JPH01146231A - デュオプラズマトロンイオン源 - Google Patents
デュオプラズマトロンイオン源Info
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- JPH01146231A JPH01146231A JP30340987A JP30340987A JPH01146231A JP H01146231 A JPH01146231 A JP H01146231A JP 30340987 A JP30340987 A JP 30340987A JP 30340987 A JP30340987 A JP 30340987A JP H01146231 A JPH01146231 A JP H01146231A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、微細イオンビームを発生できるデュオプラズ
マトロンイオン源に関するものである。
マトロンイオン源に関するものである。
［従来の技術］
デュオプラズマトロンイオン源は、一般に知られている
ようにイオンビームの取り出し小孔部に密接して高密度
の安定なプラズマが発生され、しかも低電圧アーク放電
であるためにイオン温度が低く、またプラズマは軸方向
の強い磁場の集束作用によりイオンビームの取り出し小
孔部の口径と同程度の太さのフィラメント状の形態を成
しており、その結果高密度のプラズマの発生が極めて効
率よく行われる。
ようにイオンビームの取り出し小孔部に密接して高密度
の安定なプラズマが発生され、しかも低電圧アーク放電
であるためにイオン温度が低く、またプラズマは軸方向
の強い磁場の集束作用によりイオンビームの取り出し小
孔部の口径と同程度の太さのフィラメント状の形態を成
しており、その結果高密度のプラズマの発生が極めて効
率よく行われる。
従来のデュオプラズマトロンイオン源の構造は、添付図
面の第２図に示すようにフィラメントＡ１を備えた陰極
Ａと鉄材製の陽［ＪＢとの間に鉄材製の中間電極Ｃが設
けられ、陽極Ｂと中間電極Ｃとの間には励磁コイルＤが
配置され、これら画電極Ｂ、Ｃ間に磁路が形成され、軸
方向磁界を発生するようにされている。陽［！Ｂはビー
ム取出し用小孔部Ｂ１を備えている。このビーム取出し
用小孔部Ｂ１はイオン照撃により損傷され易く、これを
避けるために、この小孔部Ｂ１の周囲は通常金属ボタン
と呼ばれる耐熱・耐スパツタ性の部材Ｅが取付けられて
いる。
面の第２図に示すようにフィラメントＡ１を備えた陰極
Ａと鉄材製の陽［ＪＢとの間に鉄材製の中間電極Ｃが設
けられ、陽極Ｂと中間電極Ｃとの間には励磁コイルＤが
配置され、これら画電極Ｂ、Ｃ間に磁路が形成され、軸
方向磁界を発生するようにされている。陽［！Ｂはビー
ム取出し用小孔部Ｂ１を備えている。このビーム取出し
用小孔部Ｂ１はイオン照撃により損傷され易く、これを
避けるために、この小孔部Ｂ１の周囲は通常金属ボタン
と呼ばれる耐熱・耐スパツタ性の部材Ｅが取付けられて
いる。
［発明が解決しようとする問題点］
上述のような従来公知のデュオプラズマトロンイオン源
では、通常陽極を鉄で作り、中央のビーム取出し用小孔
部に例えばタングステン等の耐熱性、耐スパツタ性の金
属ボタンが挿置されているが、陽極すなわち磁極の中心
に非磁性の金属ボタンが存在するため、陽極面上に鋭く
集束した磁束を形成することができず、その結果、陽極
面上のビーム取出し小孔部にプラズマを鋭く絞ることが
離しくなっている。また、ビーム取出し用小孔部の近く
で磁場の一様性が乱れるために、この場所からイオンの
引出しが行われる場合にはプラズマの境界面が平面とは
著しく外れたものとなり、従って引出されるイオンビー
ムは平行性の悪いものとなり、エミツタンスを劣化させ
る結果となっている。また、＠極のビーム取出し用小孔
部に挿置される耐熱性の金属ボタンの先端を鋭くすると
、それ自体の寿命が短くなるという問題かある。
では、通常陽極を鉄で作り、中央のビーム取出し用小孔
部に例えばタングステン等の耐熱性、耐スパツタ性の金
属ボタンが挿置されているが、陽極すなわち磁極の中心
に非磁性の金属ボタンが存在するため、陽極面上に鋭く
集束した磁束を形成することができず、その結果、陽極
面上のビーム取出し小孔部にプラズマを鋭く絞ることが
離しくなっている。また、ビーム取出し用小孔部の近く
で磁場の一様性が乱れるために、この場所からイオンの
引出しが行われる場合にはプラズマの境界面が平面とは
著しく外れたものとなり、従って引出されるイオンビー
ムは平行性の悪いものとなり、エミツタンスを劣化させ
る結果となっている。また、＠極のビーム取出し用小孔
部に挿置される耐熱性の金属ボタンの先端を鋭くすると
、それ自体の寿命が短くなるという問題かある。
ところで、エミツタンスはイオンビームの質を表す重要
なファクタであり、このエミツタンスの値が小さければ
小さいほど良質のビームということができ、集束レンズ
系を用いてビーム径を十分小さくできる。エミツタンス
が、イオン源から引出されたイオンビームの送り込まれ
る集束レンズ系や加速系のアクセプタンスより小さけれ
ば、イオンビームはその系を通過することができるが、
エミツタンスがその系のアクセプタンスより大きければ
、イオンビームの一部はその系に捕捉されて損失となる
。そのため、表面分析等に用いられる微細なイオンビー
ムを得るためにはエミツタンスの小さいビームが要求さ
れる。
なファクタであり、このエミツタンスの値が小さければ
小さいほど良質のビームということができ、集束レンズ
系を用いてビーム径を十分小さくできる。エミツタンス
が、イオン源から引出されたイオンビームの送り込まれ
る集束レンズ系や加速系のアクセプタンスより小さけれ
ば、イオンビームはその系を通過することができるが、
エミツタンスがその系のアクセプタンスより大きければ
、イオンビームの一部はその系に捕捉されて損失となる
。そのため、表面分析等に用いられる微細なイオンビー
ムを得るためにはエミツタンスの小さいビームが要求さ
れる。
そこで、本発明の目的は、上記のような従来装置のもつ
問題点を解消してエミツタンスが小さくて微細なイオン
ビームを形成でき、しかも寿命の長い改良型のデュオプ
ラズマトロンイオン源を提供することにある。
問題点を解消してエミツタンスが小さくて微細なイオン
ビームを形成でき、しかも寿命の長い改良型のデュオプ
ラズマトロンイオン源を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
上記の目的を達成するなめに、本発明によるデュオプラ
ズマトロンイオン源は、陽極と陰極との間に中間電極を
設け、上記陽極と陰極との間にアーク放電を発生させて
プラズマを生成し、上記陽極自体を耐熱性の非鉄金属で
構成し、その前方に位置する上記引出電極を鉄製とし、
上記中間電極と上記引出電極との間に磁気回路を設けて
これら両電極間に軸方向磁界を形成し、上記陽極のビー
ム取出し小孔部において磁束が最も細く成るように構成
したことを特徴としている。
ズマトロンイオン源は、陽極と陰極との間に中間電極を
設け、上記陽極と陰極との間にアーク放電を発生させて
プラズマを生成し、上記陽極自体を耐熱性の非鉄金属で
構成し、その前方に位置する上記引出電極を鉄製とし、
上記中間電極と上記引出電極との間に磁気回路を設けて
これら両電極間に軸方向磁界を形成し、上記陽極のビー
ム取出し小孔部において磁束が最も細く成るように構成
したことを特徴としている。
［作 用］
このように構成した本発明のデュオプラズマトロンイオ
ン源では、中間電極と引出電極とを通る磁気回路により
中間電極から引出電極に向って軸方向に強力な磁界が発
生されるため、プラズマは磁気圧縮され、プラズマ密度
を高めることができる。すなわち、陽極のビーム取出し
小孔部付近において磁場の集束の度合がもっとも大きく
なり、小孔部の先方までほぼ平行な磁場が存在する。こ
の条件の下では、プラズマ境界は平面となり、そこから
平行なイオンビームが出発するため小孔部の通過による
ビーム強度の損失が少なく、強度の高い良質の細いイオ
ンビームが得られることになる。また、ビーム引出し部
における磁界は陽極のビーム取出し小孔部から引出電極
にかけてほぼ平行に走り、引出電極の直前で急に発散す
る。従ってイオンビームは引出電極の直前まで平行に加
速され、充分高いエネルギをもった後で最小のビーム径
の状態で磁場を横切ることができる。
ン源では、中間電極と引出電極とを通る磁気回路により
中間電極から引出電極に向って軸方向に強力な磁界が発
生されるため、プラズマは磁気圧縮され、プラズマ密度
を高めることができる。すなわち、陽極のビーム取出し
小孔部付近において磁場の集束の度合がもっとも大きく
なり、小孔部の先方までほぼ平行な磁場が存在する。こ
の条件の下では、プラズマ境界は平面となり、そこから
平行なイオンビームが出発するため小孔部の通過による
ビーム強度の損失が少なく、強度の高い良質の細いイオ
ンビームが得られることになる。また、ビーム引出し部
における磁界は陽極のビーム取出し小孔部から引出電極
にかけてほぼ平行に走り、引出電極の直前で急に発散す
る。従ってイオンビームは引出電極の直前まで平行に加
速され、充分高いエネルギをもった後で最小のビーム径
の状態で磁場を横切ることができる。
また、本発明では、陽極のビーム取出し小孔部は軸方向
の磁束が最も細くなる位置に位置決めされているので、
比較的プラズマにさらされることが少なく、孔径を小さ
く鋭くしても長時間安定して作動でき、低エミツタンス
のイオンビームを得ることができる。
の磁束が最も細くなる位置に位置決めされているので、
比較的プラズマにさらされることが少なく、孔径を小さ
く鋭くしても長時間安定して作動でき、低エミツタンス
のイオンビームを得ることができる。
［実 施 °例］
以下、添付図面の第１図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
第１図には、本発明の一実施例を概略的に示し、１は陰
極で、円筒状ハウジング２内に配置されている。この陰
極１は傍熱型ホローカソードで、内面には酸化バリウム
が塗布されている０円筒状ハウジング２の一端には中間
型ｔｉｆ１３が陰＠１と同軸上に設けられている。中間
電極３の前方には非鉄金属から成る非磁性の陽極４が同
軸的に配置され、この陽極４は中央にビーム取出し用の
孔径が小さく（例えば０．４ｎ＋ｎ程度）て鋭い小孔部
４ａを備えている。陽極４の前方には第１引出電極５お
よび第２引出電極６がそれぞれ同軸的に配置されている
。
極で、円筒状ハウジング２内に配置されている。この陰
極１は傍熱型ホローカソードで、内面には酸化バリウム
が塗布されている０円筒状ハウジング２の一端には中間
型ｔｉｆ１３が陰＠１と同軸上に設けられている。中間
電極３の前方には非鉄金属から成る非磁性の陽極４が同
軸的に配置され、この陽極４は中央にビーム取出し用の
孔径が小さく（例えば０．４ｎ＋ｎ程度）て鋭い小孔部
４ａを備えている。陽極４の前方には第１引出電極５お
よび第２引出電極６がそれぞれ同軸的に配置されている
。
中間電極３、陽極４、第１引出電極５および第２引出電
極６の各隣接電極間はそれぞれ石英ガラスのような絶縁
体７．８．９で絶縁されると共に所定の間開に保持され
ている。また第１図において１０はＢＪｒｉ！ｉコイル
テアル。
極６の各隣接電極間はそれぞれ石英ガラスのような絶縁
体７．８．９で絶縁されると共に所定の間開に保持され
ている。また第１図において１０はＢＪｒｉ！ｉコイル
テアル。
中間電極３および第１引出電極５は電磁軟鉄で構成され
、ＷｆＪ磁コイル１０の作る磁界がこれらの画電極を通
る磁気回路を形成するようにされている。
、ＷｆＪ磁コイル１０の作る磁界がこれらの画電極を通
る磁気回路を形成するようにされている。
これにより中間電極３から第１引出電極５へ向って軸方
向に強い磁界が発生される。
向に強い磁界が発生される。
なお、図示実施例では、磁気回路はイオン源の本体と引
出電極とに股がって形成されているため、電気的絶縁の
目的で符号１１で示すように磁気回路の途中に数千ボル
ト程度の電位差に堪える電気絶縁部材（例えばテフロン
シート）が挿置される。
出電極とに股がって形成されているため、電気的絶縁の
目的で符号１１で示すように磁気回路の途中に数千ボル
ト程度の電位差に堪える電気絶縁部材（例えばテフロン
シート）が挿置される。
中間電極３から第１引出電Ｉ＃Ｉ５へ向う軸方向磁界は
、磁束が陽！ｆ！４のビーム取出し小孔部４ａにおいて
最も細くなるようにされる。
、磁束が陽！ｆ！４のビーム取出し小孔部４ａにおいて
最も細くなるようにされる。
このように構成された図示装置の動作において、陰極１
から放出された熱電子は、高抵抗を介して２００■の電
圧の印加された中間電極３と陰極１との間のプラズマ生
成室で導入された動作ガスと衡突し、電離し、プラズマ
が形成される。このプラズマは陽ｆｉ４まで伸びてアー
ク放電となり、中間電極３と第１引出電ｆ！５とを通る
磁気回路による軸方向磁界の作用を受けて圧縮され、プ
ラズマ密度が高められる。第２引出電極６と陽極４との
間には一２５ｋＶの電圧が印加され、これによりイオン
ビームの引出エネルギを決定している。−力筒１引出電
極５は陽＃！４の電位に対して１５ｋＶの電圧が印加さ
れ得る。この二段引出によりイオンに与えるエネルギを
変えることなしに、プラズマのメニスカスの状態を第１
引出電極５の電圧によって変えることができ、最大イオ
ン電流を引出すことができる。
から放出された熱電子は、高抵抗を介して２００■の電
圧の印加された中間電極３と陰極１との間のプラズマ生
成室で導入された動作ガスと衡突し、電離し、プラズマ
が形成される。このプラズマは陽ｆｉ４まで伸びてアー
ク放電となり、中間電極３と第１引出電ｆ！５とを通る
磁気回路による軸方向磁界の作用を受けて圧縮され、プ
ラズマ密度が高められる。第２引出電極６と陽極４との
間には一２５ｋＶの電圧が印加され、これによりイオン
ビームの引出エネルギを決定している。−力筒１引出電
極５は陽＃！４の電位に対して１５ｋＶの電圧が印加さ
れ得る。この二段引出によりイオンに与えるエネルギを
変えることなしに、プラズマのメニスカスの状態を第１
引出電極５の電圧によって変えることができ、最大イオ
ン電流を引出すことができる。
［発明の効果コ
以上説明してきたように、本発明によれば、中間電極と
引出電極とを通る磁気回路を形成し、中間電極から引出
電極陽極に向って軸方向の磁界の磁束が陽極の中央にお
けるビーム取出し小孔部において最も細くなるように構
成しているので、ビーム取出し小孔部の孔径を小さくし
かも鋭くでき、その結果引出電極から引出されるイオン
ビームのエミツタンスは従来構造のものより一段と小さ
くすることができ、微細なイオンビームを発生させるこ
とができ、しかも陽極のビーム取出し小孔部を小さく鋭
くしてもプラズマにさらされる度合いが少なくなり、装
置の長寿命化が期待できる。
引出電極とを通る磁気回路を形成し、中間電極から引出
電極陽極に向って軸方向の磁界の磁束が陽極の中央にお
けるビーム取出し小孔部において最も細くなるように構
成しているので、ビーム取出し小孔部の孔径を小さくし
かも鋭くでき、その結果引出電極から引出されるイオン
ビームのエミツタンスは従来構造のものより一段と小さ
くすることができ、微細なイオンビームを発生させるこ
とができ、しかも陽極のビーム取出し小孔部を小さく鋭
くしてもプラズマにさらされる度合いが少なくなり、装
置の長寿命化が期待できる。
第１図は本発明の一実施例を概略的に示す断面図、第２
図は従来のデュオプラズマトロンイオン源を概略的に示
す原理図である。 図 中 １：陰極 ３：中間電極 ４：陽極 ４ａ：ビーム取出し小孔部 ５：第１引出電極 １０：励磁コイル １１：電気絶縁部材
図は従来のデュオプラズマトロンイオン源を概略的に示
す原理図である。 図 中 １：陰極 ３：中間電極 ４：陽極 ４ａ：ビーム取出し小孔部 ５：第１引出電極 １０：励磁コイル １１：電気絶縁部材
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、陽極と陰極との間に中間電極を設け、上記陽極と陰
極との間にアーク放電を発生させ、軸方向磁界の作用に
より上記陽極のビーム取出し小孔部付近にその口径と同
程度の太さの高密度プラズマを生成し、上記ビーム取出
し小孔部を通して上記陽極の前方に設けた引出電極から
イオンビームを引出すようにしたデュオプラズマトロン
イオン源において、上記陽極自体を耐熱性の非鉄金属で
構成し、その前方に位置する上記引出電極を鉄製とし、
上記中間電極と上記引出電極との間に磁気回路を設けて
これら両電極間に軸方向磁界を形成し、上記陽極のビー
ム取出し小孔部において磁束が最も細く成るように構成
したことを特徴とするデュオプラズマトロンイオン源。 ２、中間電極と引出電極との間に形成される磁気回路を
構成している部分の一部が電気絶縁物で構成されている
特許請求の範囲第１項に記載のデュオプラズマトロンイ
オン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30340987A JP2610281B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | デュオプラズマトロンイオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30340987A JP2610281B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | デュオプラズマトロンイオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01146231A true JPH01146231A (ja) | 1989-06-08 |
| JP2610281B2 JP2610281B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=17920677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30340987A Expired - Lifetime JP2610281B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | デュオプラズマトロンイオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2610281B2 (ja) |
-
1987
- 1987-12-02 JP JP30340987A patent/JP2610281B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2610281B2 (ja) | 1997-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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