JP3154018B2 - イオン源 - Google Patents

イオン源

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JP3154018B2
JP3154018B2 JP24924492A JP24924492A JP3154018B2 JP 3154018 B2 JP3154018 B2 JP 3154018B2 JP 24924492 A JP24924492 A JP 24924492A JP 24924492 A JP24924492 A JP 24924492A JP 3154018 B2 JP3154018 B2 JP 3154018B2
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plasma chamber
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靖夫 山下
嘉彦 磯谷
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、イオン源に関し、さ
らに詳しくは、イオン化効率を向上させることが可能な
イオン源に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のイオン源としては、例えば、理化
学研究所報告(第64巻 第4号 第143頁 198
8年12月発行)に掲載された「ECR(=電子サイク
ロトロン共振)多価イオン源」が挙げられる。図3は、
その断面図である。このECR多価イオン源Bでは、永
久磁石2とソレノイドコイル3とによる合成磁場を利用
して、プラズマチャンバ1内に、電子サイクロトロン共
振領域4が形成される。
【0003】プラズマチャンバ1の一端(図中、左端)
1a側には、前記電子サイクロトロン共振領域4で生成
されたイオンを、外部へ導出するための引出電極5が配
設されている。プラズマチャンバ1の他端(図中、右
端)1b側には、延長筒体6を介して、プラズマチャン
バ1内を高真空下に保つための真空ポンプ7およびプラ
ズマチャンバ1内へマイクロ波8を導入するためのマイ
クロ波導入管9が配設されている。また、前記延長筒体
6内には、プラズマチャンバ1内へガス10を導入する
ためのガス導入管11が配設されている。
【0004】真空ポンプ7にてプラズマチャンバ1内を
例えば10-6Torrの真空状態とした後、ソレノイドコイ
ル3を励磁し、マイクロ波8をプラズマチャンバ4内へ
導入すると、プラズマチャンバ1内に、電子サイクロト
ロン共振領域4が形成される。ガス10を供給すると、
電子サイクロトロン共振領域4で、サイクロトロン共振
により加速された電子がガス分子に衝突し、ガス分子を
イオン化する。電子は、イオンにも衝突し、多価イオン
化する。こうして、電子サイクロトロン共振により多価
イオンが次第に高濃度になる。高濃度になった多価イオ
ンの一部は、引出電極5側に拡散し、引出電極5の電界
により引き出され、外部へ導出される。
【0005】
【発明が解決しょうとする課題】上記従来のECR多価
イオン源Bにおいて、イオン電流を大きくするために
は、多価イオンを高濃度に生成すればよいが、電子サイ
クロトロン共振領域4でトラップされている電子が限ら
れているため、生成できる多価イオンに限界があり、イ
オン電流を大きくできない問題点があった。そこで、こ
の発明の目的は、電子サイクロトロン共振領域に電子を
外から供給することにより多価イオンを高濃度化可能と
し,これによりイオン電流を大きく出来るようにしたイ
オン源を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
プラズマチャンバ内で生成されたイオンを引出電極によ
り引き出して外部へ導出するイオン源において、引出電
極に熱電子発生材料を付設し、プラズマチャンバ内から
引き出されたイオンとの衝突により前記熱電子発生材料
がプラズマチャンバ内へ電子を供給することを構成上の
特徴とするものである。上記構成において、熱電子発生
材料としては、ホウ化ランタン(LaB6)を用いることが
好ましい。また、上記構成において、引出電極は、移動
可能とすることが好ましい。
【0007】
【作用】この発明のイオン源では、引出電極に熱電子発
生材料が付設されている。このため、プラズマチャンバ
内から引き出されたイオンの一部が熱電子発生材料に衝
突する。すると、熱電子発生材料が加熱され、電子を放
出する。熱電子発生材料から放出された電子は、電界ま
たは拡散によりプラズマチャンバ内へ飛行する。したが
って、プラズマチャンバ内の電子密度が高くなり、イオ
ン化効率を向上させることが出来る。
【0008】
【実施例】以下、図に示す実施例に基づいてこの発明を
さらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限
定されるものではない。図1は、この発明の電子サイク
ロトロン共振イオン源の一実施例の断面図である。な
お、従来例と同様の構成要素には、同じ参照番号を付し
ている。この電子サイクロトロン共振イオン源Aでは、
その中央部に、円筒状のプラズマチャンバ1を備えてい
る。
【0009】永久磁石2は、プラズマチャンバ1の径方
向(図中、上下方向)に磁場を形成する。ソレノイドコ
イル3は、ソレノイドコイル用電源3Aから供給される
コイル電流によって励磁され、プラズマチャンバ1の軸
線方向(図中、左右方向)に磁場を形成する。電子サイ
クロトロン共振領域4は、前記永久磁石2とソレノイド
コイル3とによる合成磁場および後述するマイクロ波に
より、プラズマチャンバ1内に形成される。
【0010】プラズマチャンバ1の一端(図中、左端)
1a側には、前記電子サイクロトロン共振領域4で生成
されたイオンを、導出管24へ導出するための引出電極
5が配設されている。引出電極5は、プラズマチャンバ
1の軸線方向に移動可能な状態で保持筒体21に保持さ
れている。引出電極5のプラズマチャンバ1側の先端部
には、図2に詳細に示すように、熱電子発生材料5aが
付設されている。この熱電子発生材料5aは、例えばホ
ウ化ランタン(LaB6)である。前記保持筒体21は、絶
縁体22を介して、前記プラズマチャンバ1の一端1a
と接続している。
【0011】プラズマチャンバ1の他端(図中、右端)
1b側には、延長筒体6を介して、プラズマチャンバ1
内を高真空に保つための真空ポンプ7が配設されてい
る。また、前記延長筒体6内には、プラズマチャンバ1
内へガス10を導入するためのガス導入管11が配設さ
れている。
【0012】前記引出電極5を保持する保持筒体21と
真空ポンプ7との間には、引出電極用高圧電源25が接
続されており、前記プラズマチャンバ1の一端1aと引
出電極5との間に高電圧の引出電圧が加わるようになっ
ている。但し、プラズマチャンバ1の一端1aが正極で
あり、引出電極5が負極である。プラズマチャンバ1の
中央部には、マイクロ波源20で発生するマイクロ波8
をプラズマチャンバ1内へ導入するためのマイクロ波導
波管8Aが配設されている。
【0013】次に、動作について説明する。真空ポンプ
7にてプラズマチャンバ1内を例えば10-6Torrの真空
状態とした後、ソレノイドコイル用電源3Aからコイル
電流を供給してソレノイドコイル3を励磁し、プラズマ
チャンバ1内へマイクロ波8を導入すると、プラズマチ
ャンバ1内に電子サイクロトロン共振領域4が形成され
る。ガス10を供給すると、電子サイクロトロン共振領
域4で、サイクロトロン共振により加速された電子がガ
ス分子に衝突しガス分子をイオン化する。また、電子
は、イオンにも衝突し、多価イオン化する。こうして、
電子サイクロトロン共振により多価イオンが次第に高濃
度になる。高濃度になった多価イオンの一部は、引出電
極5側に拡散し、引出電極5の電界により引き出され、
導出管24へ導出される。
【0014】このとき、プラズマチャンバ1内から引き
出されたイオンの一部が、引出電極5に付設した熱電子
発生材料5aに衝突して、熱電子発生材料5aを加熱す
る。加熱された熱電子発生材料5aは、電子を放出す
る。熱電子発生材料5aから放出された電子は、前記プ
ラズマチャンバ1の一端1aと引出電極5との間の電界
によって、イオンとは反対向きに加速されて、プラズマ
チャンバ1の一端1aの開口を通って電子サイクロトロ
ン共振領域4へ飛行する。電子サイクロトロン共振領域
4へ入った電子は、サイクロトロン共振により加速され
て、ガス分子に衝突し、ガス分子をイオン化する。ま
た、イオンに衝突し、多価イオン化する。かくして、イ
オン化効率が向上し、大きなイオン電流を取り出せるよ
うになる。
【0015】なお、プラズマチャンバ1内から引き出さ
れたイオンの一部が好適に熱電子発生材料5aに衝突す
るように、引出電極5を軸線方向に移動して、位置調整
するのが好ましい。
【0016】上記実施例では、電子サイクロトロン共振
イオン源について説明したが、他のタイプのイオン源
(例えばマグネトロンを利用したタイプのイオン源)に
も、この発明を適用可能である。
【0017】
【発明の効果】この発明のイオン源によれば、熱電子発
生材料から電子を放出してプラズマチャンバへ供給し,
プラズマチャンバ内の電子密度を高くできるので、イオ
ン化効率を向上させることが出来る。従って、イオン電
流を大きく出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のイオン源の一実施例の断面図であ
る。
【図2】図1の装置の引出電極と熱電子発生材料につい
ての断面図である。
【図3】従来のイオン源の一例の断面図である。
【符号の説明】
A 電子サイクロトロン共振イオン源 1 プラズマチャンバ 2 永久磁石 3 ソレノイドコイル 4 電子サイクロトロン共振領域 5 引出電極 5a 熱電子発生材料 8 マイクロ波 10 ガス 25 引出電極用高圧電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−174763(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/08 H01J 27/00 - 27/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマチャンバ内で生成されたイオン
    を引出電極により引き出して外部へ導出するイオン源に
    おいて、 引出電極に熱電子発生材料を付設し、プラズマチャンバ
    内から引き出されたイオンとの衝突により前記熱電子発
    生材料がプラズマチャンバ内へ電子を供給することを特
    徴とするイオン源。
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