JPH03155040A - ホロカソード放電装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は加熱手段を改良し、放電起動の容易化を図れる
ようレニしたホロカソード放電装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

ホロカソード放電装置は放電室内に配置された中空陰極
（ホロカソード）と陽極との間でアーク放電を生じさせ
プラズマを生成させるもので、イオン源やプラズマ発生
装置、また最近では成膜用の電子銃として広く利用され
ている。特にイオンブレーティングの分野では、炭化チ
タンや窒化チタンなどの耐摩耗性セラミック被膜の利用
の拡大から、低コスト・高堆積速度が実現できる安定し
た電子銃として、ホロカソード電子銃の利用が近年増加
傾向にある。

ホロカソード放電装置の起動には、予め中空陰極を動作
温度まで加熱しておく必要があり、加熱手段として電気
ヒータによるものと、高周波を利用して加熱する方法の
２種類に分けられる。高周波加熱方式は、構造は簡単で
あるが起動操作が難しい、電源などのコストが高くなる
等の欠点がある。一方の電気ヒータ加熱方式は、低コス
トで起動が容易であるが、ヒータ用フィラメントノ断線
の問題がある。

第４図は、電気ヒータ加熱方式のホロカソード放電装置
の原理図である。熱電子を放出し易い金属材料で形成さ
れた円筒状の中空陰極１と対向させて図示しない陽極が
配置されている。中空陰極１の外側には加熱用電気ヒー
タ３が取り付けられている。該電気ヒータ３に電流を流
すことによって中空陰極１を加熱する。加熱された中空
陰極１からは大量の熱電子が放出され、中空陰極１内に
供給されるアルゴンガス等不活性ガスをイオン化し、グ
ロー放電が発生する。更に熱電子による加熱を続け、ア
ーク放電開始に必要な熱電子が放出し易い状態になると
陽極と中空陰極１の間で放電がアークに移行し、大量の
電子またはイオンをビームとして引き出すことができる
。

しかしながら、上記のような従来のホロカソード放電装
置で加熱用ヒータ３としてタングステンフィラメントを
用いた場合、中空陰極１を良好に加熱するだけの熱電子
を放出させるのに、かなりの高温にする必要があり、フ
ィラメントが断線し易く寿命が短かいという欠点があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、電
気ヒータ加熱方式を利用したホロカソード放電装置にお
いて、フィラメントにタングステンとタンタルを同時に
使用し、フィラメントの長寿命化を図ることである。

〔発明の概要〕

本発明は、電気ヒータ加熱方式のホロカソード電子銃に
おいて、タングステンとタンタルの複合フィラメントを
利用し、低フィラメント電流で大量の熱電子を発生させ
、フィラメントの長寿命化を図るようにしたことを特徴
とするものである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２図は、
本発明の実施例であるホロカソード放電装置の概略構成
を示す縦断面図である。熱電子の放出し易い金属材料で
形成された円筒状の中空陰極１の一端は、動作ガスであ
る不活性ガスを導入するためのガス導入口１１と接続さ
れており、他方は真空容器内部へ開口している。銃全体
は、真空中にイオンや電子ビームを放出するためにＯリ
ング１２を介して真空容器壁１３と接続されている。中
空陰極１を加熱するフィラメント１０は、一端を中空陰
極１の先端部に、他端をシールドカバー４の最深部には
さむ形でソレノイド状に中空陰極１の外側に取り付けら
れる。

本発明で使用したフィラメントの概略を第１図に示す。

タンタル１８はタングステン１７に比べて熱電子放出率
が高いが、素材がやわらかいのでタンタル１８のみでは
フィラメントは作成できない。そこで、タングステン１
７と組み合わせることにより、低いコスト・低電流で高
熱電子放出率のフィラメント１０が得られる。

次に、上記のように構成されたホロカソード放電装置の
運転開始時の動作を第３図を参照しながら説明する。

初めに真空容器内を１Ｏ−３ｐａ以下まで排気し、時刻
ｔ□でＡｒガスを導入し、真空容器内を１０ｐａ台の圧
力になるように中空陰極１を通して導入する。また同時
に直流型ｇ１８により陽極に３０〜５０Ｖの正電荷を印
加し、更に電源９によりフィラメント１０に除々に電流
を流し中空陰極１の加熱を行う。その後、更にフィラメ
ント電流を増加させると時刻ｔ２においてグロー放電が
発生し、時刻ｔ、まで進むとフィラメント電流を２０Ａ
程度に固定していても陽極電流は増加し続け１時刻ｔ４
でアーク放電に移行する。−度アーク放電に移行した後
は、フィラメントスイッチ１５を切断しても放電が持続
し、安定したビームを得ることができる。

この様な運転開始時の動作の中でタングステン１７とタ
ンタル１８の複合フィラメント１０を使用することによ
り、低フィラメント電流での動作が可能となりフィラメ
ント１０の長寿命化が図れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば電気ヒータ加熱方式のホロカソード放電
装置において、タングステンとタンタルの複合フィラメ
ントを使用することにより、運転開始時の動作の中で低
フィラメント電流で中空陰極を加熱することができる。

また、フィラメントの長寿命化が可能となり、安定した
ホロカソード放電装置の運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部であるフィラメントを示す斜視図
、第２図は本発明ホロカソード放電装置の要部を示す縦
断面図、第３図は本発明ホロカソード放電装置の運転開
始時における各部の動作順序をタイムチャート、第４図
はホロカソード放電装置の原理図を示す側面図である。 図において、１は中空陰極、３は電気ヒータ。 ４はシールドカバー、５はアルゴン原子、６はアルゴン
イオン、７は電子、８は直流電源、９は加熱用電源、１
０はフィラメント、１１はガス導入口、１２は０リング
、１３は真空容器壁、１４は、碍子、１５はフィラメン
トスイッチ、１６はマスフローコントローラである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方の開口端部にガス導入管が取り付けられた円筒状の
   中空陰極と、該中空陰極と離れて置かれた陽極との間に
   電圧を印加し、前記中空陰極内へ不活性ガスを導入し、
   放電起動時に中空陰極の外側に取り付けられたヒータに
   電流流し加熱しながらグロー放電を行わせた後、続いて
   中空陰極と陽極との間にアーク放電を発生させるように
   したホロカソード放電装置であって、 前記中空陰極の加熱用ヒータをソレノイド状のタングス
   テンとタンタルの複合フィラメントにより構成したこと
   を特徴とするホロカソード放電装置。