JPH02213024A - Ion source - Google Patents

Ion source

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JPH02213024A
JPH02213024A JP3402189A JP3402189A JPH02213024A JP H02213024 A JPH02213024 A JP H02213024A JP 3402189 A JP3402189 A JP 3402189A JP 3402189 A JP3402189 A JP 3402189A JP H02213024 A JPH02213024 A JP H02213024A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
wehnelt
electron beam
anode
plasma generation
Prior art date
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Pending
Application number
JP3402189A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisanori Ishida
寿則 石田
Tsuyoshi Nakamura
強 中村
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3402189A priority Critical patent/JPH02213024A/en
Publication of JPH02213024A publication Critical patent/JPH02213024A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve ionization efficiency in simple structure without adding a new power source by providing a Wehnelt electrode arranged on the rear part of a plasma production chamber and an anode provided between the Wehnelt electrode and the plasma production chamber. CONSTITUTION:A first electron beam 10 projected into a plasma production chamber 15 passes through a second anode 6 and is injected into a second Wehnelt 7, which is electrically insulated and thus whose electric potential is enhanced according to the incidence of the first electron beam 10. When the electric potential of the second Wehnelt 7 is enhanced and approaches that of a cathode 1, plasma is generated in a second plasma production region 13 in the Wehnelt 7. Discharge does not occur in other region than in the Wehnelt 7 and in the anode 6 by means of a shield electrode 8. A plasma electron gun is formed, whose cathode surface is the generated plasma, whereby an electron is extracted by the difference between the electric potential of the Wehnelt 7 and of the anode 6, and is accelerated and injected into the plasma production chamber 15.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン源に間し、特に電子ビーム励起型イオン
源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to ion sources, and more particularly to electron beam excited ion sources.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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電
子ビーム励起型イオン源がある([公開特許公報(A)
昭62−64034  ビームプラズマ型イオン銃j参
照)、このイオン源では同一の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なめには電子ビーム
電流を増大させることが必要であるが、多量の電子ビー
ム電流を得るためには電子ビームの加速電圧を高めなく
てはならない、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。
Conventionally, there is an electron beam-excited ion source as an ion source that generates plasma and obtains an ion beam through the interaction of an electron beam and an ionized substance ([Patent Publication (A)]
This ion source uses the same electric field to generate and accelerate an electron beam, as well as extract and accelerate an ion beam. In order to increase the ion production rate, it is necessary to increase the electron beam current, but in order to obtain a large amount of electron beam current, it is necessary to increase the electron beam acceleration voltage, and it is also necessary to increase the practical current from the plasma. In order to extract a large amount of ions, it is desirable that the extraction voltage be high.

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。
Therefore, the accelerating voltage of the electron beam needs to be at least several KV.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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100eVのとき最も電離効率
がよくなる。しかしながら前述の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加速電圧は最低でも数
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。
In order to ionize an ionized substance by the impact ionization effect of an electron beam, the ionization efficiency is often highest when the energy of the electron beam is several hundred eV, although it depends on the type of the ionized substance. However, for the reasons mentioned above, in electron beam excited ion sources, the accelerating voltage of the electron beam is at least several KV, so the ionization efficiency of the ionized substance is relatively low, and therefore it is difficult to obtain a large amount of ion beam current. There were drawbacks.

本発明の目的は、このような欠点を除き、新たに電源を
付加することなく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電子ビーム励起型イオ
ン源を提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate such drawbacks, increase ionization efficiency with a relatively simple configuration without adding a new power source, and
An object of the present invention is to provide an electron beam-excited ion source that can obtain a relatively large current.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の構成は、中心部に細孔が設けられたカソードを
有する電子銃と、この電子銃から射出された電子ビーム
が入射してプラズマを生成するプラズマ生成室とからな
り、このプラズマ生成室のプラズマから引き出されたイ
オンビームが前記電子ビームの進路を逆流して前記カソ
ードの細孔から射出される構造の電子ビーム励起型イオ
ン源において、前記プラズマ生成室後方に配置され前記
電子ビームを入射せしめる孔を有し電気的に絶縁された
ウェネルト電極と、このウェネルト電極と前記プラズマ
生成室との間に設けられたアノードと、このアノードと
同電位に保たれ前記ウェネルト電極を囲むシールド電極
とを備えたことを特徴とする。
The configuration of the present invention includes an electron gun having a cathode with a pore in the center, and a plasma generation chamber into which the electron beam emitted from the electron gun enters and generates plasma. An electron beam-excited ion source has a structure in which an ion beam extracted from the plasma flows backward through the path of the electron beam and is ejected from the pores of the cathode. a Wehnelt electrode that is electrically insulated and has a hole that extends therein; an anode that is provided between the Wehnelt electrode and the plasma generation chamber; and a shield electrode that is kept at the same potential as the anode and surrounds the Wehnelt electrode. It is characterized by having

〔作用〕[Effect]

本発明のイオン源の構成において、プラズマ生成室後方
に電気的に絶縁されたウェネルト電極に電子ビームが入
射することによりウェネルトtvflはフローティング
ポテンシャルとなるにのウェネルト電極とアノードとの
電位差によって放電が発生しウェネルト電極内にプラズ
マが生成される。従って、このプラズマをカソードとす
るプラズマ電子銃が形成され、このプラズマ電子銃がら
発生した電子ビームがプラズマ生成室内に入射し電離に
あずかるため、プラズマ生成室内でのt離動率が高まり
イオン電流を増大させることができる。また、プラズマ
電子銃の電子ビームは比較的高エネルギであるため、イ
オン引出し電極付近まで到達することができ、イオン引
出しにおける空間電荷榎和俤数を増大させることができ
、さらに多量のイオンを引き出すことができる。
In the configuration of the ion source of the present invention, when the electron beam is incident on the Wehnelt electrode electrically insulated at the rear of the plasma generation chamber, the Wehnelt tvfl becomes a floating potential, and a discharge occurs due to the potential difference between the Wehnelt electrode and the anode. A plasma is then generated within the Wehnelt electrode. Therefore, a plasma electron gun is formed using this plasma as a cathode, and the electron beam generated by this plasma electron gun enters the plasma generation chamber and participates in ionization, increasing the t-separation rate within the plasma generation chamber and increasing the ion current. can be increased. In addition, since the electron beam of the plasma electron gun has relatively high energy, it can reach the vicinity of the ion extraction electrode, increasing the number of space charges in ion extraction, and extracting even more ions. be able to.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。 Next, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図・は本発明の一実施例を模式的に示した断面図で
ある。中心部に細孔(図示せず)を有するカソード1は
、W製の直熱型リボンフィラメントとなっている。この
カソード1を加熱することによって発生した熱電子は、
第1のウェネルト2によって成形されるとともに加速電
源17によってカソード1に印加される加速電圧と、引
出し電源16によって引出し電11!3に印加される引
出し電圧との電位差、および第1のアノード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
てプラズマ生成室15に突入する。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of the present invention. The cathode 1 having a pore (not shown) in the center is a directly heated ribbon filament made of W. The thermoelectrons generated by heating this cathode 1 are
The potential difference between the acceleration voltage formed by the first Wehnelt 2 and applied to the cathode 1 by the acceleration power source 17 and the extraction voltage applied to the extraction voltages 11!3 by the extraction power source 16, and the first anode 4 and The electron beam is accelerated by two steps due to the potential difference with the extraction electrode 3, and further focused by the electromagnetic lens 5, and enters the plasma generation chamber 15 as the first electron beam 10.

このときイオン化物質導入口9から気体として導入され
たイオン化物質(以下イオン化ガスという)は第1の電
子ビーム10によって衝突11離され第1のプラズマ生
成領域14でプラズマを生成する。
At this time, the ionized substance introduced as a gas from the ionized substance introduction port 9 (hereinafter referred to as ionized gas) is collided with 11 and separated by the first electron beam 10 to generate plasma in the first plasma generation region 14.

プラズマ生成室15に突入した第1の電子ビーム10は
、第2のアノード6を通過し第2のウェネルト7に入射
する。このウェネルト7は電気的に絶縁されているため
第1の電子ビーム1oの入射量に従って電位が高まる。
The first electron beam 10 entering the plasma generation chamber 15 passes through the second anode 6 and enters the second Wehnelt 7 . Since this Wehnelt 7 is electrically insulated, its potential increases according to the amount of incidence of the first electron beam 1o.

第2のウェネルト7の電位が高まりカソード1の電位に
近ずくと、イオン化ガスを媒体として第2のアノード6
との間で放電がおきウェネルト7内の第2のプラズマ生
成領域13でプラズマが生成される。シールド電w18
は、放電がウェネルト7とアノード6以外で起きるのを
防いでいる。従って、ここで生成されたプラズマをカソ
ード面とするプラズマ電子銃が形成され、ウェネルト7
とアノード6との電位差によって電子が引き出され、加
速されてプラズマ生成室15に入射する。
When the potential of the second Wehnelt 7 increases and approaches the potential of the cathode 1, the second anode 6 uses the ionized gas as a medium.
A discharge occurs between the two and a plasma is generated in the second plasma generation region 13 within the Wehnelt 7. shield electric w18
prevents discharge from occurring in areas other than Wehnelt 7 and anode 6. Therefore, a plasma electron gun is formed with the plasma generated here as the cathode surface, and the Wehnelt 7
Electrons are extracted by the potential difference between the anode 6 and the anode 6, are accelerated, and enter the plasma generation chamber 15.

本発明では、このプラズマ電子銃を形成するにあたり第
1の電子ビーム10のエネルギを利用して電位を与えて
いるために特別にプラズマ電子銃を形成するための電源
を必要としない。
In the present invention, since the energy of the first electron beam 10 is used to provide a potential when forming the plasma electron gun, a special power source for forming the plasma electron gun is not required.

プラズマ生成室15に入射した第2の電子ビーム11も
プラズマ生成室15での電離にあずかるため電離効率を
高めることができる。第2の電子ビーム11のエネルギ
はウェネルト7の電位によって決まるが、この電位はカ
ソード1の電位に近いため比較的高いエネルギであり、
従って第2の電子ビーム11は引出し電極3近傍まで到
達することができる。
The second electron beam 11 incident on the plasma generation chamber 15 also participates in ionization in the plasma generation chamber 15, so that the ionization efficiency can be increased. The energy of the second electron beam 11 is determined by the potential of the Wehnelt 7, and since this potential is close to the potential of the cathode 1, it has a relatively high energy.
Therefore, the second electron beam 11 can reach the vicinity of the extraction electrode 3.

イオンビーム12は第1のプラズマ生成領域14で生成
されたイオンが引出し電極3と第1のアノード4のつく
る電界に従って引き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が引出し電極3近傍に存在する
ことにより、イオンの空間電荷を緩和し、イオン引出し
における空間電荷緩和係数を増大させ、より多量のイオ
ンの引出しが可能となる。
The ion beam 12 is formed by ions generated in the first plasma generation region 14 being extracted according to the electric field created by the extraction electrode 3 and the first anode 4. However, the second electron beam 11 is formed near the extraction electrode 3. By being present in , the space charge of ions is relaxed, the space charge relaxation coefficient in ion extraction is increased, and a larger amount of ions can be extracted.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた通り本発明によれば、従来の電子ビーム励起
型イオン源に電源を必要としない比較的簡単な構造の電
極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
という効果がある。
As described above, according to the present invention, ionization efficiency can be increased by adding an electrode with a relatively simple structure that does not require a power source to a conventional electron beam-excited ion source. Since the space charge can be relaxed, a larger amount of ion current can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を模式的に示した断面図であ
る。 1・・・カソード、2・・・第1のウェネルト、3・・
・引出し電極、4・・・第1のアノード、5・・・電磁
レンズ、6・・・アノードB、7・・・第2のウェネル
ト、8・・・シールド電極、9・・・イオン化物質導入
口、10・・・第1の電子ビーム、11・・・第2の電
子ビーム、12・・・イオンビーム、13・・・第1の
プラズマ生成領域、14・・・第2のプラズマ生成領域
、15・・・プラズマ生成室、16・・・引出し電源、
17・・・加速電源、18・・・バイアス電源、19・
・・絶縁管。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of the present invention. 1... cathode, 2... first Wehnelt, 3...
- Extraction electrode, 4... First anode, 5... Electromagnetic lens, 6... Anode B, 7... Second Wehnelt, 8... Shield electrode, 9... Ionized substance introduction mouth, 10... first electron beam, 11... second electron beam, 12... ion beam, 13... first plasma generation region, 14... second plasma generation region , 15... plasma generation chamber, 16... drawer power supply,
17... Acceleration power supply, 18... Bias power supply, 19.
...Insulated tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 中心部に細孔が設けられたカソードを有する電子銃と、
この電子銃から射出された電子ビームが入射してプラズ
マを生成するプラズマ生成室とからなり、このプラズマ
生成室のプラズマから引き出されたイオンビームが前記
電子ビームの進路を逆流して前記カソードの細孔から射
出される構造の電子ビーム励起型イオン源において、前
記プラズマ生成室後方に配置され前記電子ビームを入射
せしめる孔を有し電気的に絶縁されたウェネルト電極と
、このウェネルト電極と前記プラズマ生成室との間に設
けられたアノードと、このアノードと同電位に保たれ前
記ウェネルト電極を囲むシールド電極とを備えたことを
特徴としたイオン源。
an electron gun having a cathode with a pore in the center;
It consists of a plasma generation chamber into which an electron beam emitted from the electron gun enters and generates plasma, and an ion beam extracted from the plasma in this plasma generation chamber flows backward along the path of the electron beam and reaches the narrow end of the cathode. In an electron beam-excited ion source having a structure in which the electron beam is emitted from a hole, an electrically insulated Wehnelt electrode is arranged at the rear of the plasma generation chamber and has a hole through which the electron beam is incident, and the Wehnelt electrode and the plasma generation An ion source comprising: an anode provided between a chamber and a shield electrode that is kept at the same potential as the anode and surrounds the Wehnelt electrode.
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