JPS5811009Y2 - イオン源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はイオン注入装置などに用いられるイオン源装
置に関する。

高温形ホローカソードイオン源として知られているイオ
ン源装置は、イオン化物質を高温で加熱して気化させ、
その気化ガスに熱電子を衝突させてイオン化し、これを
外部に引出すようにしていることは周知である。

しかし従来装置は、イオン化物質の加熱のために、これ
を熱オーブン内に収納し、ヒータによって加熱するよう
にしていた。

このような構成によれば、ホー素、燐、ヒ素などのよう
なイオン化物質については、上記したような熱オーブン
によって気化させることができるが、モリブデ゛ンなど
のように前記したイオン化物質よりも融点、沸点が高く
、蒸気圧の低いイオン化物質については従来から使用さ
れている熱オーブンによって気化することが極めて困難
とされていた。

すなわちこの種熱オーブンは、チッ化ボロンのような耐
熱絶縁材料で構成されているが、モリブデンのようなイ
オン化物質を気化蒸発させるためには１８００℃以上の
温度で加熱することが必要であるにもかかわらず、この
程度まで温度上昇させると、熱オーブン自体が溶解した
り、或いは不純物を放出したりするなどの不都合が生じ
、事実上これらのイオン物質を気化蒸発させることはで
きながった。

又仮りに気化し得たとしてもこれが熱電子と衝突する個
所に到達するまでに室壁に耐着してしまうことが多く、
そのため室壁の温度を気化したときの温度以上にあげな
い限り電離する機会が少なくなってイオン化され難くな
る。

そこで従来では、熱電子を発生させるのに用いるヒラメ
ントの発熱を利用してイオン化物質を加熱するべく、こ
のヒラメント線の外周にイオン化物質をコーティングし
て、ヒラメントがら熱電子を放射せしめるとともに、そ
の熱によってイオン化物質を直接加熱するようにしてい
る。

これによると、イオン化物質がヒラメントによって直接
加熱されるので極めて好都合であるが、反面ヒラメント
の全面にコーティングするので、ヒラメントからの電子
の放射効率が悪くなる欠点がある。

この考案はヒラメントからの熱電子の放出効率を低下さ
せることなくイオン化効率をより高めることを目的とす
る。

この考案を図面に基いて説明すると、１はイオン引出口
１Ａを有する引出キャップ、２はレヤーキャップ、３は
アノード電極、４，５は耐熱絶縁材料からなるリング、
６は組立枠、７はコイル状のヒラメント（たとえばタン
グステン製）で、これに電流を流すことによって発熱し
、熱電子を放射する。

これらの構成は従来装置と大差はないが、この考案では
イオン化物質８を細いワイヤ状とし、これをヒラメンド
アを構成するヒラメント線７Ａの外周に巻きつけである
。

以上の構成において、ヒラメンドアに電流を流すことに
よって発熱させると、これから熱電子が放射されるとと
もに、その熱によってヒラメント線７Ａに巻きつけられ
ているイオン化物質８が直接加熱されるようになる。

通常ヒラメンドアの発熱温度は１８００〜２０００℃以
上になり得るので、イオン化物質、特にモリブデンのよ
うなイオン化物質でも容易に気化され蒸発されるように
なる。

アノード電極３とレヤーキャップ２との間に電圧（普通
ＤＣ２００〜３００■程度）をかけるとともに、両者間
に放電用ガス（たとえばアルゴン、水素等）を供給する
と、アノード電極３とレヤーキャップ２との間で安定し
た放電が起りプラズマが生成される。

上記のようにして加熱されたことによってイオン化物質
が蒸発し気体となってアノード電極３とレヤーキャップ
２との間に引かれてくると、これがさきのヒラメンドア
の発熱によってこれからとび出てきた熱電子にたたかれ
て電離しイオンとなる。

この場合、この考案ではヒラメント線７Ａの全面に従来
のようにイオン化物質をコーティングすることなく、こ
れに代えてイオン化物質を細いワイヤ状とし、これをヒ
ラメント線７Ａに巻きつけているので、イオン化物質の
隣り合う巻回ターンの間を通ってヒラメントからの熱電
子が放射されるようになる。

すなわちイオン化物質をコーティングした場合のように
ヒラメントからの熱電子の放出はあまりさまたげられる
ことがなく、シたがって熱電子の放射効率が高められる
ようになる。

引出キャップ１の外側に設置された引出電極（図示しな
い。

）とハウジングとの間に引出用の直流電圧（通常５〜３
０ＫＶ程度）が印加されているので、上記のようにして
生成されたイオンはヒラメンＩ・７内を通ってイオン引
出口１Ａから外部に引出される。

この過程でイオンはヒラメン１へ７に巻きつけられてい
るイオン化物質８に衝突することもあるが、イオン化物
質８は高温に加熱されているのでこれに付着し捕そくさ
れるようなことはない。

むしろイオンがイオン化物質８に衝突することによって
、スパッタリング効果により、イオン化物質から直接イ
オンがとび出すようになって都合がよい。

これらのイオンはさきに生成されたイオンとともに外部
に引出されていくことはもちろんで゛あり、したがって
これによりイオン化効率が高められることになる。

なお、アノード電極３とレヤーキャップ２との間を高温
に保ち放電の安定化をはかるようにすることは望ましい
ことであり、そのために別に加熱装置を設置するか、或
いは従来装置のようにアノード電極３の後方に熱オーブ
ン１０を設置するとよい。

１１はそのヒータを示す。以上詳述したように、この考
案によれば極めて簡単にしかも高温度をもってイオン化
物質を気化蒸発させ得る程度に加熱することができ、特
に従来装置では困難視されていたモリブチ゛ン、ニオブ
、バナジウムなどのような高融点、高沸点、低蒸気圧の
イオン化物質をも簡単に気化蒸発させ得る程度に加熱す
ることができ、更に熱電子の放出効率を低下させること
なく、またそのうえスパッタリング効果により、イオン
化効率も従来装置に比較して更に高めることができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例を示す断面図、第２図はヒラ
メント線の拡大断面図である。 １・・・・・・引出キャップ、２・・・・・・レヤーキ
ャップ、３・・・・・・アノード電極、７・・・・・・
ヒラメント、７Ａ・・・・・・ヒラメント線、８・・・
・・・ワイヤ状のイオン化物質。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. イオン化物質を気化蒸発させて、これにヒラメントの発
   熱によって発生した熱電子を衝突させてイオン化するイ
   オン源装置において、前記イオン化物質をワイヤ状とし
   、これを前記ヒラメントのヒラメント線の外周に巻きつ
   けてなるイオン源装置。