma.
  • the negative bias at the injection level optimizes the performance of the ionization device or the ion source especially with regard to the production of multicharged ions.
  • the presence of a negatively polarized device or other performance optimization system would disturb the propagation of the HF wave in the chamber 2.
  • the ionization device may comprise a plasma electrode
  • the plasma electrode 13 polarized negatively, located at the ion extraction of the ionization device.
  • the plasma electrode 13 is negatively polarized with respect to the chamber 2, with a potential difference of from a few volts to 500V or more.
  • the device may also include an acceleration electrode
  • the acceleration electrode 14 polarized negatively to accelerate the ionized particles to the desired energy.
  • the acceleration electrode 14 is advantageously biased to a potential difference of the order of a few hundred volts to several tens of thousands of volts).
  • the rectilinear shape of the chamber 2 can be of great length makes it possible to adapt the positioning of the magnetic structure 20 with respect to the chamber 2 so as to place the electron heating zone and consequently the plasma as needed. of the user.
  • This characteristic gives the possibility for example of optimizing the position of the zone where the RCE conditions are connected with respect to the plasma electrode, with respect to an optical system, such as lenses for adapting a beam, positioning relative to an experimental space, or with respect to a specific physical system, allowing for example to have a mobile magnetic system for disassembly of the device.
  • the ionization device 1 00 comprises accesses which are arranged on the chamber 2 for the introduction of gas, extraction or control of ions, etc.
  • Figure 2 is a variant of the previous figure (the means in common between the devices 100 and 200 have the same reference numbers and perform the same functions).
  • the device 200 according to this second embodiment differs from the device 100 of FIG. 1 in that the high frequency waves (HF) are introduced laterally into the chamber 2 via a rectangular waveguide 16.
  • the HF wave is introduced into the chamber 2 perpendicularly to its longitudinal axis by a waveguide 16 opening directly to the plasma chamber 2 or by a coaxial transition with the chamber 2.
  • a HF window or a sealed HF passage allows maintain the vacuum in the plasma chamber 2.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first example of use of the ionization device, illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the ionization device 100, 200 is used as an ionization particle filter in a transport line 300 of high energy charged particles 35.
  • the system is a transmission line 300 of a high energy ion beam in which the device 100, 200 according to the invention is incorporated.
  • the ionization device 100, 200 is used on a transmission line 300 of a high energy ion beam of an ion source, to extract the unwanted particles that pollute, to alter the quality ion beam or polluting devices downstream on the transmission line.
  • the principle consists in using the device 100, 200 according to the invention for ionizing the neutral particles present in the transmission line 300 in order to be able to control their trajectory and in particular to push them back so as to prevent these neutral particles from polluting the beam of multicharged ions, especially at the level of the extraction of ions but also to prevent these neutral particles migrate from the enclosure A to the enclosure B of the transmission line 300 ( Figure 3).
  • the transmission line 300 is formed in particular by: a first vacuum enclosure A;
  • a second vacuum chamber B positioned in continuity and coaxially with the first chamber A;
  • an ionization device 100, 200 having a chamber 31 positioned between the enclosure A and the enclosure B and coaxially so that the speakers A and B and the chamber 31 of the ionization device 100 , 200 have physical continuity;
  • the flow direction of the high energy ions produced in the transmission line 300 is represented by the continuous arrow 35 illustrated in FIG.
  • the high energy ions pass through both sides of the system going from enclosure A to enclosure B.
  • the chamber 31 respecting the conditions of diameters and length described above for the chamber 31 forms a vacuum sealed chamber waveguide type.
  • the transport line is formed by a single vacuum chamber segmented into several zones according to the distribution described above.
  • the magnetic structure 20 of the ionization device 100, 200 is positioned so that ECR conditions are present in a portion of the chamber 31 leading to the formation of an ECR plasma.
  • the chamber 31 and the magnetic structure thus form the ionization device 100, 200.
  • the chamber 31 meets the conditions of diameter and length of the waveguide corresponding to the working frequency.
  • the enclosure A and the enclosure B may have different shapes to adapt to different requirements of use.
  • the neutral particles P n are then ionized into particles P n + by the plasma 15 of the ionization device 100, 200.
  • neutral particles P n ionized P n + particles their trajectories can be controlled for example by the use of a plurality of polarized diaphragms or polarized electrodes arranged on either side of the plasma 15.
  • the ionization device 100, 200 is associated with a polarized electrode 34, positively polarized, a few volts, and positioned after the ECR zone, that is to say downstream of the plasma 15. relative to the direction given by the arrow 35 symbolizing the displacement of the high energy ions.
  • the electrode 34 thus acts as separation between the pregnant chamber A-chamber 31, which may comprise a multitude of undesirable particles resulting for example from an incomplete main ionization, and the chamber B in which the ion beam is purified , the undesirable particles ionized in the chamber 31 by the plasma 15 of the ionization device are then pushed into the chamber A by the polarized electrode 34.
  • the positively polarized electrode 34 will repel the ionized particles P n + by repulsion in the chamber 31. These ionized particles P n + are neutralized and then extracted to the enclosure A and discharged through the exit window 36, so that the volatile particles do not pollute the enclosure B as well as the high energy ion beam at the exit of the transmission line 300.
  • the residual neutral particles P n that may be present in the enclosure B may freely emit from the enclosure B to the enclosure A.
  • the neutral particles P n originating from the enclosure B will also be ionized by charged particles P n + by the plasma 15 in the chamber 31 and then be sent into the chamber A by the polarized electrode 34.
  • the electrode 34 is weakly polarized, that is to say that the potential difference across the electrode is chosen so as not to come disrupt the formation and maintenance of the plasma 15.
  • the potential difference across the electrode is less than or equal to 5 volts.
  • the weakly polarized electrode 34 has the advantage of not repelling the high energy ions which are sufficiently energetic to pass through the polarized electrode 34.
  • the high energy ion beam is also not disturbed by the plasma which is a low density plasma.
  • the ionized particles P n + trapped in the enclosure A are then pumped, after neutralization with the walls, by a pumping system (not shown) ad-hoc via the exit window 36 arranged in the enclosure A upstream of the chamber with plasma 31.
  • the electrode 33 is negatively biased so that it causes an acceleration of the ionized particles P n + , in the opposite direction of displacement of the high energy ions, in order to guide the undesired ionized particles more easily towards the pumping system.
  • the ionization device 100, 200 makes it possible in this application to limit the effusion of the neutral particles P n from a first enclosure to a second enclosure while the two enclosures communicate physically together, that is to say that they present a physical continuity.
  • the efficiency of the system is greater than 90% thanks to the complementary use of a polarized electrode located downstream of the plasma.
  • the ionization device is advantageously an ionization device 200 comprising a lateral introduction of the high frequency waves into the chamber 31, as described with reference to FIG. 2.
  • an axial introduction of the Coaxial high frequency waves in the chamber 31 is also possible.
  • controlled effusion of the particles in the gas phase as described with reference to FIG. 3 can also be used for: - the molecular isolation of vacuum enclosures;
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second example of application or use of the ionization device described previously in FIGS. 1 and 2.
  • the ionization device is used to increase the probability of interaction between a beam of high energy ions I with neutral particles P n , or charged P n + oscillating between two ionization devices 100, 200 according to the invention.
  • the ionization device according to the invention can also be used to increase the probability of interaction between a beam of high energy ions I with ions.
  • two ionization devices 100, 200 and 100 ', 200' are combined on either side of an intermediate vacuum chamber 40 between a chamber A and a chamber B.
  • Each of the two Ionization devices 100, 200 and 100 ', 200' comprise a vacuum chamber 2 and 2 ', said chambers 2 and 2' forming the ends of the intermediate chamber 40.
  • ion beam 35 is routed upstream of the intermediate vacuum chamber 40.
  • the ion beam 35 is derived from an ion generator located upstream of the enclosure A and passes through the system 400 on either side in order to reach the vacuum enclosure B.
  • the high energy ion beam from the ion generator passes through a first low density plasma of the first ionization device 100, 200 and then a second low density plasma 15 'of the second ionization device. 100 ', 200' to reach the vacuum enclosure B.
  • the limitation between the intermediate vacuum chamber 40 and the vacuum chamber B is achieved by a polarized electrode 34, as described above, and the limitation between the intermediate empty chamber. 40 and the vacuum chamber A is formed by a second polarized electrode 34 '.
  • the polarized electrode 34 is located upstream of the vacuum chamber 2 of the first ionization device 100, 200 and the polarized electrode 34 'is located downstream of the vacuum chamber 2' of the second ionization device 100 ' , 200 '.
  • the polarized electrodes 34 and 34 ' are used to repel the ionized particles P n + weakly charged by the plasmas 15 and 15' and thus extract them into the vacuum chamber 40 via the electrodes 33, 33 'while allowing the passage of the high energy ions in the vacuum enclosure B.
  • the chamber 40 is a sealed chamber whose dimensions and shape comply with the waveguide conditions described above, at the level of the areas where the ECR conditions are met.
  • the chamber 40 comprises an inlet window 45 making it possible to inject Neutral particles P n or I ions in the chamber 40.
  • the injected neutral particles P n will be emitted to the plasma 15, 15 'ionization devices, 100, 200, 100', 200 '.
  • the input window 45 makes it possible to inject the ions of weak energy in the plasma chamber.
  • the low energy ions then after neutralization effuse towards the plasma 15, 15 'ionization devices 100, 100' and 200, 200 '.
  • polarized electrodes 33, 33 ' In order to increase the efficiency of the system, it is also possible to add polarized electrodes 33, 33 'in the vicinity of the plasmas 15, 15' and in opposition to the polarized electrodes 34, 34 '.
  • the electrodes 33, 33 ' are negatively polarized so that they cause an acceleration of the ionized particles P n + in the chamber 40 to the opposite plasma.
  • the system 400 described allows: to control the quality and quantity of the atomic and molecular population in the chamber 40 between two ionization devices 100, 100 'and 200, 200';
  • the path of the ionized particles P n + is controlled thus making it possible to modify the particle fluxes imposed by the conductances in the molecular regime.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a third example of use of the ionization device, described with reference to FIGS. 1 and 2, allowing the volatile elements to increase the efficiency of an ion generator for a state given charge.
  • part of the gas of interest may not be totally ionized by the plasma of the ion generator 500 and certain ions of interest may be neutralized during the recombination of the ions by collision with neutral particles of the un-ionized gas or by impact of the ions with walls of the ion generator 500, which has the effect of reducing the efficiency of the ion generator 500.
  • the system 600 comprising an ionization device 100 or 200 downstream of the ion generator 500 makes it possible to reinject the particles of the gas of interest into the ion generator 500 in order to increase its efficiency.
  • the neutral particles P n from the non-ionized gases, the ions of interest I + neutralized by collision with the walls or the ions not having the right ratio mass / charge in the case of a source of multicharged ions are returned to the ion generator 500.
  • the ionization device is advantageously an ionization device 200 comprising an introduction High frequency wave side via a window 517 in the plasma chamber 531, as described with reference to Figure 2.
  • axial introduction of coaxially high frequency waves in the chamber 531 is also possible.
  • the ions not having the right mass / charge ratio are returned to the ion generator 500 after separation and neutralization by means of a separator such as a mass spectrometer 516. or other known separator positioned between the ion generator 500 and the ionizer 200.
  • a separator such as a mass spectrometer 516. or other known separator positioned between the ion generator 500 and the ionizer 200.
  • the neutral particles P n originating from the non-ionized gas or coming from the ions neutralized by impact on the walls or with other elements present in the chamber 531, they are ionized into particles P n + by the low density plasma of the device. ionization and then pushed back to the plasma chamber 515 of the ion generator 500 by means of a polarized electrode 34, positively polarized, positioned downstream of the plasma 15 and a negatively polarized acceleration electrode 33.
  • a gas particle of interest can undergo several cycles of ionization-neutralization-ionization before obtaining the desired state of charge.
  • the device according to the invention allows the efficient transformation, that is to say without loss, of the gas injected into ions of interest preferably having a single state of charge possibly obtained by several cycles of ionization-neutralization-ionization.
  • the ions produced with this principle are ionized at different times but they have the same origin and have the same energy.
  • the system 600 as described would be suitable for the production of expensive isotopic ions or the use of dangerous gases as support gas or as gas of interest.
  • the ionization device makes it possible to increase its ionization efficiency on a given state of charge.
  • the device ionization according to the invention therefore makes it easy to overcome the low ionization efficiency of an ion generator, whatever its type, while avoiding significant costs and problems of implantation of such generator.
  • the invention has been particularly described with the injection of an electromagnetic wave HF, that is to say greater than or equal to 6GHz, however, the invention is also applicable with a so-called low frequency electromagnetic wave (RF type) less than 6GHz as long as condition L ⁇ Lg is respected.
  • HF electromagnetic wave
  • RF type low frequency electromagnetic wave
  • electrodes 13 and 14 and / or the electrodes 33 and 34 are advantageously drilled in their center.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') à la résonance cyclotron électronique comportant une chambre étanche (2) sous vide destinée à contenir un plasma (15, 15'), des moyens d'injection (12, 16) d'une onde électromagnétique à l'intérieur de ladite chambre étanche; une structure magnétique (20) pour engendrer un champ magnétique dans ladite chambre et pour générer un plasma (15, 15') suivant les lignes de champ magnétique, le module dudit champ magnétique présentant une configuration, de type miroir magnétique, avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique. Ledit dispositif (100, 100', 200, 200') étant caractérisé en ce que ladite chambre étanche (2) est un guide d'ondes dont la longueur L est supérieure ou égale à la longueur d'onde guide correspondant à la fréquence de l'onde électromagnétique injectée, et en ce que le plasma est amorcé sans injection préalable de gaz.

Description

Dispositif d'ionisation à la résonance cvclotron électronique.
La présente invention concerne un dispositif d'ionisation de particules à la résonance cyclotron électronique (ECR).
Le dispositif selon l'invention trouve de nombreuses applications dans les domaines scientifique, médical, production d'ions, implantation, micro- gravure, dépôt sous vide, etc.
Dans les sources à la résonance cyclotron électronique, les ions sont obtenus par ionisation des particules d'un milieu gazeux constitué par un ou plusieurs gaz, vapeurs métalliques ou molécules en phase vapeur, contenu dans une enceinte étanche à symétrie axiale, au moyen d'un plasma d'électrons fortement accélérés par résonance cyclotron électronique.
La résonance cyclotron électronique est obtenue grâce à l'action conjuguée d'une onde électromagnétique de haute fréquence (HF), injectée dans l'enceinte, et d'un champ magnétique dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dite configuration à minimum B. Le profil de la configuration de type miroir magnétique présente au moins deux maxima (Bmax) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction de la source, et un minimum (Bmin) situé entre les deux maxima (Bmax).
Les deux maxima (Bmax) ont une valeur supérieure à la valeur du champ magnétique (Bres) pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique qui satisfait la condition Bres = f.2nm/e où e représente la charge de l'électron, m la masse de l'électron et f la fréquence de l'onde électromagnétique HF.
Le minimum (Bmin) a une valeur égale, ou inférieure, à la valeur pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique
Il est connu des sources d'ions multichargés à la résonnance cyclotron électronique de type guide d'ondes telles que la source décrite dans le brevet EP 0527082. Dans le brevet EP 0527082, l'introduction de l'onde électromagnétique de haute fréquence peut être assurée, soit par une transition coaxiale, soit par injection directe, à partir d'un guide d'ondes rectangulaire ou circulaire en mode fondamental. Selon l'invention décrite, l'enceinte présente, selon son plan médian, une section sensiblement égale à celle du guide d'ondes assurant l'injection du champ électromagnétique dans l'enceinte et la propagation de l'onde dans l'enceinte, appelée enceinte guide d'ondes.
L'utilisation de l'enceinte comme guide d'ondes permet la propagation de l'onde HF dans toute l'enceinte de confinement et ainsi la formation d'un plasma à l'endroit où les conditions RCE sont réunies.
Il est également prévu dans le brevet EP 0527082 d'utiliser un arrangement spécifique d'aimants permanents à symétrie axiale permettant de s'affranchir de l'utilisation de solénoïdes et permettant la réalisation d'une source simple et de faible encombrement.
Toutefois, l'utilisation de ces sources d'ions nécessite l'injection d'un gaz ou d'une vapeur métallique dans l'enceinte de confinement pour amorcer et entretenir le plasma à la résonance cyclotron électronique. L'injection du gaz dans l'enceinte doit être réalisée dans des conditions permettant d'assurer une pression minimale de l'ordre de 10"4 mbar dans l'enceinte de confinement afin d'assurer l'amorçage du plasma.
Ainsi, l'utilisation de ce type de source d'ions occasionne des opérations de réglages et d'ajustements de la pression de l'enceinte de confinement avant l'injection du gaz de façon à disposer de la pression requise pour l'amorçage du plasma.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un dispositif d'ionisation permettant de s'affranchir de l'injection d'un gaz dans l'enceinte préalablement à l'amorçage du plasma, ainsi que de la nécessité de contrôler la pression de l'enceinte à une pression de l'ordre de 10"4 mbar.
A cette fin, l'invention propose un dispositif d'ionisation à la résonance cyclotron électronique comportant :
- une chambre étanche sous vide destinée à contenir un plasma, - des moyens d'injection d'une onde électromagnétique à l'intérieur de ladite chambre étanche ;
- une structure magnétique pour engendrer un champ magnétique dans ladite chambre et pour générer un plasma suivant les lignes de champ magnétique, le module dudit champ magnétique présentant une configuration, de type miroir magnétique, avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique ;
ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite chambre étanche est un guide d'ondes dont la longueur L est supérieure ou égale à la longueur d'onde guide correspondant à la fréquence de l'onde électromagnétique injectée.
On entend par chambre étanche sous vide une chambre dans laquelle règne une pression de travail inférieure ou égale à 10"4 mbar.
On entend par longueur d'onde guide, la longueur Lg définit par la relation suivante :
^(fréquence trav - fréquence coup )
ou :
- c correspond à la vitesse de la lumière, exprimée en kilomètre/seconde ;
- fréquence travail correspond à la fréquence de l'onde électromagnétique injectée, exprimée en MHz ;
fréquence coupure correspond à la fréquence pour laquelle la puissance transmise est atténuée de -3dB, exprimée en MHz.
La fréquence de coupure est définie selon la relation suivante : frécluence œuPure =
(π- D)
où :
- D correspond au diamètre de la chambre guide d'ondes, exprimé millimètre.
Les notions de fréquence de coupure et de longueur d'onde guides sont notamment détaillées dans le document « Waveguide Handbook (IEEE Electromagnetic Waves Séries 21 ) ; Author : Nathan Marcuvitz ; ISBN : 0863410588 ; Publisher : The Institution of Engineering and Technology >>
Grâce à l'invention, il est possible d'amorcer sans difficulté un plasma à la résonance cyclotron électronique dans une chambre étanche où règne une pression inférieure à 10"4 mbar, avantageusement entre 10"5 mbar et 10"7 mbar, sans avoir besoin d'injecter, préalablement à l'amorçage du plasma RCE, du gaz dans la chambre étanche. Grâce à l'invention, le plasma peut être amorcé par les particules présentes dans la chambre étanche.
La chambre étanche est une chambre dite guide d'ondes, permettant d'obtenir une propagation de l'onde HF sur toute la longueur de la chambre. Les dimensions de la chambre étanche sont dépendantes de la fréquence de l'onde HF de travail du dispositif d'ionisation.
Ainsi, le diamètre D de la chambre est tel que le rapport D I est supérieur ou égal à 1 .841 /π = 0,59 où λ représente la longueur d'onde de l'onde électromagnétique HF satisfaisant à la condition de résonance.
La longueur minimale L de la chambre dépend du diamètre et correspond au moins à la longueur d'onde guide Lg définit par la relation :
L≥L8 = ■
^{fréquence travail - fréquence coupure )
Le transport de l'onde électromagnétique HF est assuré par la chambre étanche de type guide d'ondes, il n'est donc plus nécessaire de maintenir une pression minimale dans la chambre à plasma pour amorcer et/ou entretenir le plasma.
Le dispositif d'ionisation selon l'invention peut être utilisé avantageusement pour la réalisation non seulement d'une source d'ions multichargés compacte fonctionnant à une fréquence supérieure à 6 GHz mais également d'une source d'ions mono-chargés ou peu multichargés fonctionnant à basse fréquence, c'est-à-dire à une fréquence inférieure à
6 GHz.
La fréquence de fonctionnement du dispositif d'ionisation est fonction des dimensions de la chambre étanche formant le guide d'ondes. A titre d'exemple, pour une fréquence de fonctionnement de 30GHz : le diamètre D de la chambre est supérieur ou égal à 5.9 mm, pour une fréquence de fonctionnement de 2,45GHz : le diamètre D de la chambre est supérieur ou égale à 72.3 mm, et pour une fréquence d'I GHz : le diamètre D de la chambre est supérieur ou égal à 177 mm.
Pour une fréquence donnée, et si les conditions environnementales ou extérieures l'exigent, il est possible de modifier la longueur L de la chambre tout en s'assurant que la longueur L est toujours supérieure ou égale à la longueur d'onde guide Lg.
Le dispositif selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour l'ionisation de particules en phase gazeuse permettant le contrôle des particules ionisées afin de les utiliser à une fonction désirée.
Ainsi, le dispositif d'ionisation selon l'invention peut être avantageusement associé à un autre dispositif d'ionisation connu, tel que par exemple un générateur d'ions, de façon à réaliser une fonction d'ionisation supplémentaire ou encore une fonction de contrôles des trajectoires de particules chargées.
Le dispositif d'ionisation selon l'invention permet d'obtenir des sources d'ions efficaces, compactes et peu chères pouvant fonctionner soit à des fréquences élevées (i.e. > 6 GHz) soit à des basses fréquences (i.e. < 6GHz) selon que l'utilisateur a besoin de contrôler des ions mono-chargés ou multichargés.
Le dispositif d'ionisation selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- ladite chambre étanche sous vide est une chambre où règne une pression inférieure à 10"6 mbar ;
- ladite chambre étanche sous vide est une chambre où règne une pression supérieure ou égale à 10"7 mbar ;
- ladite chambre étanche est un guide d'ondes circulaire dont le diamètre D est supérieur ou égal à 0,59λ, où λ représente la longueur d'onde de l'onde électromagnétique injectée ; le diamètre D est avantageusement supérieur à 0,59 fois la longueur d'onde. - ladite onde électromagnétique injectée est une onde haute-fréquence supérieure ou égale à 6GHz ;
- ladite onde électromagnétique injectée est une onde basse-fréquence inférieure à 6GHz ;
- lesdits moyens d'injection comportent un guide d'ondes agencé pour injecter de façon coaxiale l'onde électromagnétique haute-fréquence dans la chambre étanche selon l'axe longitudinal de ladite chambre étanche ;
- lesdits moyens d'injection comportent un guide d'ondes agencé pour injecter l'onde électromagnétique haute-fréquence de façon perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite chambre étanche ;
- ledit dispositif comporte à proximité dudit plasma au moins une électrode polarisée négativement ;
- ladite au moins une électrode est percée en son centre.
L'invention a également pour objet une source d'ions comportant une chambre étanche sous vide traversée par des ions de haute énergie caractérisée en ce qu'elle comporte :
un dispositif d'ionisation selon l'invention apte à ioniser des particules neutres Pn présentes à l'intérieur de l'enceinte de la source d'ion ;
- une électrode polarisée positivement apte à repousser les particules Pn+ ionisées par le dispositif d'ionisation et apte à être transparent aux ions de haute énergie traversant ladite source d'ions.
On entend par ions de haute énergie des ions ayant une énergie suffisante pour ne pas être arrêtés par le plasma ; ces ions de haute énergie ont préférentiellement une énergie supérieure ou égale à 30eV.
La source d'ions selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- ladite source d'ions comporte un générateur d'ions produisant des ions de haute énergie ; ladite électrode polarisée positivement est à un potentiel électrique choisi de sorte que ledit potentiel électrique ne vienne pas perturber la formation et/ou l'entretien du plasma dudit dispositif d'ionisation ;
ledit potentiel électrique de ladite électrode polarisée positivement est inférieur ou égal à 15 Volts ;
ladite source d'ions comporte une électrode polarisée négativement apte à accélérer les particules Pn+ ionisées par le dispositif d'ionisation ; ladite source d'ions comporte des moyens de pompage pour extraire les particules neutres Pn et les particules Pn+ après neutralisation présentes dans l'enceinte de ladite source d'ions ;
ladite source d'ions comporte :
- une chambre étanche sous vide destinée à contenir au moins un plasma,
- un premier et un deuxième dispositif d'ionisation, selon l'invention, aptes à ioniser des particules neutres Pn présentes à l'intérieur de la source d'ions ; lesdits dispositifs d'ionisation étant positionnés de part et d'autre de ladite chambre étanche,
- une fenêtre d'accès dans ladite enceinte positionnée entre les deux dispositifs d'ionisation pour l'introduction de particules Pn aptes à être ionisées par lesdits dispositifs d'ionisation et/ou d'ions I aptes à interagir avec les ions de haute énergie traversant ladite source d'ions ;
- une deuxième électrode polarisée positivement aptes à repousser les particules Pn+ ionisées par les dispositifs d'ionisation et aptes à être transparent aux ions de haute énergie produits par ledit générateur d'ions ; lesdites électrodes étant positionnées de part et d'autre de ladite chambre de sorte que les particules Pn, Pn+ et/ou les ions I restent confiné(e)s entre lesdites deux électrodes polarisées tant que lesdites particules Pn, Pn+ et/ou les ions I ne sont pas redirigé(e)s vers l'extérieur de ladite source d'ions ;
ladite source d'ions comporte un séparateur de particules positionné entre le générateur d'ions et le dispositif d'ionisation. La présente invention a également pour objet un procédé d'amorçage d'un plasma à la résonance cyclotron électronique dans la chambre étanche d'un dispositif d'ionisation selon l'invention caractérisé en ce ledit plasma est amorcé par les particules présentes dans ladite chambre étanche sans injection préalable dans ladite chambre d'un gaz d'amorçage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation du dispositif d'ionisation selon l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de réalisation du dispositif d'ionisation selon l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un premier exemple d'utilisation du dispositif d'ionisation, illustré aux figures 1 et 2, comme filtre à particules dans une ligne de transport de particules chargées de haute énergie ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'un deuxième exemple d'utilisation du dispositif d'ionisation, illustré aux figures 1 et 2, permettant d'augmenter significativement la probabilité d'interactions entre les particules neutres ou ionisées ;
- la figure 5 est une représentation schématique d'un troisième exemple d'utilisation du dispositif d'ionisation, illustré aux figures 1 et 2, permettant d'augmenter le rendement d'un générateur d'ions pour un état de charge donné.
Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence.
La figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation du dispositif d'ionisation selon l'invention.
Le dispositif d'ionisation 100 tel qu'illustré comporte de façon connue :
- une chambre étanche 2 rectiligne, de section circulaire, (appelée indifféremment enceinte par la suite) sous vide ; - des couronnes d'aimants permanents 3, 4, 5, 6, 7 placées autour de la chambre 2 ;
- des moyens de couplage 1 1 permettant de coupler un guide d'onde 12 de forme rectangulaire à la chambre 2 de section circulaire.
La chambre 2 est sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc. Afin d'avoir le moins d'impuretés possible dans la chambre 2, un vide résiduel de 1 0"4 mbar minimum est nécessaire. On peut toutefois abaisser davantage ce vide (typiquement jusqu'à 1 0"7 mbar) pour réduire davantage le nombre d'impuretés présentes dans la chambre 2.
Pendant le fonctionnement du dispositif d'ionisation 100, la pression de travail dans la chambre 2 est typiquement égale au vide résiduel, le vide résiduel de la chambre 2 n'étant pas perturbé ou modifié par une pression partielle de gaz supplémentaire injecté dans la chambre 2 comme décrit dans le brevet EP 0527082.
Dans ce premier exemple de réalisation, la structure magnétique 20 est formée par les cinq couronnes d'aimants permanents 3, 4, 5, 6, 7 entourant la chambre 2, Toutefois, la structure magnétique 20 du dispositif 100 peut également être formée par des bobines conventionnelles, des bobines supraconductrices ou encore par un ensemble formé par des aimants permanents et des bobines permettant d'engendrer un champ magnétique susceptible de créer des conditions RCE dans la chambre 2.
La structure magnétique 20 produit à l'intérieur de la chambre 2 un champ magnétique axial dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dont le profil présente au moins deux maxima (Bmax) à des abscisses situées respectivement au niveau des aimants permanents 3 et 6 et un minimum (Bmin) étendu ou ponctuel situé entre les deux maxima (Bmax) à l'intérieur de la chambre 2.
Les deux maxima (Bmax) ont une valeur supérieure à la valeur du champ magnétique (Bres) pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique. Le minimum (Bmin) est égal ou inférieur à la valeur pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique de sorte qu'il existe dans la chambre au moins une zone dans laquelle la valeur du champ magnétique axial est égale à la valeur du champ magnétique (Bres) pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique.
La configuration de miroir magnétique est une configuration dite à minimum-B : les électrons du plasma 15 sont confinés dans un puits magnétique.
Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, au passage de la zone de résonance, une partie des particules vont être ionisées.
Les microondes (i.e les ondes HF) injectées dans la chambre 2 se propagent jusqu'à la zone de résonance. En effet, le transfert d'énergie de la puissance microonde injectée aux électrons du plasma se produit en un lieu de champ magnétique (Bres) tel que la condition de résonance cyclotron électronique soit établie, c'est-à-dire lorsqu'il y a égalité entre la pulsation de l'onde haute fréquence CJUHF et la pulsation cyclotronique de l'électron :
WHF = ω∞ = qe Bres/me
où qe est la charge de l'électron (Cb) ;
Bres est le champ magnétique correspondant à la résonance (T) ;
me est la masse de l'électron.
Un générateur de microondes (non représenté) est placé à l'extérieur de la chambre 2 ; ce générateur injecte des ondes hautes fréquences (HF) dans la chambre 2 via les moyens de couplage 1 1 permettant de coupler le guide d'onde 12 du générateur de microondes à la chambre 2 de type guide d'ondes.
Dans ce premier exemple de réalisation, les moyens de couplage 1 1 permettent de coupler le guide d'ondes 12 de forme rectangulaire à la chambre 2 de section circulaire de type guide d'ondes.
Selon un autre exemple de réalisation, les moyens de couplage peuvent permettre de coupler un guide d'ondes circulaire positionné de façon coaxiale par rapport à la chambre 2 circulaire.
La chambre 2 forme un guide d'ondes circulaire de sorte que l'onde HF est transportée sur toute la longueur L de la chambre 2, et notamment jusqu'à un endroit de la chambre 2 où les conditions RCE sont réunies pour la formation du plasma 15. Le couplage, ou la transition, entre le guide d'ondes du générateur de microondes et la chambre 2 de type guide d'ondes est réalisé(e) selon l'axe longitudinal du guide d'ondes circulaire formé par la chambre 2.
La chambre étanche 2 étant une chambre dite guide d'ondes, elle permet le transport de l'onde HF et ainsi de s'affranchir de l'utilisation d'un moyen d'injection d'ondes HF dans la chambre à plasma au plus près de la zone où les conditions RCE sont réunies.
Les dimensions de la chambre 2, c'est-à-dire le diamètre D et la longueur L, sont fonction de la fréquence de résonance de travail du dispositif. Le diamètre D de la chambre 2 est déterminé de façon à respecter la condition suivante :
fréquencetmvail > fréquence coupure (1 )
La longueur minimale L de la chambre correspond au moins à la longueur d'onde « guide >> Lg, c'est-à-dire : Lg = - = (2)
^ (fréquence travail - fréquence coupure )
Ainsi, les dimensions de l'enceinte de confinement du plasma ne sont limitées que par les plus petites dimensions d'un guide d'ondes, rectangulaire ou circulaire, correspondant à la fréquence électromagnétique utilisée.
L'espace dans lequel le plasma 15 est créé se situe dans une section de la chambre 2 de section circulaire et rectiligne dans lequel les conditions RCE sont réunies. Physiquement, il n'y a pas de discontinuité géométrique entre la zone du plasma RCE et le reste de la chambre 2 formant le guide d'ondes. La chambre 2 est formée par un tube dont la longueur maximale n'est pas définie mais dont la longueur minimale doit être égale ou supérieure à la longueur d'onde guide selon la relation (2).
Le dispositif illustré à la figure 1 se caractérise par l'absence d'un dispositif (tube, anneau, pièce de métal) polarisé négativement habituellement présent au niveau de l'injection au plus près du plasma. Généralement, la polarisation négative au niveau de l'injection permet d'optimiser les performances du dispositif d'ionisation ou de la source d'ions notamment en ce qui concerne la production d'ions multichargés. Mais dans le cas d'une chambre de type guide d'ondes telle que décrite, la présence d'un dispositif polarisé négativement ou d'un autre système d'optimisation des performances perturberait la propagation de l'onde HF dans la chambre 2.
En contrepartie et afin d'optimiser les performances du dispositif, le dispositif d'ionisation selon l'invention peut comporter une électrode plasma
13 polarisée négativement, située au niveau de l'extraction des ions du dispositif de ionisation. L'électrode plasma 1 3 est polarisée négativement par rapport à la chambre 2, à une différence de potentielle de quelques volts à 500V, voire plus.
Le dispositif peut également comporter une électrode d'accélération
14 polarisée négativement pour accélérer les particules ionisées à l'énergie voulue. L'électrode d'accélération 14 est avantageusement polarisée à une différence de potentiel de l'ordre de quelques centaines de volts à plusieurs dizaines de milliers de volts).
Avantageusement, la forme rectiligne de la chambre 2 pouvant être de grande longueur permet d'adapter le positionnement de la structure magnétique 20 par rapport à la chambre 2 de façon à placer la zone de chauffage des électrons et par conséquent le plasma en fonction des besoins de l'utilisateur.
Cette caractéristique donne la possibilité par exemple d'optimiser la position de la zone où les conditions RCE sont réunies par rapport à l'électrode plasma, par rapport à un système optique, tel que des lentilles d'adaptation d'un faisceau, le positionnement par rapport à un espace expérimental, ou encore par rapport à un système physique déterminé, permettant par exemple de disposer d'un système magnétique mobile pour le démontage du dispositif.
De façon classique, le dispositif d'ionisation 1 00 selon l'invention comporte des accès qui sont aménagés sur la chambre 2 pour l'introduction de gaz, l'extraction ou le contrôle des ions, etc. La figure 2 est une variante de la figure précédente (les moyens en commun entre les dispositifs 100 et 200 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions). Le dispositif 200 selon ce second mode de réalisation se différencie du dispositif 100 de la figure 1 en ce que les ondes hautes fréquences (HF) sont introduites latéralement dans la chambre 2 via un guide d'ondes rectangulaire 16. Dans cette variante, l'onde HF est donc introduite dans la chambre 2 perpendiculairement à son axe longitudinal par un guide d'ondes 16 débouchant directement sur la chambre 2 à plasma ou encore par une transition coaxiale avec la chambre 2. Une fenêtre HF ou un passage HF étanche permet de maintenir le vide dans la chambre 2 à plasma.
La figure 3 est une représentation schématique d'un premier exemple d'utilisation du dispositif d'ionisation, illustré aux figures 1 et 2. Dans ce premier exemple, le dispositif d'ionisation 100, 200 est utilisé comme filtre à particules par ionisation dans une ligne de transport 300 de particules chargées de haute énergie 35.
Dans ce premier exemple d'utilisation, le système est une ligne de transport 300 d'un faisceau d'ions de haute énergie dans laquelle est incorporé le dispositif 100, 200 selon l'invention.
Dans cet exemple, le dispositif d'ionisation 100, 200 est utilisé sur une ligne de transport 300 d'un faisceau d'ions de haute énergie d'une source d'ions, pour extraire les particules non désirées venant polluer, altérer la qualité du faisceau d'ions ou venant polluer les dispositifs en aval sur la ligne de transport.
Le principe consiste à utiliser le dispositif 100, 200 selon l'invention pour ioniser les particules neutres présentes dans la ligne de transport 300 afin de pouvoir contrôler leur trajectoire et notamment les repousser de façon à éviter que ces particules neutres viennent polluer le faisceau d'ions multichargés, notamment au niveau de l'extraction des ions mais également pour empêcher que ces particules neutres migrent de l'enceinte A vers l'enceinte B de la ligne de transport 300 (figure 3).
A cet effet, la ligne de transport 300 est formée notamment par : - une première enceinte à vide A ;
- une deuxième enceinte à vide B positionnée dans la continuité et de façon coaxiale à la première enceinte A ;
- un dispositif d'ionisation 100, 200 selon l'invention présentant une chambre 31 positionné entre l'enceinte A et l'enceinte B et de façon coaxiale de sorte que les enceintes A et B et la chambre 31 du dispositif d'ionisation 100, 200 présentent une continuité physique ;
- une fenêtre de sortie 36 présente dans l'enceinte A pour l'extraction des particules neutres polluantes, c'est-à-dire des particules non désirées au niveau de la ligne de transport 300.
Le sens de circulation des ions de haute énergie produits dans la ligne de transport 300 est représenté par la flèche continue 35 illustré à la figure 3.
Les ions de haute énergie traversent de part et d'autre le système en allant de l'enceinte A vers l'enceinte B.
La chambre 31 respectant les conditions de diamètres et de longueur décrit précédemment pour que la chambre 31 forme une chambre étanche sous vide de type guide d'ondes.
Selon un autre mode de réalisation, la ligne de transport est formée par une unique enceinte à vide segmentée en plusieurs zones selon la répartition décrite précédemment.
La structure magnétique 20 du dispositif d'ionisation 100, 200 est positionnée de sorte que des conditions RCE soient présentes dans une partie de la chambre 31 conduisant à la formation d'un plasma RCE. La chambre 31 et la structure magnétique forment ainsi le dispositif d'ionisation 100, 200.
Il est nécessaire que la chambre 31 respecte les conditions de diamètre et de longueur du guide d'onde correspondant à la fréquence de travail. Au-delà de la chambre 31 , l'enceinte A et l'enceinte B peuvent avoir différentes formes pour s'adapter à différentes exigences d'utilisation.
Les particules neutres Pn présentes dans l'enceinte A effusent vers le dispositif d'ionisation 100, 200 et plus particulièrement vers la chambre 31 présentant les conditions RCE et dans laquelle le plasma 15 est entretenu. Les particules neutres Pn sont alors ionisées en particules Pn+ par le plasma 15 du dispositif d'ionisation 100, 200.
Ainsi, une fois les particules neutres Pn ionisées en particules Pn+, leurs trajectoires peuvent être contrôlées par exemple par l'utilisation d'une pluralité de diaphragmes polarisés ou d'électrodes polarisées disposé(e)s de part et d'autre du plasma 15.
Dans le premier exemple d'utilisation, le dispositif d'ionisation 100, 200 est associé à une électrode polarisée 34, polarisée positivement, de quelques volts, et positionnée après la zone RCE, c'est-à-dire en aval du plasma 15 par rapport à la direction donnée par la flèche 35 symbolisant le déplacement des ions haute énergie.
L'électrode 34 fait donc office de séparation entre l'ensemble enceinte A - chambre 31 , pouvant comporter une multitude de particules indésirables résultant par exemple d'une ionisation principale incomplète, et l'enceinte B dans laquelle le faisceau d'ions est purifié, les particules indésirables ionisées dans la chambre 31 par le plasma 15 du dispositif de ionisation sont ensuite repoussées dans l'enceinte A par l'électrode polarisée 34.
En effet, l'électrode 34 polarisée positivement va repousser les particules ionisées Pn+ par répulsion dans la chambre 31 . Ces particules ionisées Pn+ sont neutralisées puis extraites vers l'enceinte A et évacuées par la fenêtre de sortie 36, de sorte que les particules volatiles ne polluent pas l'enceinte B ainsi que le faisceau d'ions de haute énergie en sortie de la ligne de transport 300.
De plus, les particules neutres Pn résiduelles éventuellement présentes dans l'enceinte B peuvent effuser librement de l'enceinte B à l'enceinte A. Dans ce cas, les particules neutres Pn provenant de l'enceinte B vont également être ionisées en particules chargées Pn+ par le plasma 15 dans la chambre 31 puis être envoyées dans l'enceinte A par l'électrode 34 polarisée.
L'électrode 34 est faiblement polarisée, c'est-à-dire que la différence de potentiel aux bornes de l'électrode est choisie de façon à ne pas venir perturber la formation et l'entretien du plasma 15. De façon avantageuse, la différence de potentiel aux bornes de l'électrode est inférieure ou égale à 5 Volts.
L'électrode 34 faiblement polarisée a pour avantage de ne pas repousser les ions de haute énergie qui sont suffisamment énergétiques pour passer au travers de l'électrode polarisée 34.
Le faisceau d'ions 35 de haute énergie n'est également pas perturbé par le plasma 15 qui est un plasma de faible densité.
Les particules ionisées Pn+ piégées dans l'enceinte A sont alors pompées, après neutralisation avec les parois, par un système de pompage (non représenté) ad-hoc via la fenêtre de sortie 36 aménagée dans l'enceinte A en amont de la chambre à plasma 31 .
Afin d'augmenter l'efficacité du système, il est également possible d'ajouter une seconde électrode polarisée 33 en amont du plasma 15. Cette fois, l'électrode 33 est polarisée négativement de sorte qu'elle provoque une accélération des particules ionisées Pn+, dans le sens inverse de déplacement des ions de haute énergie, en vue de guider plus facilement les particules ionisées non désirées vers le système de pompage.
Ainsi, le dispositif d'ionisation 100, 200 permet dans cette application de limiter l'effusion des particules neutres Pn d'une première enceinte à une deuxième enceinte alors que les deux enceintes communiquent physiquement ensemble, c'est-à-dire qu'elles présentent une continuité physique. Dans cet exemple d'utilisation, l'efficacité du système est supérieure à 90% grâce à l'utilisation complémentaire d'une électrode polarisée situé en aval du plasma.
Dans ce premier exemple d'utilisation, le dispositif d'ionisation est avantageusement un dispositif d'ionisation 200 comportant une introduction latérale des ondes hautes fréquences dans la chambre 31 , tel que décrit en référence à la figure 2. Toutefois, une introduction axiale des ondes hautes fréquences de façon coaxiale dans la chambre 31 est également possible.
Ainsi, l'effusion contrôlée des particules en phase gazeuse telle que décrit en référence à la figure 3 peut également être utilisée pour : - l'isolement moléculaire d'enceintes à vide ;
- le pompage de gaz en évitant leur effusion dans d'autres enceintes ;
- le recyclage, la récupération, la concentration ou la réutilisation de particules en phase gazeuse nécessaires à un processus particulier ; - le remplacement de l'utilisation d'une technologie cryogénie complexe avec des panneaux cryogéniques pour le piégeage sélectif de particules ou de son utilisation de façon complémentaire.
La figure 4 est une représentation schématique d'un deuxième exemple d'application ou d'utilisation du dispositif d'ionisation décrit précédemment aux figures 1 et 2. Dans cet exemple, le dispositif d'ionisation est utilisé pour augmenter la probabilité d'interaction entre un faisceau d'ions de haute énergie I avec des particules neutres Pn, ou chargées Pn+ oscillant entre deux dispositifs d'ionisation 100, 200 selon l'invention.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'ionisation selon l'invention peut également être utilisé pour augmenter la probabilité d'interaction entre un faisceau d'ions de haute énergie I avec des ions.
Dans ce deuxième exemple d'application deux dispositifs d'ionisation 100, 200 et 100', 200', sont combinés de part et d'autre d'une chambre intermédiaire à vide 40 entre une enceinte A et une enceinte B. Chacun des deux dispositifs d'ionisation 100, 200 et 100', 200' comporte une chambre sous vide 2 et 2', lesdites chambres 2 et 2' formant les extrémités de la chambre intermédiaire 40.
En amont de la chambre intermédiaire à vide 40, on retrouve une enceinte A par laquelle un faisceau d'ions multichargés 35 est acheminé. Le faisceau d'ions 35 est issu d'un générateur d'ions situé en amont de l'enceinte A et traverse le système 400 de part et d'autre en vue d'atteindre l'enceinte à vide B.
A cet effet, le faisceau d'ions de haute énergie issu du générateur d'ions traverse un premier plasma 15 de faible densité du premier dispositif d'ionisation 100, 200 puis un deuxième plasma 15' de faible densité du deuxième dispositif d'ionisation 100', 200' pour atteindre l'enceinte à vide B. De façon similaire au système décrit précédemment à la figure 3, la limitation entre la chambre intermédiaire à vide 40 et l'enceinte à vide B est réalisée par une électrode polarisée 34, telle que décrite précédemment, et la limitation entre la chambre intermédiaire à vide 40 et l'enceinte à vide A est réalisée par une deuxième électrode polarisée 34'. L'électrode polarisée 34 est située en amont de la chambre sous vide 2 du premier dispositif d'ionisation 100, 200 et l'électrode polarisée 34' est située en aval de la chambre sous vide 2' du deuxième dispositif d'ionisation 100', 200'. Ainsi, les électrodes polarisées 34 et 34' sont utilisées pour repousser les particules ionisées Pn+ faiblement chargées par les plasmas 15 et 15' et ainsi les extraire dans la chambre à vide 40 via les électrodes 33, 33' tout en permettant le passage des ions de haute énergie dans l'enceinte à vide B.
La chambre 40 est une chambre étanche dont les dimensions et la forme respectent les conditions de guide d'ondes décrites précédemment, au niveau des zones où les conditions RCE sont réunies. Dans la zone centrale de la chambre à vide 40, c'est-à-dire entre les deux dispositifs d'ionisation 100, 200 et 100', 200', la chambre 40 comporte une fenêtre d'entrée 45 permettant d'injecter des particules neutres Pn ou ions I dans la chambre 40. Les particules neutres Pn injectées vont effuser vers les plasmas 15, 15' des dispositifs d'ionisation, 100, 200, 100', 200'.
Selon le mode de réalisation dans lequel, le dispositif d'ionisation est utilisé pour augmenter la probabilité d'interaction entre le faisceau d'ions de haute énergie 35 avec des ions, la fenêtre d'entrée 45 permet d'injecter les ions de faible énergie dans la chambre à plasma. Les ions de faible énergie vont alors après neutralisation effuser vers les plasmas 15, 15' des dispositifs d'ionisation 100, 100' et 200, 200'.
Afin d'augmenter l'efficacité du système, il est également possible d'ajouter des électrodes polarisées 33, 33' à proximité des plasmas 15, 15' et de façon opposée aux électrodes polarisées 34, 34'. Les électrodes 33, 33' sont polarisées négativement de sorte qu'elles provoquent une accélération des particules ionisées Pn+ dans la chambre 40 vers le plasma opposé.
Ainsi, le système 400 décrit permet de : - contrôler la qualité et la quantité de la population atomique et moléculaire dans la chambre 40 entre deux dispositifs d'ionisation 100, 100' et 200, 200' ;
- contrôler l'efficacité d'une réaction de particules injectées avec d'autres éléments : les particules ayant non réagi sont renvoyées entre les deux plasmas jusqu'à l'interaction avec d'autres éléments ;
- diminuer ou augmenter le flux moléculaire de système sous vide en utilisant les dispositifs d'ionisation des particules. Dans ce cas particulier, le trajet des particules ionisées Pn+ est contrôlé permettant ainsi de modifier les flux de particules imposés par les conductances en régime moléculaire.
La figure 5 est une représentation schématique d'un troisième exemple d'utilisation du dispositif d'ionisation, décrit en référence aux figures 1 et 2, permettant pour les éléments volatiles d'augmenter le rendement d'un générateur d'ions pour un état de charge donné.
Dans le cas particulier des sources RCE d'ions, une partie du gaz d'intérêt peut ne pas être totalement ionisé par le plasma du générateur d'ions 500 et certains ions d'intérêt peuvent être neutralisés lors de la recombinaison des ions par collision avec des particules neutres du gaz non ionisé ou encore par impact des ions avec des parois du générateur d'ions 500, ce qui a pour conséquence de diminuer l'efficacité du générateur d'ions 500.
Le système 600 comportant un dispositif d'ionisation 100 ou 200 en aval du générateur d'ions 500 permet de réinjecter les particules du gaz d'intérêt dans le générateur d'ions 500 afin d'augmenter son efficacité.
En effet, grâce au dispositif d'ionisation 100, 200 selon l'invention, les particules neutres Pn issues des gaz non ionisés, les ions d'intérêt l+ neutralisés par collision avec les parois ou encore les ions ne présentant pas le bon rapport masse/charge dans le cas d'une source d'ions multichargés sont renvoyés vers le générateur d'ions 500.
Dans cet exemple d'utilisation, le dispositif d'ionisation est avantageusement un dispositif d'ionisation 200 comportant une introduction latérale des ondes hautes fréquences via une fenêtre 517 dans la chambre à plasma 531 , tel que décrit en référence à la figure 2. Toutefois, une introduction axiale des ondes hautes fréquences de façon coaxiale dans la chambre 531 est également possible.
Dans le cas d'un générateur d'ions multichargés, les ions ne présentant pas le bon rapport masse/charge sont renvoyés vers le générateur d'ions 500 après séparation et neutralisation au moyen d'un séparateur tel qu'un spectromètre de masse 516 ou autre séparateur connu positionné entre le générateur d'ions 500 et le dispositif d'ionisation 200.
Quant aux particules neutres Pn, issues du gaz non ionisé ou provenant des ions neutralisés par impact sur les parois ou avec d'autres éléments présents dans la chambre 531 , elles sont ionisées en particules Pn+ par le plasma 15 de faible densité du dispositif d'ionisation puis repoussées jusqu'à la chambre à plasma 515 du générateur d'ions 500 au moyen d'une électrode polarisée 34, polarisée positivement, positionnée en aval du plasma 15 et d'une électrode d'accélération 33 polarisée négativement.
D'autres moyens de renvoi des particules ionisées par le plasma 15 peuvent utilisés comme par exemple une pompe, ...Ainsi, une particule de gaz d'intérêt peut subir plusieurs cycles d'ionisation-neutralisation-ionisation avant d'obtenir l'état de charge désiré.
Le dispositif selon l'invention permet la transformation efficace, c'est- à-dire sans perte, du gaz injecté en ions d'intérêt présentant préférentiellement un seul état de charge obtenu éventuellement par plusieurs cycles d'ionisation-neutralisation-ionisation. Ainsi, les ions produits avec ce principe sont ionisés à des temps différents mais ils ont la même origine et présentent la même énergie.
Ainsi, le système 600 tel que décrit serait adapté à la production d'ions isotopique onéreux ou encore à l'utilisation de gaz dangereux comme gaz de support ou comme gaz d'intérêt.
Ainsi, pour un même flux de gaz injecté dans un générateur d'ions quelconque, le dispositif d'ionisation selon l'invention permet d'augmenter son efficacité d'ionisation sur un état de charge donné. Le dispositif d'ionisation selon l'invention permet donc de palier facilement à la faible efficacité d'ionisation d'un générateur d'ions, quelque soit son type, tout en s'affranchissant des coûts important et des problèmes d'implantation d'un tel générateur.
L'invention a été particulièrement décrite avec l'injection d'une onde électromagnétique HF, c'est-à-dire supérieure ou égale à 6GHz, toutefois, l'invention est également applicable avec une onde électromagnétique dite basse fréquence (type RF) inférieure à 6GHz tant que la condition L≥Lg est respectée.
On notera que les électrodes 13 et 14 et/ou les électrodes 33 et 34 sont avantageusement percées en leur centre.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') à la résonance cyclotron électronique comportant :
- une chambre étanche (2) sous vide ;
- des moyens d'injection (12, 16) d'une onde électromagnétique à l'intérieur de ladite chambre étanche ;
- une structure magnétique (20) pour engendrer un champ magnétique dans ladite chambre et pour générer un plasma (15, 15') suivant les lignes de champ magnétique, le module dudit champ magnétique présentant une configuration, de type miroir magnétique, avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique ;
ladite chambre étanche (2) étant un guide d'ondes dont la longueur L est supérieure ou égale à la longueur d'onde guide correspondant à la fréquence de l'onde électromagnétique injectée, ledit dispositif (100, 100', 200, 200') étant caractérisé en ce que ladite chambre étanche (2) comporte un plasma amorcé sans injection préalable de gaz, ladite chambre étanche étant une chambre où règne une pression inférieure à 10"4 mbar.
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite chambre étanche (2) sous vide est une chambre où règne une pression inférieure à 10"6 mbar.
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite chambre étanche (2) sous vide est une chambre où règne une pression supérieure ou égale à 10"7 mbar. Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite chambre étanche (2) est un guide d'ondes circulaire dont le diamètre D est supérieur ou égal à 0,59 λ, où λ représente la longueur d'onde de l'onde électromagnétique injectée.
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite onde électromagnétique injectée est une onde haute-fréquence supérieure ou égale à 6GHz.
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite onde électromagnétique injectée est une onde basse-fréquence inférieure à 6GHz.
Dispositif d'ionisation (100, 100') selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection (12) comportent un guide d'ondes agencé pour injecter de façon coaxiale l'onde électromagnétique haute-fréquence dans la chambre étanche (2) selon l'axe longitudinal de ladite chambre étanche (2).
Dispositif d'ionisation (200, 200') selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection (16) comportent un guide d'ondes agencé pour injecter l'onde électromagnétique haute- fréquence de façon perpendiculaire à l'axe longitudinal de ladite chambre étanche (2).
Dispositif d'ionisation (100, 100', 200, 200') selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte à proximité dudit plasma (15, 15') au moins une électrode (13, 14) polarisée négativement.
10. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite au moins une électrode est percée en son centre.
1 1 . Source d'ions (300, 400, 600) comportant une enceinte sous vide (A, B, 2, 2', 40) traversée par des ions de haute énergie caractérisée en ce qu'elle comporte :
un dispositif d'ionisation (100, 200) selon l'une des revendications 1 à 10 apte à ioniser des particules neutres (Pn) présentes à l'intérieur de l'enceinte de la source d'ions (300, 400, 600) ;
- une électrode (34) polarisée positivement apte à repousser les particules (Pn+) ionisées par le dispositif d'ionisation et apte à être transparent aux ions de haute énergie traversant ladite source d'ions (300, 400, 600). 12. Source d'ions (300, 400, 600) selon la revendication 1 1 caractérisée en ce que ladite électrode (34) polarisée positivement est à un potentiel électrique choisi de sorte que ledit potentiel électrique ne vienne pas perturber la formation et/ou l'entretien du plasma dudit dispositif d'ionisation (100, 200).
13. Source d'ions (300, 400, 600) selon la revendication 12 caractérisée en ce que ledit potentiel électrique de ladite électrode (34) polarisée positivement est inférieur ou égal à 15 Volts. 14. Source d'ions (300, 400, 600) selon l'une des revendications 1 1 à 13 caractérisée en ce qu'elle comporte une électrode polarisée négativement (33) apte à accélérer les particules (Pn+) ionisées par le dispositif d'ionisation (100, 200). 15. Source d'ions selon l'une des revendications 1 1 à 15 caractérisée en ce qu'elle comporte un générateur d'ions produisant des ions de haute énergie.
16. Source d'ions (300) selon l'une des revendications 1 1 à 15 caractérisée en ce que ladite source d'ions (300) comporte des moyens de pompage pour extraire les particules neutres (Pn) et les particules (Pn+) après neutralisation présentes dans l'enceinte de ladite source d'ions (300).
17. Source d'ions (400) selon l'une des revendications 1 1 à 15 caractérisée en ce qu'elle comporte :
- une chambre étanche intermédiaire sous vide (40) ;
- un premier et un deuxième dispositif d'ionisation (100', 200'), chacun selon l'une des revendications 1 à 10, aptes à ioniser des particules neutres (Pn) présentes à l'intérieur de la source d'ions (400) ; lesdits dispositifs d'ionisation (100, 100', 200, 200') étant positionnés de part et d'autre de ladite chambre étanche intermédiaire ;
- une fenêtre d'accès (45) dans ladite chambre intermédiaire positionnée entre les deux dispositifs d'ionisation (100, 100', 200, 200') pour l'introduction de particules (Pn) aptes à être ionisées par lesdits dispositifs d'ionisation (100, 100', 200, 200') et/ou d'ions (I) aptes à interagir avec des ions de haute énergie traversant ladite source d'ions (400) ;
- une deuxième électrode (34') polarisée positivement aptes à repousser les particules (Pn+) ionisées par les dispositifs d'ionisation et aptes à être transparent aux ions de haute énergie ; ladite première électrode (34) étant positionnée en amont de la chambre sous vide (2) dudit premier dispositif d'ionisation (100, 200) et ladite deuxième électrode (34') étant positionnée en aval de la chambre sous vide (2') dudit deuxième dispositif d'ionisation (100', 200') de sorte que les particules (Pn, Pn+) et/ou les ions (I) restent confiné(e)s entre lesdites deux électrodes polarisées (34,
34') tant que lesdites particules (Pn, Pn+) et/ou les ions (I) ne sont pas redirigé(e)s vers l'extérieur de ladite source d'ions (400).
18. Source d'ions (600) selon la revendication 15 caractérisée en ce qu'elle comporte un séparateur de particules (416) positionné entre le générateur d'ions (500) et le dispositif d'ionisation (100, 200). 19. Procédé d'amorçage d'un plasma à la résonance cyclotron électronique dans la chambre étanche d'un dispositif d'ionisation selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce ledit plasma est amorcé par les particules présentes dans ladite chambre étanche sans injection préalable dans ladite chambre d'un gaz d'amorçage.
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