JP2509488B2 - 高速原子線源 - Google Patents
高速原子線源Info
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- 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
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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- Particle Accelerators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、効率よく高速原子線
を放出する高速原子線源に関するものである。
を放出する高速原子線源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】常温の大気中で熱運動をしている原子・
分子は、概ね ０.０５eV前後の運動エネルギーを有して
いる。これに比べてはるかに大きな運動エネルギーで飛
翔する原子・分子の総称を“高速原子”と言い、それが
一方向にビーム状に流れる場合に“高速原子線”と呼
ぶ。
分子は、概ね ０.０５eV前後の運動エネルギーを有して
いる。これに比べてはるかに大きな運動エネルギーで飛
翔する原子・分子の総称を“高速原子”と言い、それが
一方向にビーム状に流れる場合に“高速原子線”と呼
ぶ。
【０００３】従来使用されている、気体原子の高速原子
線を発生する高速原子線源のうち、運動エネルギーが
０.５〜１０ｋeVのアルゴン原子を放射する高速原子線
源の一例を図２に示す。図中、符号１は円筒形陰極、２
はドーナツ状の陽極、３は０.５〜１０ｋVの直流高圧電
源、４はガス導入部であるガスノズル、５はアルゴンガ
ス、６はプラズマ、７は原子放出孔、８は高速原子線、
９は放電安定抵抗である。この動作は次のとおりであ
る。
線を発生する高速原子線源のうち、運動エネルギーが
０.５〜１０ｋeVのアルゴン原子を放射する高速原子線
源の一例を図２に示す。図中、符号１は円筒形陰極、２
はドーナツ状の陽極、３は０.５〜１０ｋVの直流高圧電
源、４はガス導入部であるガスノズル、５はアルゴンガ
ス、６はプラズマ、７は原子放出孔、８は高速原子線、
９は放電安定抵抗である。この動作は次のとおりであ
る。
【０００４】直流高圧電源３、放電安定抵抗９以外の構
成要素を真空容器にいれ十分に排気した後、ガスノズル
４からアルゴンガス５を円筒形陰極１内の内部に注入す
る。ここで直流高電圧電源３によって、ドーナツ状陽極
２が正電位、円筒形陰極１が負電位となるように、直流
電圧を印加する。これで陰極１・陽極２間に放電が起
き、プラズマ６が発生し、アルゴンイオンと電子が生成
される。さらにこの放電において、円筒形陰極１の底面
１０から放出された電子は、陽極２に向かって加速さ
れ、陽極２の中央の孔を通過して、円筒形陰極１の反対
側の底面１１に達し、ここで速度を失って反転し、改め
て陽極２に向かって加速され始める。この様に電子は陽
極２の中央の孔を介して、円筒形陰極１の両方の底面１
０，１１の間を高周波振動し、その間にアルゴンガスに
衝突して、多数のアルゴンイオンを生成する。
成要素を真空容器にいれ十分に排気した後、ガスノズル
４からアルゴンガス５を円筒形陰極１内の内部に注入す
る。ここで直流高電圧電源３によって、ドーナツ状陽極
２が正電位、円筒形陰極１が負電位となるように、直流
電圧を印加する。これで陰極１・陽極２間に放電が起
き、プラズマ６が発生し、アルゴンイオンと電子が生成
される。さらにこの放電において、円筒形陰極１の底面
１０から放出された電子は、陽極２に向かって加速さ
れ、陽極２の中央の孔を通過して、円筒形陰極１の反対
側の底面１１に達し、ここで速度を失って反転し、改め
て陽極２に向かって加速され始める。この様に電子は陽
極２の中央の孔を介して、円筒形陰極１の両方の底面１
０，１１の間を高周波振動し、その間にアルゴンガスに
衝突して、多数のアルゴンイオンを生成する。
【０００５】こうして発生したアルゴンイオンは、円筒
形陰極１の底面１１に向かって加速され、十分な運動エ
ネルギーを得るに到る。この運動エネルギーは、陽極２
・陰極１間の放電維持電圧が、例えば１ｋＶの時は１ｋ
eV程度の値となる。円筒形陰極１の底面１１近傍の空間
は高周波振動をする電子の折り返し点であって、低エネ
ルギーの電子が多数存在する空間である。この空間に入
射したアルゴンイオンは電子と衝突・再結合してアルゴ
ン原子に戻る。イオンと電子の衝突において、電子の質
量がアルゴンイオンに比べて無視できるほどに小さいた
めに、アルゴンイオンの運動エネルギーはほとんど損失
せずにそのまま原子に受け継がれて高速原子となる。従
って、この場合の高速原子の運動エネルギーは、１ｋeV
程度となる。この高速原子は円筒形陰極１の一方の底面
１１に穿たれた原子放出孔７から高速原子線８となって
放出される。
形陰極１の底面１１に向かって加速され、十分な運動エ
ネルギーを得るに到る。この運動エネルギーは、陽極２
・陰極１間の放電維持電圧が、例えば１ｋＶの時は１ｋ
eV程度の値となる。円筒形陰極１の底面１１近傍の空間
は高周波振動をする電子の折り返し点であって、低エネ
ルギーの電子が多数存在する空間である。この空間に入
射したアルゴンイオンは電子と衝突・再結合してアルゴ
ン原子に戻る。イオンと電子の衝突において、電子の質
量がアルゴンイオンに比べて無視できるほどに小さいた
めに、アルゴンイオンの運動エネルギーはほとんど損失
せずにそのまま原子に受け継がれて高速原子となる。従
って、この場合の高速原子の運動エネルギーは、１ｋeV
程度となる。この高速原子は円筒形陰極１の一方の底面
１１に穿たれた原子放出孔７から高速原子線８となって
放出される。
【０００６】図２に示す従来の高速原子線源において
は、ドーナツ状の陽極と円筒形陰極であるが故に放電領
域での電場が陰極にたいして垂直でなく、分布を持つた
め、高速原子線のビームの指向性が良くない場合が存在
する。特に、大口径のビームを得る場合には顕著とな
る。又、ガス導入量の違いによって、中性化率のばらつ
きが生じる。ここで、中性化率は放出されるビームの総
粒子数に対する中性化された高速原子粒子数の比率であ
り、図２に示す従来の高速原子線源の場合、３０〜６０
％程度であった。
は、ドーナツ状の陽極と円筒形陰極であるが故に放電領
域での電場が陰極にたいして垂直でなく、分布を持つた
め、高速原子線のビームの指向性が良くない場合が存在
する。特に、大口径のビームを得る場合には顕著とな
る。又、ガス導入量の違いによって、中性化率のばらつ
きが生じる。ここで、中性化率は放出されるビームの総
粒子数に対する中性化された高速原子粒子数の比率であ
り、図２に示す従来の高速原子線源の場合、３０〜６０
％程度であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】係る従来の技術に鑑
み、本発明の目的は、高い割合でイオンの中性化を行
い、高速原子線を効率よく、且つ、ビームの指向性を良
く放出する、小型の高速原子線源を提供する事にある。
み、本発明の目的は、高い割合でイオンの中性化を行
い、高速原子線を効率よく、且つ、ビームの指向性を良
く放出する、小型の高速原子線源を提供する事にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】係る課題を解決するた
め、本発明の高速原子線源は、多数の原子放出孔を有す
る板状陰極と、それに対向する板状陽極と、これら電極
間で放電を起こすガスを導入するガス導入部とから構成
される。更に、板状陰極の多数の原子放出孔は、その直
径の１〜１００倍の長さを有している。
め、本発明の高速原子線源は、多数の原子放出孔を有す
る板状陰極と、それに対向する板状陽極と、これら電極
間で放電を起こすガスを導入するガス導入部とから構成
される。更に、板状陰極の多数の原子放出孔は、その直
径の１〜１００倍の長さを有している。
【０００９】
【作用】対向する板状陰極と板状陽極間に、直流高圧電
源から、それぞれ、負電位及び正電位が与えられること
により、電極間に導入されたガスが放電し、プラズマ状
態となりイオンが生成される。生成されたイオンは、負
電位の板状陰極に向けて加速され、多数の原子放出孔中
及びその近傍で、中性化され、原子放出孔より外部に、
高速原子線として放出される。対向する板状陽極と板状
陰極により、指向性の良いビームが形成され、原子放出
孔の長さをその直径と比較して長くすることにより、原
子放出孔を通過する過程でイオン粒子が高い比率で中性
化され、原子線の中性化率が向上する。
源から、それぞれ、負電位及び正電位が与えられること
により、電極間に導入されたガスが放電し、プラズマ状
態となりイオンが生成される。生成されたイオンは、負
電位の板状陰極に向けて加速され、多数の原子放出孔中
及びその近傍で、中性化され、原子放出孔より外部に、
高速原子線として放出される。対向する板状陽極と板状
陰極により、指向性の良いビームが形成され、原子放出
孔の長さをその直径と比較して長くすることにより、原
子放出孔を通過する過程でイオン粒子が高い比率で中性
化され、原子線の中性化率が向上する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例の高速原子線源の説
明図である。２１は板状陰極、２２は板状陽極、２３は
絶縁物（セラミック）外筒である。板状陰極２１には図
示のように多数の原子放出孔７を備え、板状陽極２２に
はガス導入孔２４を備えている。図中の符号で図２と共
通のものは、同一の機能・動作を有する要素であり、説
明を省略する。この高速原子線源の動作は次のとおりで
ある。
明図である。２１は板状陰極、２２は板状陽極、２３は
絶縁物（セラミック）外筒である。板状陰極２１には図
示のように多数の原子放出孔７を備え、板状陽極２２に
はガス導入孔２４を備えている。図中の符号で図２と共
通のものは、同一の機能・動作を有する要素であり、説
明を省略する。この高速原子線源の動作は次のとおりで
ある。
【００１１】直流高圧電源３と放電安定抵抗９以外を真
空容器におさめて十分に排気した後、アルゴン等のガス
５をガス導入部であるガスノズル４より導入し、板状陰
極２１と板状陽極２２の間に直流高圧電源３により、負
電位と正電位の高圧直流電圧を印加する。これで板状陰
極２１と板状陽極２２の間に放電が起き、プラズマ６が
発生し、アルゴン等のガス５のイオンと電子が生成され
る。以下、イオンは直流高圧電源３の負電位によって、
板状陰極２１に向かって加速されて大きなエネルギーを
得、板状陰極２１の原子放出孔７中において、残留して
いるガス５の原子・分子と接触して電荷を失い、あるい
は電子との再結合によって電荷を失って高速原子とな
り、原子放出孔７から高速原子線８として放出される。
空容器におさめて十分に排気した後、アルゴン等のガス
５をガス導入部であるガスノズル４より導入し、板状陰
極２１と板状陽極２２の間に直流高圧電源３により、負
電位と正電位の高圧直流電圧を印加する。これで板状陰
極２１と板状陽極２２の間に放電が起き、プラズマ６が
発生し、アルゴン等のガス５のイオンと電子が生成され
る。以下、イオンは直流高圧電源３の負電位によって、
板状陰極２１に向かって加速されて大きなエネルギーを
得、板状陰極２１の原子放出孔７中において、残留して
いるガス５の原子・分子と接触して電荷を失い、あるい
は電子との再結合によって電荷を失って高速原子とな
り、原子放出孔７から高速原子線８として放出される。
【００１２】この原子放出孔７は、その長さが直径の１
〜１００倍であり、直径に対して、比較的長く作られて
いる。さて、板状陰極２１に設けて有る原子放出孔７中
をイオンが通過する際に、残留している原子・分子と接
触して電荷を失い中性化し、高速原子線となる。その中
性化率を高めるために、適切な長さの原子放出孔を用い
る事が、重要であり、原子放出孔７の直径１〜２mmに対
して、通常数mm〜数十mmの長さにより、８０％以上の高
い中性化率が達成できる。原子放出孔の適切な長さは、
放電するガスの種類、圧力等によって変化する。原子放
出孔に入射したイオンが高い比率で中性化されるために
は、ある程度の長さが必要であるが、長過ぎると、残留
ガス粒子との過度の衝突等により、高速原子線としての
エネルギーが失われてしまう。
〜１００倍であり、直径に対して、比較的長く作られて
いる。さて、板状陰極２１に設けて有る原子放出孔７中
をイオンが通過する際に、残留している原子・分子と接
触して電荷を失い中性化し、高速原子線となる。その中
性化率を高めるために、適切な長さの原子放出孔を用い
る事が、重要であり、原子放出孔７の直径１〜２mmに対
して、通常数mm〜数十mmの長さにより、８０％以上の高
い中性化率が達成できる。原子放出孔の適切な長さは、
放電するガスの種類、圧力等によって変化する。原子放
出孔に入射したイオンが高い比率で中性化されるために
は、ある程度の長さが必要であるが、長過ぎると、残留
ガス粒子との過度の衝突等により、高速原子線としての
エネルギーが失われてしまう。
【００１３】図１に示す実施例においては、アルゴン等
のガスは、ガス導入部であるガスノズル４より、絶縁物
（セラミック）外筒２３内に入り、板状陽極２２に設け
られたガス導入孔２４を通って、放電領域である対向し
た板状陽極２２と板状陰極２１の間に入る。そして、放
電によって生成されたイオンは、板状陰極２１に向かっ
て加速され、原子放出孔７より高速原子線として放出さ
れる。
のガスは、ガス導入部であるガスノズル４より、絶縁物
（セラミック）外筒２３内に入り、板状陽極２２に設け
られたガス導入孔２４を通って、放電領域である対向し
た板状陽極２２と板状陰極２１の間に入る。そして、放
電によって生成されたイオンは、板状陰極２１に向かっ
て加速され、原子放出孔７より高速原子線として放出さ
れる。
【００１４】従って、対向した板状陽極２２と板状陰極
２１と、板状陰極２１の多数の原子放出孔７の構成によ
り、指向性の良いビームが形成される。この際、板状陽
極２２に多数のガス導入孔２４が設けられていると、ア
ルゴン等のガス５の流れは、より均一になるため、放電
部におけるガス密度を均一にでき、安定した放電を行え
る。よって、均一な高速原子線が得られる。
２１と、板状陰極２１の多数の原子放出孔７の構成によ
り、指向性の良いビームが形成される。この際、板状陽
極２２に多数のガス導入孔２４が設けられていると、ア
ルゴン等のガス５の流れは、より均一になるため、放電
部におけるガス密度を均一にでき、安定した放電を行え
る。よって、均一な高速原子線が得られる。
【００１５】又、ガス導入部であるガスノズルを、板状
陽極２２と板状陰極２１の間に配置してもよい。この場
合は、板状陽極２２はガス導入孔２４を持たず、外部よ
り導入されたアルゴン等のガスは、直接、板状陽極２２
と板状陰極２３間に入り、放電によりプラズマ状態とな
りイオン化される。かかる構造により、放出される高速
原子線８に対して、垂直方向よりガスの導入が可能とな
り、ガスを陽極側から供給できない場合に便利であり、
装置の小型化等が達成される。
陽極２２と板状陰極２１の間に配置してもよい。この場
合は、板状陽極２２はガス導入孔２４を持たず、外部よ
り導入されたアルゴン等のガスは、直接、板状陽極２２
と板状陰極２３間に入り、放電によりプラズマ状態とな
りイオン化される。かかる構造により、放出される高速
原子線８に対して、垂直方向よりガスの導入が可能とな
り、ガスを陽極側から供給できない場合に便利であり、
装置の小型化等が達成される。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、高い中性化率が得られ、かつ指向性の良い小型の効
率の良い高速原子線源を提供できる。この様に、本発明
による高速原子線は電気的に中性度が高い故に、組成分
析や微細加工等において、金属、半導体ばかりでなく、
イオンビーム法が不得意とするプラスチック、セラミッ
クスなどの絶縁物を対象とする場合にも大きな効果を発
揮することができる。
り、高い中性化率が得られ、かつ指向性の良い小型の効
率の良い高速原子線源を提供できる。この様に、本発明
による高速原子線は電気的に中性度が高い故に、組成分
析や微細加工等において、金属、半導体ばかりでなく、
イオンビーム法が不得意とするプラスチック、セラミッ
クスなどの絶縁物を対象とする場合にも大きな効果を発
揮することができる。
【図１】本発明の一実施例の高速原子線源の説明図。
【図２】従来の高速原子線源の説明図。
１ 円筒形陰極 ２ ドーナツ状の陽極 ３ 直流高圧電源 ４ ガスノズル ５ アルゴンガス ６ プラズマ ７ 原子放出孔 ８ 高速原子線 ９ 放電安定抵抗 ２１ 板状陰極 ２２ 板状陽極 ２３ 絶縁物（セラミックス）外筒 ２４ ガス導入孔
Claims (1)
- 【請求項１】 多数の原子放出孔を有する板状陰極と、
前記板状陰極に対向して設置された多数のガス導入孔が
設けられている板状陽極と、該板状陽極の上流側に配置
され、前記多数のガス導入孔を介して前記板状陰極と板
状陽極間に放電を起こすガスを供給するガス導入部と、
前記板状陰極に負電位、前記板状陽極に正電位を与える
直流高圧電源とから構成され、前記板状陰極の原子放出
孔の長さが、前記原子放出孔の直径の１〜１００倍の長
さを有することを特徴とする高速原子線源。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3261231A JP2509488B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 高速原子線源 |
| DE69210337T DE69210337T2 (de) | 1991-09-12 | 1992-09-08 | Schnelle Atomstrahlquelle |
| AT92115358T ATE137634T1 (de) | 1991-09-12 | 1992-09-08 | Schnelle atomstrahlquelle |
| EP92115358A EP0531949B1 (en) | 1991-09-12 | 1992-09-08 | Fast atom beam source |
| US07/943,569 US5640009A (en) | 1991-09-12 | 1992-09-11 | Fast atom beam source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3261231A JP2509488B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 高速原子線源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121194A JPH05121194A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2509488B2 true JP2509488B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17358964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3261231A Expired - Fee Related JP2509488B2 (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 高速原子線源 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5640009A (ja) |
| EP (1) | EP0531949B1 (ja) |
| JP (1) | JP2509488B2 (ja) |
| AT (1) | ATE137634T1 (ja) |
| DE (1) | DE69210337T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7550715B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-06-23 | Panasonic Corporation | Fast atom bombardment source, fast atom beam emission method, and surface modification apparatus |
Families Citing this family (13)
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|---|---|---|---|---|
| JP3504290B2 (ja) * | 1993-04-20 | 2004-03-08 | 株式会社荏原製作所 | 低エネルギー中性粒子線発生方法及び装置 |
| US5519213A (en) * | 1993-08-20 | 1996-05-21 | Ebara Corporation | Fast atom beam source |
| JPH07169746A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-07-04 | Ebara Corp | 低エネルギー中性粒子線を用いた微細加工装置 |
| US5989779A (en) * | 1994-10-18 | 1999-11-23 | Ebara Corporation | Fabrication method employing and energy beam source |
| JP3328498B2 (ja) * | 1996-02-16 | 2002-09-24 | 株式会社荏原製作所 | 高速原子線源 |
| RU2094896C1 (ru) * | 1996-03-25 | 1997-10-27 | Научно-производственное предприятие "Новатех" | Источник быстрых нейтральных молекул |
| IL118638A (en) * | 1996-06-12 | 2002-02-10 | Fruchtman Amnon | Beam source |
| JPH1153731A (ja) * | 1997-08-01 | 1999-02-26 | Ebara Corp | 磁気ディスク及びその作製方法 |
| US6671034B1 (en) * | 1998-04-30 | 2003-12-30 | Ebara Corporation | Microfabrication of pattern imprinting |
| US6468598B1 (en) | 1998-10-02 | 2002-10-22 | Ebara Corporation | Magnetic disk and method of making thereof |
| JP3912993B2 (ja) | 2001-03-26 | 2007-05-09 | 株式会社荏原製作所 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| JP4042817B2 (ja) | 2001-03-26 | 2008-02-06 | 株式会社荏原製作所 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| CN112366126A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-12 | 成都理工大学工程技术学院 | 一种霍尔离子源及其放电系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4734622A (en) * | 1986-05-14 | 1988-03-29 | Ball Corporation | Dissociator for atomic masers |
| JPH0766760B2 (ja) * | 1986-08-07 | 1995-07-19 | 日本電信電話株式会社 | 収束性高速原子線源 |
| JPH01161699A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高速原子線源 |
| JP2574857B2 (ja) * | 1988-03-09 | 1997-01-22 | 日本電信電話株式会社 | 高速原子線源 |
| JPH0330297A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Copal Electron Co Ltd | 高速原子線源装置 |
| JPH03112100A (ja) * | 1989-09-27 | 1991-05-13 | Ebara Corp | 高速原子線放射装置 |
| JPH0715839B2 (ja) * | 1989-11-22 | 1995-02-22 | 株式会社荏原製作所 | 高速原子線放射装置 |
| US5055672A (en) * | 1990-11-20 | 1991-10-08 | Ebara Corporation | Fast atom beam source |
| JPH0724240B2 (ja) * | 1991-03-05 | 1995-03-15 | 株式会社荏原製作所 | 高速原子線源 |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP3261231A patent/JP2509488B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
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