JPH0473896A - Plasma generating device - Google Patents

Plasma generating device

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Publication number
JPH0473896A
JPH0473896A JP2184080A JP18408090A JPH0473896A JP H0473896 A JPH0473896 A JP H0473896A JP 2184080 A JP2184080 A JP 2184080A JP 18408090 A JP18408090 A JP 18408090A JP H0473896 A JPH0473896 A JP H0473896A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
anode
plasma
filament
surround
Prior art date
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Pending
Application number
JP2184080A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Suezawa
末澤 宏樹
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.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0473896A publication Critical patent/JPH0473896A/en
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Abstract

PURPOSE:To efficiently generate a spatially uniform and stable plasma by providing an anode having a number of holes formed therein to surround a first cathode, and providing a second cathode to surround the anode. CONSTITUTION:An anode 2 having a number of holes is provided to surround a filament 1, and a cylindrical cathode 3 is provided to surround the anode 2. Thus, thermions repeat reciprocating motion through the holes of the anode 2 in a space regulated by the filament 1 and the cathode 3, whereby the operating gas injected through an injection pipe 9 is reacted with the thermions and electrolyzed to form ions, forming a plasma. Thus, a spatially uniform and stable plasma can be efficiently generated with a small power source capacity.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、高電離、高密度のプラズマを発生するプラズ
マ発生装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma generation device that generates highly ionized, high-density plasma.

[従来の技術] プラズマ発生装置として、十分な運動エネルギーを有す
る電子(熱電子)で動作ガスをイオン化させてプラズマ
を発生させる装置が知られている。
[Prior Art] As a plasma generation device, a device is known that generates plasma by ionizing a working gas with electrons (thermoelectrons) having sufficient kinetic energy.

この場合、動作ガス中のイオン化効率を上げるには、動
作ガス中における熱電子の有効飛行長を増加させる必要
がある。
In this case, in order to increase the ionization efficiency in the working gas, it is necessary to increase the effective flight length of the thermoelectrons in the working gas.

ところで、熱電子の有効飛行長を増加させる方法として
、(a)電界及び磁界を利用する方法、及び(b)電界
のみを利用する方法がある。
By the way, as methods for increasing the effective flight length of thermoelectrons, there are (a) a method using an electric field and a magnetic field, and (b) a method using only an electric field.

(a)の電磁場を用いるプラズマ発生装置では、動作ガ
ス雰囲気中で電界と磁界との外積方向の駆動力を熱電子
に加えて熱電子をトロコイド運動させる。これによって
、動作ガスを電磁場内で直流放電させ、プラズマ化させ
ている。
In the plasma generator using an electromagnetic field (a), a driving force in the cross product direction of an electric field and a magnetic field is applied to thermoelectrons in an operating gas atmosphere to cause the thermoelectrons to move in a trochoidal manner. This causes the working gas to undergo direct current discharge within the electromagnetic field, turning it into plasma.

ところが、(a)の電磁場を利用するプラズマ発生装置
では、電磁場によって効率良くプラズマを発生させるこ
とができるが、磁場を用いているから、プラズマ密度が
不均一となり、更に、電場及び磁場の作用により、プラ
ズマがドリフトしてノイズが発生するという欠点がある
However, in the plasma generating device (a) that uses an electromagnetic field, plasma can be generated efficiently by the electromagnetic field, but since a magnetic field is used, the plasma density becomes non-uniform, and furthermore, due to the effects of the electric and magnetic fields, plasma can be generated efficiently. However, the drawback is that the plasma drifts and noise is generated.

次に、(b)の電界のみを利用するプラズマ発生装置に
ついて、第6図を参照して、説明する。
Next, a plasma generating apparatus using only an electric field (b) will be explained with reference to FIG. 6.

この種のプラズマ発生装置は、負電位に保たれ、しかも
、加熱されると熱電子を放出するフィラメント1(第1
のカソード)と、フィラメント1の近傍に設けられ、正
電位に保たれたアノード2と、アノード2と対向する位
置に設けられフィラメント1と同電位に保たれたカソー
ド3(第2のカソード)とを備えている。尚、アノード
2は、メツシュ状の穴を有している。
This type of plasma generator has a filament 1 (first
a cathode), an anode 2 provided near the filament 1 and kept at a positive potential, and a cathode 3 (second cathode) provided at a position facing the anode 2 and kept at the same potential as the filament 1. It is equipped with Note that the anode 2 has mesh-like holes.

使用に際しては、まず、真空容器(図示せず)内を排気
する。プラズマ化しようとする動作ガスを真空容器内に
注入する。アノード2とカソード3との間に電圧を印加
して電場を構成し、フィラメント1からの熱電子をその
電場内において運動させる。即ち、真空容器内ではフィ
ラメント1から放出された熱電子がアノード2の穴を介
してフィラメント1とカソード3とで規定された空間内
で熱電子が往復運動(振動)する。この際、熱電子は動
作ガスと衝突して動作ガスをイオン化させプラズマ化さ
せる。
In use, first, the inside of the vacuum container (not shown) is evacuated. A working gas to be turned into plasma is injected into a vacuum container. A voltage is applied between the anode 2 and the cathode 3 to create an electric field, causing the hot electrons from the filament 1 to move within the electric field. That is, within the vacuum container, the thermoelectrons emitted from the filament 1 move back and forth (vibrate) through the holes in the anode 2 within a space defined by the filament 1 and the cathode 3. At this time, the thermoelectrons collide with the working gas to ionize the working gas and turn it into plasma.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この種のプラズマ発生装置では、各電極
が互いに対面しているため、各電極間に発生するプラズ
マが空間的に不均一となり、不安定となってプラズマ発
生効率が良くないという欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in this type of plasma generator, each electrode faces each other, so the plasma generated between each electrode becomes spatially non-uniform, and becomes unstable. The drawback was that the generation efficiency was not good.

そこで、本発明の技術的課題は、空間的に均一で安定し
て効率よくプラズマを発生するプラズマ発生装置を提供
することにある。
Therefore, a technical object of the present invention is to provide a plasma generation device that generates spatially uniform, stable, and efficient plasma.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、熱電子を放出する第1のカソードと、
該第1のカソードと間隔をおいて設置されたアノードと
、該アノードと間隔をおいて設置された第2のカソード
とを備え、前記第1のカソードと前記第2のカソードと
で規定される空間で前記熱電子を振動させて該熱電子と
動作ガスとの相互作用によってプラズマを発生させるプ
ラズマ発生装置において、前記アノードは前記第1のカ
ソードを囲むように配され、前記アノードを囲むように
前記第2のカソードが配されていることを特徴とするプ
ラズマ発生装置が得られる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a first cathode that emits thermoelectrons;
an anode installed at a distance from the first cathode, and a second cathode installed at a distance from the anode, defined by the first cathode and the second cathode. In a plasma generation device that vibrates the thermoelectrons in space and generates plasma by interaction between the thermoelectrons and a working gas, the anode is disposed so as to surround the first cathode, and the anode is arranged so as to surround the anode. A plasma generating device characterized in that the second cathode is provided is obtained.

[実施例] 以下、本発明の実施例のプラズマ発生装置について図面
を参照して説明する。
[Example] Hereinafter, a plasma generator according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図及び第2図を参照して、本発明に係るプラズマ発
生装置は、加熱されると熱電子を放出するフィラメント
1(ji!1のカソード)と、フィラメント1を囲む円
筒状のアノード2と、アノード2を囲む円筒状のカソー
ド3(第2のカソード)とを備えている。これらフィラ
メント1、アノード2、カソード3は、真空容器10内
に収納されている。フィラメント1とカソード3とは、
負の同電位に保たれおり、アノード2は正電位に保たれ
ている。真空容器10には、リード端子6.7及び8が
設けられており、フィラメント1、アノード2、及びカ
ソード3は、図示のようにリード端子6.7及び8を介
してフィラメント電源4及び放電電源5に接続されてい
る。また、真空容器10には、注入管9が設けられてい
る。注入管9は、プラズマ化しようとする動作ガスを真
空容器10内に注入する際に使用される。
Referring to FIGS. 1 and 2, the plasma generation device according to the present invention includes a filament 1 (cathode of ji!1) that emits thermoelectrons when heated, and a cylindrical anode 2 surrounding the filament 1. and a cylindrical cathode 3 (second cathode) surrounding the anode 2. These filament 1, anode 2, and cathode 3 are housed in a vacuum container 10. What is filament 1 and cathode 3?
The anode 2 is kept at the same negative potential, and the anode 2 is kept at a positive potential. The vacuum container 10 is provided with lead terminals 6.7 and 8, and the filament 1, anode 2, and cathode 3 are connected to a filament power source 4 and a discharge power source via the lead terminals 6.7 and 8 as shown in the figure. 5. Further, the vacuum container 10 is provided with an injection tube 9. The injection tube 9 is used when injecting the working gas to be turned into plasma into the vacuum container 10 .

尚、円筒状のアノード2には、メツシュ状に多数の穴が
形成されており、これら穴は、例えば、スリット状、格
子状等に形成されている。
Note that the cylindrical anode 2 has a large number of holes formed in a mesh shape, and these holes are formed in, for example, a slit shape or a grid shape.

使用に際しては、まず、真空容器10内を排気して高真
空(例えば、10−’To r r以下)にする。その
後、動作ガスの圧力を注入管9を介して真空容器10内
に注入して真空容器10内を5×10−5〜I X 1
0−2T o r rとする。そして、アノード2とカ
ソード3との間にアノード電源5から放電(直流)電圧
110Vを印加して放電電流30Aを流し、一方フィラ
メント電源4からフィラメント電圧35Vを印加してフ
ィラメント電流30Aを流してフィラメント1を加熱す
る。フィラメント1から放出された熱電子は、アノード
2に対して放射線状に飛び出しアノード2の穴を通過し
てカソード3に近付く。そして、熱電子は、カソード3
で反発され、反転してアノード2に向かう。このように
してフィラメント1とカソード3とで規定される空間内
でアノード2の穴を介して熱電子が往復運動を繰り返す
ことにより、注入管9から注入された動作ガスはこの熱
電子と作用して、電離してイオンとなりプラズマ化され
る。
In use, first, the inside of the vacuum container 10 is evacuated to a high vacuum (for example, 10-' Torr or less). Thereafter, the pressure of the working gas is injected into the vacuum container 10 through the injection pipe 9, so that the pressure inside the vacuum container 10 is 5×10 −5 to I×1.
0-2 Torr. Then, a discharge (DC) voltage of 110 V is applied from the anode power source 5 between the anode 2 and the cathode 3 to cause a discharge current of 30 A to flow, while a filament voltage of 35 V is applied from the filament power source 4 to flow a filament current of 30 A to cause the filament to Heat 1. Thermionic electrons emitted from the filament 1 fly out radially toward the anode 2, pass through the holes in the anode 2, and approach the cathode 3. And the thermionic electrons are at the cathode 3
It is repelled by the air, and then reverses and heads towards the anode 2. In this way, the thermoelectrons repeatedly move back and forth through the holes in the anode 2 within the space defined by the filament 1 and the cathode 3, so that the working gas injected from the injection tube 9 interacts with these thermoelectrons. Then, it is ionized and becomes ions, forming a plasma.

第3図を参照して、従来例と本願発明の実施例とを比較
すると、本願発明の実施例では、従来に比べて小さい放
電電圧でも従来より電子温度が大きく、しかも高密度の
プラズマを発生できることがわかる。
Referring to FIG. 3, when comparing the conventional example and the embodiment of the present invention, it is found that in the embodiment of the present invention, the electron temperature is higher than before and high-density plasma is generated even at a lower discharge voltage than before. I know what I can do.

このような本願発明の構成により、従来よりプラズマを
発生する効率が良くなって、動作ガス圧が、最高で5x
 10−’To r rの高真空でも放電を起こすこと
が可能となる。
With this configuration of the present invention, the efficiency of generating plasma is improved compared to the conventional method, and the operating gas pressure can be increased by up to 5x.
It becomes possible to generate a discharge even in a high vacuum of 10-' Torr.

上述の実施例では、円筒状のアノード及びカソードを用
いたけれども、第4図(a)、(b)、及び(C)に示
すようなアノード及びカソードを用いてもよい。
Although cylindrical anodes and cathodes were used in the embodiments described above, anodes and cathodes such as those shown in FIGS. 4(a), (b), and (C) may also be used.

第4図(a)では三角筒状のアノード及びカソード、第
4図(b)では四角筒状のアノード及びカソード、第4
図(C)では八角筒状のアノード及びカソードを用いて
いる。いずれにしても、フィラメントを囲むように筒状
のアノードを配置してこのアノードの周りに筒状のカソ
ードを配置すればよい。又、第5図(a)、(b)に示
すように半円筒状のアノード及びカソードを用いてもよ
い。
Fig. 4(a) shows a triangular cylindrical anode and cathode, Fig. 4(b) shows a square cylindrical anode and cathode, and the fourth
In Figure (C), an octagonal cylindrical anode and cathode are used. In any case, a cylindrical anode may be arranged to surround the filament, and a cylindrical cathode may be arranged around this anode. Alternatively, semicylindrical anodes and cathodes may be used as shown in FIGS. 5(a) and 5(b).

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、第1のカソード
を囲むように複数の穴を有するアノードを設けて、更に
このアノードを囲むように筒状の第2のカソードを設け
ているから、第1のカソードと第2のカソードとで規定
される空間に熱電子を閉じ込めることができる。この結
果、小さい電源容量で空間的に均一で安定して効率よく
プラズマを発生できるという効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, an anode having a plurality of holes is provided to surround a first cathode, and a cylindrical second cathode is further provided to surround this anode. Because of this provision, thermoelectrons can be confined in the space defined by the first cathode and the second cathode. As a result, there is an effect that plasma can be generated spatially uniformly, stably, and efficiently with a small power supply capacity.

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

第1図は本発明の実施例のプラズマ発生装置を示す図、
第2図は第1図のAA線に沿って切断した要部の断面図
、第3図は従来例と本願発明の実施例との比較図、第4
図(a)、(b)、及び(c)は第2図の他の実施例を
示すの図、第5図(a)、(b)は、第2図の更に他の
実施例を示す図1、第6図は従来のプラズマ発生装置を
示す図である。 1・・・フィラメント(第1のカソード)、2・・・ア
ノード、3・・・カソード(第2のカソード)、4・・
・フィラメント電源、5・・・放電電源、6.7.8・
・・リード端子、9・・・注入管、10・・・真空容器
。 第1 図 第2図 第3図 第4図 (CL)
FIG. 1 is a diagram showing a plasma generator according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view of the main part taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a comparison diagram between the conventional example and the embodiment of the present invention, and FIG.
Figures (a), (b), and (c) show other embodiments of Figure 2, and Figures 5 (a) and (b) show still other embodiments of Figure 2. FIG. 1 and FIG. 6 are diagrams showing a conventional plasma generation device. 1... Filament (first cathode), 2... Anode, 3... Cathode (second cathode), 4...
・Filament power source, 5...Discharge power source, 6.7.8・
...Lead terminal, 9...Injection tube, 10...Vacuum container. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 (CL)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)熱電子を放出する第1のカソードと、該第1のカ
ソードと間隔をおいて設置されたアノードと、該アノー
ドと間隔をおいて設置された第2のカソードとを備え、
前記第1のカソードと前記第2のカソードとで規定され
る空間で前記熱電子を振動させて該熱電子と動作ガスと
の相互作用によってプラズマを発生させるプラズマ発生
装置において、前記アノードは前記第1のカソードを囲
むように配され、前記アノードを囲むように前記第2の
カソードが配されていることを特徴とするプラズマ発生
装置。
(1) comprising a first cathode that emits thermoelectrons, an anode installed at a distance from the first cathode, and a second cathode installed at a distance from the anode,
In the plasma generation device, the anode vibrates the thermionic electrons in a space defined by the first cathode and the second cathode, and generates plasma by the interaction between the thermionic electrons and the working gas. A plasma generating device characterized in that the second cathode is arranged so as to surround the first cathode, and the second cathode is arranged so as to surround the anode.
JP2184080A 1990-07-13 1990-07-13 Plasma generating device Pending JPH0473896A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000226658A (en) * 1999-02-02 2000-08-15 Mitsubishi Chemicals Corp Cvd device and production of magnetic recording medium
JP2007035623A (en) * 2005-07-22 2007-02-08 Sandvik Intellectual Property Ab Apparatus in which plasma activity is raised

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