JPS5987738A - Ion generation device - Google Patents

Ion generation device

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JPS5987738A
JPS5987738A JP19767182A JP19767182A JPS5987738A JP S5987738 A JPS5987738 A JP S5987738A JP 19767182 A JP19767182 A JP 19767182A JP 19767182 A JP19767182 A JP 19767182A JP S5987738 A JPS5987738 A JP S5987738A
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JP
Japan
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anode
cathode
ion
control electrode
potential
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JP19767182A
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JPH0129295B2 (en
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Katsuhiro Kageyama
影山 賀都鴻
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H01J27/14Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form an ion generaton device of good gas efficiency by providing the first cathode the and second cathode on both ends of the hollow anode besides a control electrode on one side opening end while giving the potential lower than the anode and higher than the cathode to the control electrode. CONSTITUTION:The anode 1 having a hollow part 2, a magnetic field generation device 8 and a control electrode 10 made of the tubular part 10b fixed to the plate-shaped part 10a inside of the opening end of the anode 1 coaxially with the anode 1 are prepared. Further, the first cathode 11 and the second cathode 12, which has a hole 9 for ion take-out, are arranged on both ends of the anode 1 in order to form an ion generation device using crossfied discharge by giving the higher potential than the control electrode 10 to the anode while giving the lower potential that the control electrode 10 to the first cathode 11 and the second cathode 12. Accordingly, the average value of ion kinetic energy of an output beam can be easily controlled by the control electrode 10 thus improving gas efficiency by the cold cathode.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

し発明の属する技術分野] この発明はイオン発生装置に係シ、就中低圧気中成、電
の一種のクロストフィールド放電を用いたーイオン発生
装置に関する。 [従来技術とその問題点] 最近、核融合の分野をはじめ、半導体や金属などの表面
加工(イオンインプランテーシ目ン、イオンプレイティ
ング、エツチングなど)、表面分析、植物理学などでは
イオン源として多種のイオン発生装置Rの利用が増加し
ている。イオン発生量ノ多いイオン源として、代表的な
ものはプラズマを生成してその構成粒子のイオンを引出
す形式のもので、デュオプラズマトロン、デュオピガト
ロン、無外部磁場アーク放電形などが多く使用されでい
る。このプラズマ生成形イオン源は共通して、ガス効率
が悪いという欠点を有する。ガス効率が悪いこととはイ
オンビームとともに大量の中性気体分子θSイオン源か
ら流出することで、その結果としてイオン加速部で絶縁
破壊を生起し易くなυ高エネルギ加速が困難になること
、イオンビームがそのまわりにプラズマを形成し、その
電子がイオン加速部でイオンと逆向きにイオン源側へ加
速されて電極に衝突し、更にイオン源に向って加速され
る途中の電子は、イオン源から流出する気体分子を屯内
[Lすることにより数を増すので、電極の昇温か急速で
、長時間イオンを加末すると′1梶極が破壊さ?tも欠
へがあった。 四にプラズマ生成形イオン源は、成子供給のだめに熱陰
極を持ち、熱陰極の寿命が短いことが、この形のイオン
源の共通の欠へであることは周知されている。 これらの欠点を解決するものとして、冷陰極でガス効率
の良いPIG形イオン源が提案されている。 例えば第1図に示すような構成のイオン発生装置がある
。この従来のイオン発生装置は同筒状の陽極(1)とこ
の陽極(1)の中空部(2)を覆うように陽極(1)の
両端部に近接して設けた一対の陰極(31、(4)とこ
れらの陽極(1)および陰極(3) 、 (4)を収納
する真空容器(5)と、この真空容器(5)の外に絶縁
して陽極(1)および陰(ffi(3) 、 (4)に
所定の電位を与える導出部、すなわちリード線(6) 
、 (7)と、陽極(1)の筒軸方向に磁場を印加する
磁場発生装置(8)とを主たる要素として構成されてい
る。陽極(1)は両端に開口部を有し、陰極(3) 、
 (4)との間に空隙を設けて中空部(2)内にガス体
が侵入できるようになっている。陰極(3)はイオン(
Ii)を取り出す側に設けられ、円板状でその中心部に
陽極(1)の中空部(2)と同軸に貫通孔(9)が設け
られている。陰極(4)は陰極(御と対向して設けられ
ているが共通の電位となるように電気的に接続されでい
る。陽極(1)は直流電源(t3)に接続され陰極(3
) 、 f4)は電流測定装置([9を介して接地され
ている。ここに流れる電流(■k)は電流測定装置(ハ
)で測定される。磁場発生装置f (8)は真空容器(
5)の周囲を円筒状に包囲してなシ、電源(8a)の伺
勢により陽極の中空部(2)の筒軸方向に平行した磁場
を発生するように構成されている。 このように構成されたイオン発生装置は真空容器(5)
の開放側(図中左端)を、例えば図示しないイオンエツ
チング装置に接続して、このイオンエツチング装置と共
に真空容器(5)内を図示しない排気装置によって予め
所望の真空度に排気しておく。 そしてこのイオン発生装置を作動する時に、イオンエツ
チング装置4の側から真空容器(5)の内部に所望の気
体例えばA「ガス等を供給し、陽極(1)の中空部(2
)で気中放′6モを行なわせ、イオンを発生させる。 発生したイオンは陰極(3)の貫通孔(9)からイオン
エツチング装[11,に放出され、エツチングに利用さ
れる。イオン発生装置の作動条件は、用途によって適宜
に選べばよいが、−例を示すと、真空容器(5)内の作
動気体密度はI X 1017m’ 3、陽極中空部半
径は?、5.?m、陽陰極間心圧は5KV 、磁」局は
0.15Tである。イオンは該開口(9)から矢印方向
にをり出される。すなわち、このイオン発生装置はPI
G形で通常高真空領域の中性気体分子密度を有する空間
における気中放電の一種であるPIG放電を生成し、放
電空間で生成されたイオンが陰極の陽極空間の中心的軸
が陰極表面と交わる部位に集中的に、衝突するこさを利
用し、陰極の該部位に開口を設はイオンを取り出すもの
であり、冷陰極であること、ガス効率の1いものを製作
できることの長所を有する。反面、 (1) J 、 C、Helmer and几、J、、
Jensen :B:IecLricalCharac
teristics of a penning Di
scharge ; 1)roe。 IRJ似(61)1920 (2) W、 Knauer : Mechanism
 of ’the Penn111g Dischar
geat  LOW  Pressnres  ;  
J  、  Appl  、  Phys  、  3
3 (62)。 093 に示される様に、取出されたイオンビームの運動エネル
ギーの幅が広く、ビームの集束や平行度を良くするため
にはビームラインの構成が非常に困改良したもので、イ
オン発生装置に制御電極を設けることによシ、冷陰極で
ガス効率が良い、しかも取出されたイオンビームの運動
エネルギーの幅を小さくでき、さらには、イオン加速部
などを付加せずにイオン源だけを制御することにより、
出力ビームのイオン運動エネルギの平均値を、大幅かつ
簡易に制御できるという、従来のPIG形及びプラズマ
生成形イオン源では不可能であった有用な機能を実現す
るイオン発生装置を提供することこの陽極の一方の開口
端に近接して設け、かつiIJ記開口の周辺部を覆う如
く設けた板状部き、該板状部に固着され前記陽極の中空
部((延在L7かつ該陽極の中空部と同軸の管状部とか
らなる制御電極と、制御電極の管状部の中空部を覆うご
とく配設された21%−の陰極と、陽極の他方の開口端
に近接して設け、陽極の中空部と同軸の貫通孔を有する
第二の陰極と、前記各電極を真空内に配置し、前記陽極
と前記制御電極との間及び前記制御電極と前記陰極吉の
間に電圧を印加し、かつ前記陽極の中空’lXl5の軸
心方向に磁場を印加し、前記陽極の中空部内にガスを導
入して気中放電を発生させ、この放電により発生したイ
オンを前記第二の陰極に設けた11孔から取り出す如く
構成したイオン発明する。第2及び3図は、この発明に
よるイオン発生装置の一実施例を示すもので、第2図は
回路図、第3図は要部縦断面図である。なお第1図で示
した部分と共通の部分は同一符号で示し、その詳、?+
l]を省略する。この実施例では従来装置の共通部分を
用いて適用したが、これに限定されるものではなく、こ
の発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に適用できる。 この実施例に示すイオン発生装置の主要部は、貫通した
中空部(2)を有する陽極(1)と、この中空部(2)
にその軸心に平行な磁場を印加する磁場発生装置(8)
と、上記陽極(1)の一方の開口端に離間かつ近接して
配設され、該陽極(1)の開口の周辺部を覆うごとく配
設された板状部(10a)4、それに固着され陽極の中
空部(2)に延在しかつ中空部(2)と同軸の管状部(
+ob)c!:からなる制御#電極(10)と、該制御
電極の管状部(Jol))の中空部を覆うごとく配設さ
れた第一の陰極aυと、陽極(1)の他方の開口端に離
間かつ近接して配設され、陽極の中空部(2)と同軸に
穿設されたイオン取出し用の貫通孔(9)を有する第二
の陰極(1りと、陽極(1)に制御電極(10)のα位
よりも高い電位を与える電源α[有]と、制御tffl
 <11に第−及び第二の陰極の11位よりも高い電位
を与える電源(14)吉陽極の中2P都へイオンとなる
べき気体を供給する開示さ1tない気体源で構成される
。この実施例では、二つの11極(Ill 、 (13
は接地されているつ陽極(1)の電位v3及び制御i電
極(1o)の゛1d位vgは適宜選択できるが、放電の
特性りからは好ましくは600V<Vg〈V3 500
V=4500V (’)関係がある。 次にこの発明の作用効果を説明する0従来の実施例の特
性を示す線図第4図と1本発明の実施例の特性を示す線
図第5図を対比させながら説明す・るQ 第4図(a) 、 (b)および第5図(a) 、 (
b)は、放電部分の空間電位■を、陽極の円筒状中空部
の対称軸に一致する+Ml+をもつ円筒座標(r 、 
’2 )で示しだものである。陰極(4)あるいは(t
υの陽極側の表面を2二〇、陰極(3)あるいはα功の
陽極側の表面を2=、24、陽極の長手方向の中心面を
Z ” Z 1で示しである。 陽極の中空部(2)の半径を「8、陽極心位ンva、陰
1極電位を0ミして示しである。 第4図(a)及び第5図(a)は「=0の線に?Rつだ
空間電位を示し、・篤4図(b)及び第5図(b)は平
面2−z1上の空間電位を示す。まず従来の装置の場合
を第4図で説明する。放電していない状態で、陽極に電
圧■3が印加されている場合、陽極中空部の中心付近で
は、空間電位はほぼvaK等しくなる0この空間電位を
点線で示しである。放電している状態では、陽極中空部
と2枚の陰極面で包囲される空間に、電子が多数捕獲さ
れ、電子群による空間電荷により陽極中空部に′α場が
形成され、陽極中空部の電位は放電していないときの電
位より大き2下降する。放電している状態での空間電位
分布′を、第4図(a) 、 (b)に実線で示す。V
oは陰極降下であり、その値は、イオン源として通常使
用されるPIG放電においてはvaに較べて非常に小さ
い。 第4図(C)は陰極の貝通部(9)より取出されたイオ
ンビームの、イオンの運動エネルギの分布を示す。 なお本発明は取出すイオンの種類を制限するものでなく
、電荷イオンも取出してよいが、説明の簡単な電荷イオ
ンを実施例として採る。横軸Uは運動エネルギであり、
縦軸fは運動エネルギがU以−ヒu+du未満・パ)イ
オンの、単位時間に取出される数がfduであると定義
した分布函数である。 イオンは、放′4部に導入された中性分子等が、電子と
衝突し電離することで生成される。中性分子等と′11
L子の大きな質量比のため、衝突で得るイオンの運動エ
ネルギは非常に小さい。イオンが取出された部f(′1
のI’J、位は陰極電位と等しく、0であるから、イオ
ンの運動エネルギは、実際北、その発生した部位の空間
電位Vと陰極は位の差だけ加速されたもので、電子の゛
電荷を−e、5おくと、evである。イオンはvo以上
va未満の電位で生成されるので、fはeV、)≦U≦
e Vaの範囲だけで、0で吃い値をとり得る。第4図
(C)は実測した例である。 1) I (]イオン源の大きな欠点であるfの広い分
布は空間電位がvoからvaの広い範囲に分布すること
が原因である。 以下第5図を用いて本発明の作用、効果を説明する。 本発明による装置は、空間t1位の分布を狭い範囲に限
り、fの狭い分布を実現したものである。 U御電極(10)の電位Vgは、外部より与えられるの
で制御電極のある位置での制御電極がないと仮想した場
合(第4図で示した様な場合)の空間電位vg′と実際
ト一致しないと考えてよい。まずv、 > vg’の場
合を考えると、電子はポテンシャルエネルギの低い制御
電極(lO)に衝突吸収される。ドリフト速度は非常に
大きいので、電子の密度は急激に減少し、その空間電荷
による電場は同じく急激に減少する。陽極の電位vaは
外部から与えられているので、電場の減少の結果、空間
電位は陽極電位に近づき、v / 、−Vgミなるまで
この変化は進行する。 電子はドリフト運動とドリフト中心の牛わりの軸回;軍
動とにより大きな運動エネルギを有するOkってv、’
=vgとなっても引きつづきα子密度の減少は続き・■
g′〉Vgとなる。vg′と■2の差h′−vgが過大
になると、制御成極のポテンシャルエネルギが過大とな
るため、′電子は制御成極に到達しなくなり、制御il
I電極との衝突による′成子密度に減少は無くなシ、制
御電極が無い場合の空間シ位分布に近づく様に、成子密
度が増加し、その結果として■2′が減少し、vg′−
vgが過大でなくなる中でこの過程は進行する。Vg’
 −Vgが、・1子の運動エネルギ等で決まる一定値に
なったときに、放i[は安定L、かつ安定でない場合に
は安定状態へ移行する。すなわち、空間電位等を制御゛
Tるという作用を、f:ill (ill ’i[極は
有する。制御された空間電イオンビームの運動エネルギ
分布函数fを示す第5図(C)に示される。
[Technical Field to Which the Invention Pertains] The present invention relates to an ion generator, and more particularly to an ion generator using low-pressure gas formation and a type of crossed field discharge of electricity. [Prior art and its problems] Recently, it has been used as an ion source in the field of nuclear fusion, surface processing of semiconductors and metals (ion implantation, ion plating, etching, etc.), surface analysis, phytochemistry, etc. The use of various types of ion generators R is increasing. Typical ion sources that generate a large amount of ions are those that generate plasma and extract the ions of its constituent particles, such as Duo Plasmatron, Duo Pigatron, and non-external magnetic field arc discharge types, which are often used. I'm here. These plasma-generated ion sources have a common drawback of poor gas efficiency. Poor gas efficiency means that a large amount of neutral gas molecules θS flow out of the ion source together with the ion beam, which can easily cause dielectric breakdown in the ion acceleration section and make high-energy acceleration difficult. The beam forms a plasma around it, and the electrons are accelerated in the ion accelerator toward the ion source in the opposite direction to the ions and collide with the electrode.The electrons, which are further accelerated toward the ion source, are The number of gas molecules flowing out from the ion tube increases by increasing the number of them, so if the electrode is heated rapidly and the ions are processed for a long time, the ion electrode will be destroyed. T was also missing. Fourth, plasma-generated ion sources have a hot cathode as a source of adult supply, and it is well known that the short lifetime of the hot cathode is a common drawback of this type of ion source. To solve these drawbacks, a PIG type ion source with a cold cathode and high gas efficiency has been proposed. For example, there is an ion generator having a configuration as shown in FIG. This conventional ion generator has a cylindrical anode (1) and a pair of cathodes (31, 31, (4), a vacuum container (5) that houses these anodes (1) and cathodes (3), (4), and an anode (1) and cathodes (ffi ( 3), a lead wire (6) that applies a predetermined potential to (4), or a lead wire (6).
, (7) and a magnetic field generator (8) that applies a magnetic field in the direction of the cylinder axis of the anode (1). The anode (1) has openings at both ends, and the cathode (3),
A gap is provided between the hollow part (2) and the hollow part (2) so that a gas can enter the hollow part (2). The cathode (3) contains ions (
It is provided on the side from which the anode (Ii) is taken out, and is disk-shaped and has a through hole (9) coaxially provided in the center thereof with the hollow part (2) of the anode (1). The cathode (4) is provided opposite to the cathode (3), but is electrically connected so that they have a common potential.The anode (1) is connected to the DC power supply (t3)
), f4) are grounded via the current measuring device ([9). The current (■k) flowing here is measured by the current measuring device (c). The magnetic field generator f(8) is connected to the vacuum vessel (
5) is surrounded by a cylindrical shape, and is configured to generate a magnetic field parallel to the cylindrical axis direction of the hollow part (2) of the anode by the force of the power source (8a). The ion generator configured in this way is a vacuum container (5)
The open side (left end in the figure) is connected to, for example, an ion etching device (not shown), and the inside of the vacuum container (5) together with the ion etching device is previously evacuated to a desired degree of vacuum by an evacuation device (not shown). When operating this ion generator, a desired gas such as A gas is supplied from the ion etching device 4 side to the inside of the vacuum container (5), and the hollow part (2
) to perform air release '6mo to generate ions. The generated ions are released from the through hole (9) of the cathode (3) to the ion etching device [11,] and are used for etching. The operating conditions of the ion generator can be selected as appropriate depending on the application, but for example, the operating gas density in the vacuum container (5) is I x 1017 m'3, and the radius of the anode hollow part is? ,5. ? m, the anode-cathode cardiac pressure is 5KV, and the magnetic station is 0.15T. Ions are ejected from the opening (9) in the direction of the arrow. In other words, this ion generator is PI
The G type generates a PIG discharge, which is a type of air discharge in a space with a neutral gas molecule density in the high vacuum region, and ions generated in the discharge space are generated when the central axis of the anode space of the cathode is aligned with the cathode surface. The ions are extracted by making use of the stiffness of collisions concentrated at the intersecting parts and by providing openings in these parts of the cathode, which has the advantage of being a cold cathode and being able to manufacture one with high gas efficiency. On the other hand, (1) J., C., Helmer and R., J.,
Jensen:B:IecLricalCharac
teristics of a penning Di
charge; 1) roe. Similar to IRJ (61) 1920 (2) W, Knauer: Mechanism
of 'the Penn111g Dischar
get LOW Pressnres;
J, Appl, Phys, 3
3 (62). As shown in Figure 093, the kinetic energy of the extracted ion beam is wide, and in order to improve beam focusing and parallelism, the configuration of the beam line was extremely difficult to improve. By providing an electrode, the cold cathode has good gas efficiency, and the width of the kinetic energy of the extracted ion beam can be reduced, and furthermore, it is possible to control only the ion source without adding an ion accelerator or the like. According to
To provide an ion generator that realizes a useful function that is not possible with conventional PIG type and plasma generation type ion sources, such as greatly and easily controlling the average value of ion kinetic energy of an output beam. a plate-shaped part provided close to one opening end of the opening and covering the peripheral part of the opening described in iIJ; a control electrode consisting of a tubular part coaxial with the control electrode; a 21% cathode disposed so as to cover the hollow part of the tubular part of the control electrode; a second cathode having a through hole coaxial with the second cathode, and each of the electrodes are placed in a vacuum, a voltage is applied between the anode and the control electrode and between the control electrode and the cathode, and A magnetic field is applied in the axial direction of the hollow part of the anode, gas is introduced into the hollow part of the anode to generate an air discharge, and ions generated by this discharge are provided in the second cathode. We have invented an ion generator configured to extract ions from a hole. Figures 2 and 3 show an embodiment of an ion generator according to the invention, with Figure 2 being a circuit diagram and Figure 3 being a vertical sectional view of the main parts. .The parts common to those shown in Fig. 1 are indicated by the same symbols, and the details are ?+
l] is omitted. Although this embodiment uses common parts of the conventional device, the present invention is not limited to this and can be freely applied without departing from the gist of the present invention. The main parts of the ion generator shown in this example are an anode (1) having a hollow part (2) passing through it, and an anode (1) having a hollow part (2) passing through it.
A magnetic field generator (8) that applies a magnetic field parallel to its axis
and a plate-shaped part (10a) 4 which is arranged at a distance from and close to one opening end of the anode (1) so as to cover the periphery of the opening of the anode (1), and which is fixed thereto. A tubular portion (
+ob)c! : a control #electrode (10), a first cathode aυ disposed so as to cover the hollow part of the tubular part (Jol) of the control electrode, and a first cathode aυ disposed so as to cover the hollow part of the control electrode, and a A second cathode (1) is disposed adjacent to the anode (1) and has a through hole (9) for extracting ions coaxially drilled with the hollow part (2) of the anode. ) and the control tffl.
(14) A power supply that gives a potential higher than the 11th position of the second cathode and the second cathode (14) It is composed of a gas source (not disclosed) that supplies the gas to become ions to the middle 2P of the positive anode. In this example, two 11 poles (Ill, (13
is grounded, the potential v3 of the anode (1) and the voltage vg of the control i-electrode (1o) about 1d can be selected as appropriate, but from the characteristics of discharge, preferably 600V<Vg<V3 500
There is a relationship between V=4500V ('). Next, the effects of the present invention will be explained by comparing 0.0, a diagram showing the characteristics of the conventional embodiment, and 1. The diagram, FIG. 5, showing the characteristics of the embodiment of the present invention.Q. Figure 4 (a), (b) and Figure 5 (a), (
b) sets the space potential ■ of the discharge part in cylindrical coordinates (r,
'2) shows this. Cathode (4) or (t
The anode side surface of υ is 220, the anode side surface of the cathode (3) or α gong is 2=, 24, and the longitudinal center plane of the anode is Z '' Z 1. Hollow part of the anode. The radius of (2) is shown as 8, the anode center position is 0, and the cathode potential is 0. Figure 4(b) and Figure 5(b) show the space potential on the plane 2-z1.First, the case of a conventional device will be explained with reference to Figure 4. When voltage 3 is applied to the anode in a state where the anode is not discharged, the space potential is approximately equal to vaK near the center of the anode hollow part.This space potential is shown by the dotted line.In the state of discharge, the anode A large number of electrons are captured in the space surrounded by the hollow part and the two cathode surfaces, and the space charge caused by the electron group forms an 'α field in the anode hollow part, and the potential of the anode hollow part becomes the same as when no discharge is occurring. The potential decreases by 2. The spatial potential distribution' in the discharge state is shown by the solid line in Fig. 4(a) and (b).V
o is the cathode fall, and its value is very small compared to va in PIG discharges commonly used as ion sources. FIG. 4(C) shows the distribution of ion kinetic energy of the ion beam taken out from the shell opening (9) of the cathode. Note that the present invention does not limit the type of ions to be extracted, and charged ions may also be extracted, but charged ions that are easy to explain will be used as an example. The horizontal axis U is kinetic energy,
The vertical axis f is a distribution function in which the number of ions extracted per unit time of ions whose kinetic energy is less than or equal to U and less than u+du is fdu. Ions are generated when neutral molecules introduced into the radiation part collide with electrons and are ionized. Neutral molecules etc.'11
Due to the large mass ratio of L atoms, the kinetic energy of the ions obtained by collision is very small. The part f('1
Since the I'J position is equal to the cathode potential and is 0, the kinetic energy of the ion is actually north, and the space potential V at the site where it is generated and the cathode are accelerated by the difference in position, and the electron's If we add 5 charges to -e, we get ev. Ions are generated at a potential greater than or equal to vo and less than va, so f is eV, )≦U≦
It is possible to take a stuttering value of 0 only within the range of e Va. FIG. 4(C) is an example of actual measurement. 1) The wide distribution of f, which is a major drawback of the I () ion source, is caused by the wide distribution of the space potential from vo to va.The functions and effects of the present invention will be explained below using Fig. 5. The device according to the present invention limits the distribution of space t1 to a narrow range and realizes a narrow distribution of f.Since the potential Vg of the U control electrode (10) is externally applied, It can be considered that the space potential vg' in the hypothetical case where there is no control electrode at the position (as shown in Fig. 4) does not match the actual space potential vg'.First, considering the case where v, >vg', the electron are collided with and absorbed by the control electrode (lO), which has a low potential energy.Since the drift velocity is very large, the density of electrons decreases rapidly, and the electric field due to the space charge decreases rapidly as well.The potential va of the anode is Since it is applied from the outside, as a result of the decrease in the electric field, the space potential approaches the anodic potential, and this change progresses until it reaches v / , -Vg.The electrons undergo drift motion and axial rotation around the center of the drift; Ok, which has a larger kinetic energy than military movement,'
=vg, the α-ton density continues to decrease・■
g'〉Vg. If the difference h'-vg between vg' and
The collision with the I electrode does not cause a decrease in the ``seedling density.'' However, the ``seedling density'' increases to approach the spatial position distribution in the absence of the control electrode, and as a result, ``2'' decreases, and vg'-
This process progresses as vg is no longer excessive. Vg'
When -Vg reaches a constant value determined by the kinetic energy of one child, etc., the radiation i[ becomes stable L, and if it is not stable, it shifts to a stable state. That is, the pole has the effect of controlling the space potential, etc., as shown in FIG. .

【は、第4
図(c)に示しだ場合と同様に、eV(、< u (e
vaだけで零でない値を持し、第5図CC)に示される
様な曲線となる。制i、[(tされた放11ではりの最
小値eVoは、必要に応じ技術的に可能な範囲で、犬き
くできる。エネルギの最大値と最小値の差e(va−V
o)は、放成を維持するため一定値以上必要であるが、
Va及びV。を可能な限シ犬きくすることKより、エネ
ルギ幅の相対値を表わす数γ tシ(V  −V  )     V。 vava は】より非常に小さくできる。一方従来の装置では「ミ
1である。これがこの発明の第一の効果である。 次にこの発明による他の効果を説明すると、電源(14
)の出力電圧を変化させると、V、 =Voの随を変化
させずに、voの値を変化させることができる。 すなわち、陰極と他の電極の間の電圧で、イオンの平均
エネルギを制御することができる。これがこの発明の第
二の効果である。
[is the 4th
As in the case shown in Figure (c), eV(, < u (e
Only va has a non-zero value, resulting in a curve as shown in FIG. 5 (CC). The minimum value eVo of the beam can be increased to the extent necessary and technically possible.The difference between the maximum and minimum energy values e(va-V
o) is required to be above a certain value in order to maintain emission, but
Va and V. By making K as large as possible, the number γt(V −V )V represents the relative value of the energy width. vava can be made much smaller than ]. On the other hand, in the conventional device, the power supply (14) is the first effect of this invention.
), it is possible to change the value of vo without changing the equation V, =Vo. That is, the average energy of the ions can be controlled by the voltage between the cathode and the other electrodes. This is the second effect of this invention.

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

第1 jXJは従来のPIG形イオン96生装置の榴成
を示す図、第2図(・よこのう6明のイオン発生装置4
の一実施例を示す回路図、第3図はこの発明の一実施例
の要部を示す断面図、第4図は従来のP I Gイオン
発生装置の特性を示す線図、第5図はこの発明の実施例
の特性を示す線図、である。 (1)・・・陽極、(2)・・・中空部、(3) 、 
(4)・陰極、(5)・・・真空容器、(8)・・・磁
場発生装置、(9)・・イオン取出し貫通孔、鱈・・制
御電極、(loa)・・・板状部、(Job )・・管
状部、aυ・・・第一の1粛極、(121−第二の陰極
、(!3) 、 H・・・id源。 第  1 図 第  2 図 第  4 図 (α)(ム) 第5図 (Cノ ヂ (C〕 ρ     ピVl    u
1st jXJ is a diagram showing the formation of the conventional PIG type ion generator
FIG. 3 is a cross-sectional view showing essential parts of an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of a conventional PIG ion generator, and FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of a conventional PIG ion generator. FIG. 3 is a diagram showing characteristics of an embodiment of the present invention. (1)...anode, (2)...hollow part, (3),
(4) Cathode, (5) Vacuum vessel, (8) Magnetic field generator, (9) Ion extraction through hole, Control electrode, (LOA) Plate-shaped part , (Job)...tubular part, aυ...first 1 pole, (121-second cathode, (!3), H...id source. Figure 1 Figure 2 Figure 4 ( α) (Mu) Figure 5 (C Noji (C) ρ PiVlu

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 貫通した中空部を肩する陽極と、この陽極の一方の開口
端に離間かつ近接して配設され、該陽極のし:40の周
辺部を覆うごとく配設された板状部と該板状部に固着さ
れ該陽極の中空部に延在し、かつ該陽極の中空部と同軸
の管状部とからなる制御゛「電極と、該制御電極の管状
部の中空部を覆うごとく配設された第一の陰極と、陽極
の他方の開口端に離間かつ近接して配設され、該陽極の
中空部と同軸のに通孔を有する第二の陰極と、陽極には
制御電極電位よりも高い電位を与える手段と、第−及び
第二の陰極には制御電極電位よシも低い電位を与える手
段と、前記陽極の中空部にその軸心に実質的に平行な磁
場を印加する手段と、前記陽極の中空部にイオンとなる
べき気体を供給する手段とを具備したことを特徴とする
イオン発生装置0
an anode shouldering the hollow portion through which the anode passes; a plate-shaped portion disposed apart from and close to one open end of the anode so as to cover the peripheral portion of the anode; A control electrode consisting of a tubular part that is fixed to the electrode, extends into the hollow part of the anode, and is coaxial with the hollow part of the anode; a first cathode, a second cathode disposed apart from and close to the other open end of the anode and having a through hole coaxially with the hollow part of the anode; means for applying a potential to the first and second cathodes, means for applying a potential lower than the control electrode potential to the first and second cathodes, and means for applying a magnetic field substantially parallel to the axis of the hollow portion of the anode; An ion generator 0 characterized in that it comprises means for supplying a gas to become ions into the hollow part of the anode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5150010A (en) * 1990-03-14 1992-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Discharge-in-magnetic-field type ion generating apparatus
JP2021158092A (en) * 2020-03-30 2021-10-07 住友重機械工業株式会社 PIG ion source device and ion source gas supply system

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