JPH02199743A - 金属イオン源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は金属イオン源、特に金属イオン用の電子ビーム
励起型イオン源に関するものである。

（従来の技術〕 従来、電子ビームとイオン化物質との相互作用によりプ
ラズマを生成し、イオンビームを得るイオン源として第
２図に示すような金属イオン用電子ビーム励起型イオン
源がある。

このイオン源は、プラズマ生成室６を内部に形成する電
磁レンズ５を！え、中心部に細孔（図示せず）を有する
カソード１がら射出された電子ビームＩＯが引出し電極
３及びアノード４に与えられた電位によって２段加速さ
れて金属ターゲット９に照射され、金属ターゲット９を
加熱、蒸発させ、この金属蒸気に電子ビーム１ｏを衝突
させ、電離することによりプラズマを生成している。そ
してこのプラズマから、引出し電極３と７ノード４の電
位差にしたがってイオンを引き出し、イオンビーム１２
を得ている。従って、このイオン源ではカソード１．ウ
ェネルト２．引出し電極３．アノード４間にかかる電界
を用いて電子ビームを発生・加速するとともにイオンビ
ームを引き出し、加速している。

イオン生成率を高めるためには電子ビーム電流を増大さ
せることが一つの手段であるが、カソード１と引出し電
極３間の電界の大きさにしたがって得られる電子ビーム
電流量の最大値が決定されてしまうために、多量の電子
ビーム電流を得るには電子ビームの加速電圧を高めるこ
とが必要である。またプラズマから実用的な電流量のイ
オンを引き出すためには引出し電圧は高い方が望ましい
。

さらに金属ターゲットを加熱、蒸発させるには電子ビー
ムパワーが大きい方がよい、従って、電子ビームの加速
電圧は最低でも数ＫＶとする必要がある。図中１３．１
４は排気口、１５は引呂し電源、１６は加速電源、１７
はバイアス電源である。

〔発明が解決しようとする課題〕

電子ビームの衝突電離作用によりイオン化物質を電離さ
せるには、イオン化物質の種類にもよるが多くの場合、
電子ビームのエネルギが数１００　ｅ　Ｖのとき最も電
離効率がよくなる。しかしながら前記した理由により電
子ビーム励起型イオン源では電子ビームのエネルギは最
低でも数ＫＶであるためにイオン化物質の電離効率が比
較的低く、従って多量のイオンビーム電流を得ることが
困難であるという欠点があった。

本発明の目的は上述した欠点に鑑みてなされたもので、
比較的簡単な構成で電離効率を高め、比較的大電流を得
ることができる金属イオン用電子ビーム励起型イオン源
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明の金属イオン源におい
ては、中心部に細孔が設けられたカソードを有する該電
子銃から射出された電子ビームを金属ターゲットに入射
させてプラズマを生成し、該プラズマから引き出された
イオンビームを前記電子ビームの進路をさかのぼらせて
前記カソードの細孔から射出する金属イオン用電子ビー
ム励起型イオン源に、 前記電子ビーム入射方向から順次それぞれ異なる電位を
有する第１のプラズマ生成室と第２のプラズマ生成室と
を設け、該第１のプラズマ生成室と該第２のプラズマ生
成室との間に該第２のプラズマ生成室とは異なる電位を
有するアノードを配置してなるものである。

〔作用〕

本発明のイオン源において、第１のプラズマ生成室後方
に配置された第２のプラズマ生成室に電子ビームが入射
することにより第２のプラズマ生成室内に配置された金
属ターゲットを加熱、蒸発させる。この金属蒸気を電子
ビームが衝突電離することにより第１のプラズマ生成室
及び第２のプラズマ生成室においてプラズマが生成され
る。第２のプラズマ生成室とアノードとの電位差によっ
てこのプラズマから荷電粒子が引き出され、第１のプラ
ズマ生成室に入射して電離にあずかるため、第１のプラ
ズマ生成室内での電離効率が高まり。

従って第１のプラズマ生成室から引き出されるイオン電
流を増大させることができる。

〔実施例〕

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の構成図である。第２図の従来
の金属イオン用電子ビーム励起型イオン源と同一構成部
分は同一番号を付して要部以外の説明を省略する。

第１図において１本発明の金属イオン源においては、従
来のプラズマ生成室（第１のプラズマ生成室）６の上方
にプラズマ生成室（第２のプラズマ生成室）８を連設し
たものである。第１のプラズマ生成室６にはフィラメン
トコイル１８が電磁レンズ５と同心上に内装され、第２
のプラズマ生成室８には金属ターゲット９を備え、該タ
ーゲット９を囲む絶縁物２０の外周にはフィラメントコ
イル１９が設置されている。４は第１のプラズマ生成室
６のアノードであり１両室６，８間には第２のアノード
７が設置されている。第２のプラズマ生成室８は引出し
電源１５に接続されている。

中心部に細孔（図示せず）を有するカソード１はＷ製の
直熱型フィラメントからなり、これを加熱することによ
って発生した熱電子はウェネルト２に印加された電圧に
よって成形されるとともに。

加速電源１６によりカソード１に印加された電圧と引出
し電源１５により引出し電極３に印加された電圧との電
位差、及び７ノード４と引出し電極３との電位差によっ
て２段加速され、さらに電磁レンズ５によって集束され
つつ第１の電子ビーム１０として第１のプラズマ生成室
６に突入する。第１の電子ビーム１０の電流の制御はバ
イアス電源１７によりウェネルト２に与えられる電圧を
調整することにより行う、第１のプラズマ生成室６を通
過した第１の電子ビーム１０は第２のプラズマ生成室８
に突入し、さらに第２のプラズマ生成室８内に配置され
た金属ターゲット９に照射され、これを加熱、蒸発させ
る。従って金属ターゲット９を蒸発させるためのヒータ
を特に必要とせず、またヒータによる金属ターゲットの
形状、大きさなどの制限も緩和される。第１の電子ビー
ム１０によって生成された金属蒸気は第２のプラズマ生
成室８とともに第１のプラズマ生成室６に拡散し、金属
ターゲット９を加熱、蒸発させたと同じ第１の電子ビー
ム１０によって第２のプラズマ生成室８内及び第１のプ
ラズマ生成室６内で衝突電離され、プラズマが生成され
る。前記フィラメントコイル１８．１９は、第１のプラ
ズマ生成室６．第２のプラズマ生成室８の内壁に金属蒸
気を付着することを防ぐために設けたものであり、それ
ぞれのプラズマ生成室を加熱している。この場合、第１
のプラズマ生成室６と第２のプラズマ生成室８とは異な
る電位であるために１通常はフィラメントコイル１８と
フィラメントコイル１９とについても異なる電位にする
ことが必要となる。しかしながら本実施例では比較的熱
伝導のよいＳｉＣを絶縁物２０に用い、この絶縁物２０
を介してプラズマ生成室８を加熱することにより、フィ
ラメントコイル１９の電源を＊素化している。もっとも
絶縁物２０は熱伝導性がよければＳｉＣである必要はな
い、また、フィラメントコイル１８、フィラメントコイ
ル１９はなくてもよい。

アノード７と比較して相対的に負の電圧を印加された第
２のプラズマ生成室８の電位によって、第２のプラズマ
生成室８中で生成された電子は第２の電子ビーム１１と
なって引き出され、第１の電子ビーム１０とは逆方向に
進み、第１のプラズマ生成室６に突入する。この第２の
電子ビーム１１も第１のプラズマ生成室６中での金属蒸
気の衝突電離にあずかるため、第１のプラズマ生成室６
中のイオン生成率は高まる。なお、本実施例ではアノー
ド４．第１のプラズマ生成室６．アノード７をそれぞれ
区別しているが、これらは同電位であるので一体構造と
してもよい、また本実施例ではカソード１付近の真空度
をよくするために差動排気をしている。第２のプラズマ
生成室８に電圧を印加する電源に引出し電源１５を用い
ることにより新たに電源を付加する必要はないが、電源
を新たに加えて、第２のプラズマ生成室８の電位を独立
に可変することができる構成としても勿論よい、さらに
、第２のプラズマ生成室８に印加する電圧をアノード７
と比較して正とし、第２のプラズマ生成室８からイオン
を引き出して、このイオンを第１のプラズマ生成室６で
の電離に用いてもよい。

イオンビーム１２は、第１のプラズマ生成室６で生成さ
れたイオンが引出し電極３と７ノード４との電位差に従
って第１の電子ビーム１０と逆方向に引出されることに
よって形成されるが、第２の電子ビーム１１は引出し電
極３付近まで到達することができるため、イオン引出し
においてイオンの空間電荷を緩和し、より多量のイオン
ビームを引き出すことができる。

〔発明の効果〕

以上述べた５通り本発明によれば、従来の金属イオン用
電子ビーム励起型イオン源に比較的簡単な構造の電極、
プラズマ生成室を付加することによって電離効率を高め
ることができ、さらにイオン引出しにおいてイオンの空
間電荷を緩和できるため、より多量のイオン電流を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は従来の電
子ビーム励起型イオン源の構成図である。 １・・・カソード　　　　　　　２・・・ウェネルト３
・・・引出し電極　　　　　　４，７・・・アノード５
・・・電磁レンズ　　　６・・・第１のプラズマ生成室
８・・・第２のプラズマ生成室　９・・・金属ターゲッ
ト１０・・・第１の電子ビーム　　１１・・・第２の電
子ビームｌ２・・・イオンビーム １５・・・引出し電源 １７・・・バイアス電源 １８．１９・・・フィラメントコイル １３．１４・・・排気口 １６・・・加速電源 ２０・・・絶縁物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心部に細孔が設けられたカソードを有する該電
   子銃から射出された電子ビームを金属ターゲットに入射
   させてプラズマを生成し、該プラズマから引き出された
   イオンビームを前記電子ビームの進路をさかのぼらせて
   前記カソードの細孔から射出する金属イオン用電子ビー
   ム励起型イオン源に、 前記電子ビーム入射方向から順次それぞれ異なる電位を
   有する第１のプラズマ生成室と第２のプラズマ生成室と
   を設け、該第１のプラズマ生成室と該第２のプラズマ生
   成室との間に該第２のプラズマ生成室とは異なる電位を
   有するアノードを配置してなることを特徴とする金属イ
   オン源。