JPS5820090B2 - 電子衝撃加熱方式によるマグネトロン型イオン発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子衝撃加熱方式によるマグネトロン型イオン
発生装置に関する。

従来公知のこの種マグネトロン型イオン発生装置の原理
を示す略図を第１図に示す。

この種イオン発生装置はイオン源金属、例えばＷフィラ
メントを陰極Ｆとし、このＷフィラメント陰極Ｆを包囲
して陽極Ａを配設し、該陽極にはガス（例えばＡｒ）導
入口Ｇと、これと対称する位置にイオン引出口を設け、
引出口外方に引出し電極Ｅを配設し、これら組立体をマ
グネットＭ２Ｍ間に図示の如く配置してなるものである
。

前記公知イオン発生装置では、マグネットＭ。

Ｍによりフィラメント陰極Ｆの軸方向Ｚに磁場をつくり
、該陰極Ｆと陽極Ａ間に電圧を印加して、該陰極Ｆの半
径方向ｒに電場をつくる。

フィラメント陰極Ｆを通電加熱して熱電子を発生させる
と、該熱電子は電場と磁場とにより、フィラメント陰極
Ｆのまわりを第２図に示す如く運動する。

この時１０−’トール程度のガス、例えばアルゴンを導
入口Ｇより導入すると、アルゴンが電子衝撃によってイ
オン化されプラズマが発生して、フィラメント陰極Ｆに
陽極Ａとの間に放電が発生する。

このイオン化されたアルゴンイオンはフィラメント陰極
Ｆに向って加速され、フィラメント陰極Ｆの材質をスパ
ッターする。

該陰極Ｆを例えばＷで造ると、Ｗの原子がスパッターさ
れ、このスパッターされた原子が第２図図示の如く陰極
Ｆのまわりを転動する電子によってイオン化されタング
ステンイオンを発生する。

このタングステンイオンを引出し電極Ｅにより引き出し
目的に応じて使用する。

直径１１１１のタングステンフィラメント陰極を用いて
数１０μＡのタングステンイオンを２−３時間引出すこ
とができ、フィラメントをＭｏ、Ｔａ等で造ればＭｏイ
オン、Ｔａイオン等を引き出すことができる。

しかし乍ら、前述した如き従来のマグネトロン型イオン
発生装置は、フィラメント陰極Ｆに流れる電流によって
、第３図に示す如く、該陰極Ｆのまわりに磁場Ｈを発生
し、電子りが第３図図示のような運動をして、電子りが
陰極Ｆの半径方向に有効に拡がるのを妨げると共に、陰
極Ｆに部分的な腐食を発生して、フィラメント陰極の寿
命を著・しく短くする欠点がある。

このような欠点を排除するために第４図に示すように共
軸二重フィラメント造り、外部に磁場が発生しないよう
な工夫が行われているが、このような二重フィラメント
を用いる場合には、５００〜１０００アンベヤ等の大電
流安定化電源を必要とすると共に、フィラメントの厚み
を充分な量のスパッターに耐える程に厚くすることは困
難である。

例えば、５００Ａの場合に外径６ ｍｍ、内径５．２龍
のタングステンのタングステン円筒を加熱できる。

肉厚を２朋にすれば１０００Ａをはるかにこえる大電流
を必要とし、真空導入部等の設計が困難になる。

本発明者は、前述した従来方式の欠陥を排除するため、
種々考究の結果、本発明イオ／・発生装置の開発に成効
したものであり、本発明の電子衝撃加熱方式によるマグ
ネトロン型イオン発生装置は前記特許請求の範囲に明記
したとおりの構成からなるものであるが、その好適な一
具体例を示す第５図に基いて、本発明を更に詳述する。

第５図において、Ａは筒状陽極であって、ガス導入口Ｇ
、金属イオン引出し口１０及び電子ビーム照射口１１と
を具備しており、陽極保持具１２に電気的絶縁材１３を
介して保持しである。

Ｅは引出し電極を示し、前記金属イオン引出し口１０に
対面して配設しである。

Ｃは陰極であり、ブロック状の金属イオン源材料からな
り、陰極保持具１４によって保持され、筒状陽極Ａの軸
線上に配置してあり、前記陽極保持具１２及び陰極保持
具１４ともに電気的に絶縁性の流体、例えばフレオン液
によって冷却しうる構成１５及″Ｕ−１６としである。

１７は電子ビーム発生装置を示し、筒状陽極Ａの電子ビ
ーム照射口１１に対面して配設しである。

前記の組立体は真空容器１８内に収納しており、本発明
装置の作動に当−うては該真空容器内を１０−５ト一ル
程度の真空度とするが、筒状陽極内はアルゴン圧１０−
３〜１０−’トール程度の真空度とする。

これらの真空度を維持する機構は画業技術者に公知のこ
とであるので図示を省略した。

ＨＣはマグネットを示し、前記真空容器１８を包囲して
図示の如く配設し、陽極Ａと陰極Ｃに磁場を附勢する機
能を有する。

尚本発明装置では前述の如く絶縁材及び冷却材その他の
部材は、作動時に発生される電場及び磁場に影響を及ぼ
さない材料を用いることが必要である。

上記構成からなる本発明装置の作動態様を以下に説明す
る。

ブロック状金属モリブデン陰極Ｃに電子ビーム発生装置
で発生させた電子ビーム１９を照射し、電子衝撃によっ
て該陰極Ｃを加熱し熱電子を発生させ乍ら充分に高温と
する。

ついで陰極Ｃと陽極Ａ間に電圧（１００−３００ボルト
）を印加して、陰極Ｃより発生した熱電子を引き出す。

一対のマグネット（又はコイル）（ＨＣｌ）及び（ＨＣ
２）によって、円筒状陽極Ａの軸方向に３０−２００ガ
ウスの磁場を発生させ、陰極Ｃより発生した熱電子にマ
グネトロン運動を発生させる。

ついで、ガス導入口Ｇより、例えばアルゴンガスを導入
し前記したマグネトロン運動をしている熱電子によって
アルゴンイオンを作る。

このアルゴンイオンは陰極Ｃに向って加速され、陰極Ｃ
を構成する金属をスパッターする。

このスパッタリングによって発出された金属原子は、陰
極Ｃのまわりにマグネトロン運動をしている熱電子によ
りイオン化されて金属イオン、例えばモリブデンイオン
となる。

このような作用により金属イオンが増加するので、この
金属イオンは引出し電極Ｅによって引出し、目的とする
用途に提供することができる。

本発明装置は前述の如き構成からなるので、陰極自体の
抵抗加熱による従来方式に比べて熱電子のマグネトロン
運動をさまたげるような磁場の発生が皆無であり、従っ
て金属イオンの発生を均一かつ増加させることができる
。

又フ宅ツク状金属陰極を用いているので、充分なスパッ
ターに耐えることができ、フィラメント陰極の如く部分
腐食の恐れがなく、陰極材料を無駄なく利用することが
できる。

又、上記の配置で磁場は電子銃よりの電子ビームを集束
する作用をもち、細いスリットから円筒状陽極内に入射
して陰極を照射できる。

スリットが小さくできるのでガス流出量が小さくでき、
真空ポンプのガス負荷があまり大きくならない等の利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知のマグネトロン型イオン発生装置の原
理を示す略図、第２図はスパッターされた金属原子が陰
極のまわりを転動する状態を示す略図、第３図は従来装
置のフィラメント陰極の通電加熱時における電子の運動
状態を示す略図、第４図は共軸二重フィラメントの一例
を示す縦断面図及び横断面図、第５図は本発明装置の好
適な配量関係を示す一例の略図であり、図中、Ａは陽極
、Ｃは陰極、Ｅは引出し電極、ＨＣはマグネット又はコ
イル、１１は電子ビーム照射口、１２は陽極保持具、１
３は絶縁材、１４は陰極保持具、１５゜１６は冷却流体
、１７は電子ビーム発生装置、１８は真空容器をそれぞ
れ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス導入口、金属イオン引出口及び電子ビーム照射
   口とを有する筒状陽極の筒内軸線上にブロック状の金属
   イオン源を陰極として配置し、該筒状陽極軸線上に電子
   ビーム発生装置を前記電子ビーム照射口に対面させて配
   置するとともに、該軸線方向に磁場を与える磁石装置を
   陽極を挟んで左右一対に設けたことを特徴とする電子衝
   撃加熱方式によるマグネトロン型イオン発生装置。 ２ 金属イオン引出し口に対面して陽極の外側に引出し
   電極を配設してなる特許請求の範囲第１項記載の電子衝
   撃加熱方式によるマグネトロン型イオン発生装置。