JPH02291644A

JPH02291644A - イオン源

Info

Publication number: JPH02291644A
Application number: JP1111457A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Ishida; 寿則石田; Tsuyoshi Nakamura; 強中村; Yutaka Kawase; 河瀬　豊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-12-03

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〕本発明はイオン源、特に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図に示すような電子ビーム励起型イオン源がある．このイオン源では、中心部に細孔（図示せず）を有する
カソード１から射出された第１の電子ビーム１０が引出
し電極３及び第１のアノード４に与えられた電位によっ
て２段加速され、プラズマ生成室３１に突入して電子ビ
ームターゲット２１に照射され、イオン化物質導入口３
２から導入されたイオン化物質を第１の電子ビーム１０
が衝突＠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と第１のアノード
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を得てこれをカソード１の細孔に出射させている
。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、第１のアノード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、これを加速している。

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
．従って、電子ビームの加速電圧は最低でも数κＶとす
る必要がある．〔発明が解決しようとする課題〕ところで、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κＶ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。

本発明は上述した欠点に鑑みてなされたもので、新たに
電源を付加することなく比較的簡単な楕成で電離効率を
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を目的とする．〔課題を解決するための手段〕上記目的を達成するため、本発明による電子ビーム励起
型イオン源においては、中心部に細孔が設けられたカソ
ードを有する電子銃と、第１のウェネルト、引出し電極
および第１のアノードと、該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
を有し、前記電子ビーム進路をさかのぼらせて前記プラ
ズマから引き出されたイオンビームを前記カソードの細
孔に射出させる電子ビーム励起型イオン源において、前記電子ビームを入射せしめる孔を有し、電気的に絶縁
されている第２のウェネルトと、第２のアノードと、該
第２のアノードと同電位に保たれ前記第２のウェネルト
を囲むシールド電極とを前記プラズマ生成室をはさんで
前記カソードと反対側に配置し、前記第２のウェネルト
と前記シールド電極との少なくとも一方の表面を絶縁物
で被覆したものである．〔作用〕本発明のイオン源において、プラズマ生成室後方に設け
られて電気的に絶縁された第２のウェネルト電極は、こ
れに電子ビームが入射することによりフローティングポ
テンシャルとなる．この第２のウェネルト電極と第２の
アノードとの電位差によって放電が発生し、第２のウェ
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、プラ
ズマ生成室内にこのプラズマ電子銃から発生した電子ビ
ームが入射して電離にあずがるため、プラズマ生成室内
での電離効率が高まり、イオン電流を増大させることが
できる．シールド電極または第２のウェネルト電極表面
に絶縁物が被覆されているために、所望の放電路以外の
放電をきわめて低く抑えることが可能となり、安定にプ
ラズマ電子銃を形成することができる．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、電子
ビームはイオン引出し電極付近に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緩和係数を増大させ
ることができるためさらに比較的多量のイオンを引き出
すことができる．〔実施例〕以下に本発明の実施例を図によって説明する。

第１図において、カソード１の上方にウェネルト（第１
のウェネルト）２、引出し電極３、アノード（第１のア
ノード）４が設置され、その上方には電磁レンズ２０に
囲まれたプラズマ生成室が形成されている．本発明にお
いては、プラズマ生成室の上方にアノード（第２のアノ
ード）５と、電子ビームを入射せしめる孔を有するウェ
ネルト（第２のウェネルｌ一）６と、該第２のアノード
５と同電位に保たれ、前記第２のウェネルト６を囲むシ
ールド電極７とを配置したものである。′シールド電極
７の内面は絶縁物８で被膜され、第２のウェネルト６に
開口したイオン化物質導入口３２は絶縁管３５内に形成
されている．図中５１は加速電源、５２はバイアス電源
、５３は引出し電源であり、第１及び第２のアノード４
，５は同電位に保たれている。３３．　３４は排気口で
ある。

本発明において、プラズマ生成室３１は第１のプラズマ
生成領域３６を形成し、その上方の第２のウェネルト６
内は第２のプラズマ生成領域３７を形成する。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５１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５３によって引出し＠極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２０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３１に突入する。この
ときイオン化物質導入口３２がら気体として導入された
イオン化物資（以下イオン化ガスという）は第１の電子
ビーム１０によって衝突電離され、第１のグラズマ生成
領域３６でプラズマを生成する。

プラズマ生成室３１に突入した第１の電子ビーム１０は
第２のアノード５を通過し、第２のウェネルト６に入射
する。第２のウェネルト６は電気的に絶縁されているな
め、第１の電子ビーム１０の入射量にしたがって電位が
高まる．第２のウェネルト６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５との間で放電がおき、第２のウェネルト６内の
第２のプラズマ生成領域３７でプラズマが生成される。

このときこのプラズマを安定に生成するには第２のウェ
ネルト６と第２のアノード５の間の放電路を一定に保つ
ことが必要である．シールド電極７は放電路を確保する
ため、放電が第２のウェネルト６と第２のアノード５以
外で起きるのを防いでいる。第２のウェネルト６とシー
ルド電極７の近傍は真空度が悪いなめに放電がおきやす
いが、シールド電極７の表面に絶縁物８を被覆すること
によって耐電圧が上昇し、シールド電径７と第２のウェ
ネルト６間の放電をきわめて低く抑えることができる．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、第２のウェネルト６と第２のアノー
ド゛５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３１に入射する．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．プ
ラズマ生成室３１に入射した第２の電子ビーム１１もプ
ラズマ生成室３１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
第２のウェネルト６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．カソード１の細孔に出射させ
るイオンビーム１２はプラズマ生成室３１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が作る電界に
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ｔｉ３の近傍に存在することで
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ることによって、より多量のイ
オンの引出しが可能となる．〔発明の効果〕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梢遣の電
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
。

【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図は従来のイ
オン源の構造図である．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
・・・第２のアノード　　６・・・第２のウェネルト７
・・・シールド電極　　　８・・・絶縁物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　　　２０・・・電磁レンズ２１・・・
電子ビームターゲット３１・・・プラズマ生成室３２・・・イオン化物質導入口３３．　３４・・・排気口　　　　３５・・・絶縁管３
６・・・第１のプラズマ生成領域３７・・・第２のプラズマ生成領域５１・・・加速電源　　　　　５２・・・バイアス電源
５３・・・引出し電源特許出願人　　　日本電気株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中心部に細孔が設けられたカソードを有する電子
銃と、第１のウェネルト、引出し電極および第１のアノ
ードと、該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を有し、前記電子
ビーム進路をさかのぼらせて前記プラズマから引き出さ
れたイオンビームを前記カソードの細孔に射出させる電
子ビーム励起型イオン源において、前記電子ビームを入射せしめる孔を有し、電気的に絶縁
されている第２のウェネルトと、第２のアノードと、該
第２のアノードと同電位に保たれ前記第２のウェネルト
を囲むシールド電極とを前記プラズマ生成室をはさんで
前記カソードと反対側に配置し、前記第２のウェネルト
と前記シールド電極との少なくとも一方の表面を絶縁物
で被覆したことを特徴とするイオン源。