JPS6043620B2 - マイクロ波イオン源 - Google Patents
マイクロ波イオン源Info
- Publication number
- JPS6043620B2 JPS6043620B2 JP57207384A JP20738482A JPS6043620B2 JP S6043620 B2 JPS6043620 B2 JP S6043620B2 JP 57207384 A JP57207384 A JP 57207384A JP 20738482 A JP20738482 A JP 20738482A JP S6043620 B2 JPS6043620 B2 JP S6043620B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- microwave
- discharge chamber
- source
- magnetic field
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
- H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、マイクロ波イオン源に関し、さらに詳しく
は、マイクロ波と磁界の間でエレクトロ.ン・サイクロ
トロン・レゾナンスを起し、それによるマイクロ波放電
でイオンを成生するマイクロ波イオン源に関する。
は、マイクロ波と磁界の間でエレクトロ.ン・サイクロ
トロン・レゾナンスを起し、それによるマイクロ波放電
でイオンを成生するマイクロ波イオン源に関する。
従来のマイクロ波イオン源の開示は、“N.Sa−Ku
dO,K.TOkjguchi,H.KOike,an
dI.!KanOmata,ReV.SCi.IrlS
trLlnl,VOl,48,NO.7762,JUl
y,l97r゛および46N.SakL1d0,K.T
0kiguchi,H.K0ike,arK11.Ka
r]0mata,Inst.Phys.C0nf.Se
r.N0.54:Chapter2,l98O5′にあ
る。
dO,K.TOkjguchi,H.KOike,an
dI.!KanOmata,ReV.SCi.IrlS
trLlnl,VOl,48,NO.7762,JUl
y,l97r゛および46N.SakL1d0,K.T
0kiguchi,H.K0ike,arK11.Ka
r]0mata,Inst.Phys.C0nf.Se
r.N0.54:Chapter2,l98O5′にあ
る。
この様な従来のイオン源において放電室内で・生成され
たイオンは、イオン引出電極による電界でイオン引出口
より放電室外へ引き出されるが、一部のイオンは引出し
方向とずれた方向に進行するので、引出し後のビームの
平行性が悪くなり、また有効なイオン電流となる効率が
低下するという問題がある。この発明は、磁界の形成を
改良することにより上記問題を解消したマイクロ波イオ
ン源を提供するものである。
たイオンは、イオン引出電極による電界でイオン引出口
より放電室外へ引き出されるが、一部のイオンは引出し
方向とずれた方向に進行するので、引出し後のビームの
平行性が悪くなり、また有効なイオン電流となる効率が
低下するという問題がある。この発明は、磁界の形成を
改良することにより上記問題を解消したマイクロ波イオ
ン源を提供するものである。
すなわち、この発明は、イオン種導入口とイオン導出口
とを有する放電室、その放電室内にマイクロ波を放射す
るマイクロ波放射手段、前記放電室内に磁界を印加する
磁界印加手段、前記イオンノ種導入口より前記放電室内
にイオン種を供給するイオン種供給手段、およびイオン
引出電極を具備してなり、そのイオン引出電極は抵抗率
1Cf0an以下でかつ透磁率5以上の磁気材料て形成
され、イオン引出方向に伸びた形状の磁界を放電室内お
・よびイオン導出口からイオン引出電極にかけての空間
に形成しうるものであるマイクロ波イオン源を提供する
。この発明のマイクロ波イオン源において、イオン引出
電極は、抵抗率1σΩα以下てかつ透磁率゛が5以上の
磁気材料にて作られる。
とを有する放電室、その放電室内にマイクロ波を放射す
るマイクロ波放射手段、前記放電室内に磁界を印加する
磁界印加手段、前記イオンノ種導入口より前記放電室内
にイオン種を供給するイオン種供給手段、およびイオン
引出電極を具備してなり、そのイオン引出電極は抵抗率
1Cf0an以下でかつ透磁率5以上の磁気材料て形成
され、イオン引出方向に伸びた形状の磁界を放電室内お
・よびイオン導出口からイオン引出電極にかけての空間
に形成しうるものであるマイクロ波イオン源を提供する
。この発明のマイクロ波イオン源において、イオン引出
電極は、抵抗率1σΩα以下てかつ透磁率゛が5以上の
磁気材料にて作られる。
言うまでもなく、機械的強度があり、高温に耐えられる
材料であることが必要である。具体的には、磁性ステン
レス,ニッケルおよびフェライトを例示することができ
る。従来のイオン引出電極に使われていた非磁性ステン
レスやモリブデンは磁路として不適であるから好ましく
ない。イオン引出電極の形状は、イオン導出口に対向し
てイオンビームを引き出す開口を有し、その開口の先端
部分から磁界が出る(あるいは磁界が入る)ような形状
とするのが好ましい。以下、図に示す実施例に基いて、
この発明をさらに詳説する。
材料であることが必要である。具体的には、磁性ステン
レス,ニッケルおよびフェライトを例示することができ
る。従来のイオン引出電極に使われていた非磁性ステン
レスやモリブデンは磁路として不適であるから好ましく
ない。イオン引出電極の形状は、イオン導出口に対向し
てイオンビームを引き出す開口を有し、その開口の先端
部分から磁界が出る(あるいは磁界が入る)ような形状
とするのが好ましい。以下、図に示す実施例に基いて、
この発明をさらに詳説する。
ただし、これによりこの発明が限定されるものではない
。第1図に示す1は、この発明のマイクロ波イオン源の
一実施例である。
。第1図に示す1は、この発明のマイクロ波イオン源の
一実施例である。
2は放電室で、イオン種導入口3とイオン導出口4とを
有している。
有している。
マイクロ波源5のマグネトロンで発生されたマイクロ波
は、同軸管6を介し、放電室2内部に突設されているア
ンテナ7に供給され、アンテナ7から放電室2内に放射
される。イオン種導入口3は、外部のイオン種供給手段
8に接続されており、BF3,PF6,AsH寿のガス
あるいはオープンで蒸気化されたB,P,AS等を放電
室2内に供給する。28は接続バイブ、29はイオン種
ガス源、30はバルブである。
は、同軸管6を介し、放電室2内部に突設されているア
ンテナ7に供給され、アンテナ7から放電室2内に放射
される。イオン種導入口3は、外部のイオン種供給手段
8に接続されており、BF3,PF6,AsH寿のガス
あるいはオープンで蒸気化されたB,P,AS等を放電
室2内に供給する。28は接続バイブ、29はイオン種
ガス源、30はバルブである。
イオン種ガス源29は、たとえばアルゴンガスボンベや
金属蒸気化オープンである。9は放電室2の外周に設置
された円筒形永久磁石で、放電室2に磁界を印加する。
金属蒸気化オープンである。9は放電室2の外周に設置
された円筒形永久磁石で、放電室2に磁界を印加する。
マイクロ波の周波数がたとえば245GHzのとき、放
電室2での磁界を875ガウスとすれば、公知のように
エレクトロン・サイクロトロン●レゾナンスを生じ、イ
オンが生成される。このイオンは、放電室2のイオン導
出口4から外け拡散し、イオン引出電極10の形成する
電界によつてビームとなり、第1図下方へ向う。エレク
トロン・サイクロトロン・レゾナンスを生じさせかつ効
率よくイオンを引き出すためには、磁界の形成が特に重
要である。
電室2での磁界を875ガウスとすれば、公知のように
エレクトロン・サイクロトロン●レゾナンスを生じ、イ
オンが生成される。このイオンは、放電室2のイオン導
出口4から外け拡散し、イオン引出電極10の形成する
電界によつてビームとなり、第1図下方へ向う。エレク
トロン・サイクロトロン・レゾナンスを生じさせかつ効
率よくイオンを引き出すためには、磁界の形成が特に重
要である。
すなわち、放電室2における磁界の強さと形状とを適切
に設定する必要がある。そこで、この装置1では、ヘッ
ド11を磁気材料製とするばかりでなく、イオン引出電
極10およびその移動機構12を磁気材料(具体的には
たとえば磁性ステンレス)製としている。また、イオン
引出電極10の形状を、イオン導出口4より遠ざかる方
向でかつ外側へ向けて広がるコーン状とし、そのコーン
の頂部にイオン導出口4に対向する開口13を設けてい
る。また、ボディ14を非磁気材料製としている。この
結果、放電室2における磁界は、ヘッド先端部15とイ
オン引出電極先端部16とを結ふ領域すなわち放電室2
内およびイオン導出口4からイオン引出電極10にかけ
ての空間31に集中することになる。これは換言すれば
、イオン引出方向に伸び、望ましいイオンの進行方向と
は異方向に無駄に広がらない。好ましい形状である。さ
らに、磁気材料製の調整プレート17を出し入れできる
空隙18を磁路中に設けてあるから、たとえば第2図に
示すようにネジ軸19を回転して調整プレート17を空
隙18に挿入する程度を変えることにより、磁界の強度
を適切に調整できる。イオン引出電極10は、ボディ1
4に固設されている絶縁プレート20に、移動機構12
を介して移動可能に取り付けられており、ツマミ21等
を回すことで水平方向に、またギヤ22等を回転させる
ことで垂直方向に位置を微調整できる。
に設定する必要がある。そこで、この装置1では、ヘッ
ド11を磁気材料製とするばかりでなく、イオン引出電
極10およびその移動機構12を磁気材料(具体的には
たとえば磁性ステンレス)製としている。また、イオン
引出電極10の形状を、イオン導出口4より遠ざかる方
向でかつ外側へ向けて広がるコーン状とし、そのコーン
の頂部にイオン導出口4に対向する開口13を設けてい
る。また、ボディ14を非磁気材料製としている。この
結果、放電室2における磁界は、ヘッド先端部15とイ
オン引出電極先端部16とを結ふ領域すなわち放電室2
内およびイオン導出口4からイオン引出電極10にかけ
ての空間31に集中することになる。これは換言すれば
、イオン引出方向に伸び、望ましいイオンの進行方向と
は異方向に無駄に広がらない。好ましい形状である。さ
らに、磁気材料製の調整プレート17を出し入れできる
空隙18を磁路中に設けてあるから、たとえば第2図に
示すようにネジ軸19を回転して調整プレート17を空
隙18に挿入する程度を変えることにより、磁界の強度
を適切に調整できる。イオン引出電極10は、ボディ1
4に固設されている絶縁プレート20に、移動機構12
を介して移動可能に取り付けられており、ツマミ21等
を回すことで水平方向に、またギヤ22等を回転させる
ことで垂直方向に位置を微調整できる。
この微調整によりイオンビームの安定性を向上し、また
ビーム強度も調整しうる。この装置1の温度制御は、ボ
ディ14に付属させた冷却材ダクタ23に冷却材を流す
ことと加熱ブロック24のヒータ25に通電することと
により行われる。
ビーム強度も調整しうる。この装置1の温度制御は、ボ
ディ14に付属させた冷却材ダクタ23に冷却材を流す
ことと加熱ブロック24のヒータ25に通電することと
により行われる。
加熱ブロック24による加熱は、イオン種に含まれる不
純分やイオン種として用いられた金属蒸気が放電室2の
壁面に付着して汚染することを防止するのに有用である
。一方、冷却材ダクト23による冷却は、たとえばボデ
ィ14と絶縁プレート20の間にある真空シールを熱か
ら保護するのに有用である。26はイオンビーム量の検
出器、27はコントローラである。
純分やイオン種として用いられた金属蒸気が放電室2の
壁面に付着して汚染することを防止するのに有用である
。一方、冷却材ダクト23による冷却は、たとえばボデ
ィ14と絶縁プレート20の間にある真空シールを熱か
ら保護するのに有用である。26はイオンビーム量の検
出器、27はコントローラである。
コントローラ27は、検出器26の出力変動に応じて、
マイクロ波源5のマイクロ波出力を制御したり、イオン
種供給手段8のイオン種供給量を制御したり、調整プレ
ート17を移動して磁界の強度を制御して、イオンビー
ムを所定量に安定に保持する役割をはたす。上記装置1
のサイズは直径約50Tg1.,高さ約65?である。
マイクロ波源5のマイクロ波出力を制御したり、イオン
種供給手段8のイオン種供給量を制御したり、調整プレ
ート17を移動して磁界の強度を制御して、イオンビー
ムを所定量に安定に保持する役割をはたす。上記装置1
のサイズは直径約50Tg1.,高さ約65?である。
イオン引出電極10の開口径を3mとして実験したデー
タを第3図A,Bに示す。他の実施例としては、円筒形
永久磁石9に代えて円筒形ソレノイドを用いたものが拳
げられる。
タを第3図A,Bに示す。他の実施例としては、円筒形
永久磁石9に代えて円筒形ソレノイドを用いたものが拳
げられる。
この場合、ソレノイドの電流を変えて磁界の強さを調節
できる。また、イオン引出電極の開口を多数設けたもの
が拳げられる。以上の説明から理解されるように、この
発明のマイクロ波イオン源は、イオン引出電極を磁気材
料製とし、磁路としても用いうるように構成したことを
主たる特徴としている。ノ そこで、磁界がイオン引出
電極から放電室へ向けて集中されると共に磁路の磁気抵
抗が減少される。
できる。また、イオン引出電極の開口を多数設けたもの
が拳げられる。以上の説明から理解されるように、この
発明のマイクロ波イオン源は、イオン引出電極を磁気材
料製とし、磁路としても用いうるように構成したことを
主たる特徴としている。ノ そこで、磁界がイオン引出
電極から放電室へ向けて集中されると共に磁路の磁気抵
抗が減少される。
すなわち磁界の形成効率が向上する。そこで磁界印加手
段を小型化できるようになり、磁界印加手段としてソレ
ノイドを用いた場合は消費電力7を節約てきる。また永
久磁石を磁界印加手段として用いることが可能となる。
この場合、磁界発生のための電力が不要となり非常に好
ましい。また、磁界の形状がイオンの引出方向に伸びた
形状となるので、イオン引出方向とずれた方向につ進行
するイオンが減少し、ほとんどのイオンを引き出すこと
ができるようになる。すなわちイオンの引き出し効率が
向上する。この発明の発明者らの実験によれば、第3図
A,Bには示されていないが、95.5rr1A/Cl
tのイオン電流を取り出すことができた。ちなみに従来
のマイクロ波イオン源によるイオン電流は約23rnA
/Clt程度であるから、明らかに性能が向上している
。
段を小型化できるようになり、磁界印加手段としてソレ
ノイドを用いた場合は消費電力7を節約てきる。また永
久磁石を磁界印加手段として用いることが可能となる。
この場合、磁界発生のための電力が不要となり非常に好
ましい。また、磁界の形状がイオンの引出方向に伸びた
形状となるので、イオン引出方向とずれた方向につ進行
するイオンが減少し、ほとんどのイオンを引き出すこと
ができるようになる。すなわちイオンの引き出し効率が
向上する。この発明の発明者らの実験によれば、第3図
A,Bには示されていないが、95.5rr1A/Cl
tのイオン電流を取り出すことができた。ちなみに従来
のマイクロ波イオン源によるイオン電流は約23rnA
/Clt程度であるから、明らかに性能が向上している
。
第1図はこの発明のマイクロ波イオン源の一実施例の構
成説明図、第2図は第1図に示す装置における磁界強度
調節手段の要部平面図、第3図は実験データ図である。
成説明図、第2図は第1図に示す装置における磁界強度
調節手段の要部平面図、第3図は実験データ図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 イオン種導入口とイオン導出口とを有する放電室、
その放電室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手
段、前記放電室内に磁界を印加する磁界印加手段、前記
イオン種導入口より前記放電室内にイオン種を供給する
イオン種供給手段、およびイオン引出電極を具備してな
り、そのイオン引出電極は抵抗率10^6Ωcm以下で
かつ透磁率5以上の磁気材料で形成され、イオン引出方
向に伸びた形状の磁界を放電室内およびイオン導出口か
らイオン引出電極にかけての空間に形成しうるものであ
るマイクロ波イオン源。 2 イオン引出電極が、磁性ステンレスである請求の範
囲第1項記載のマイクロ波イオン源。 3 イオン引出電極が、イオン導出口より遠ざかる方向
でかつ外側へ広がるコーン形状であり、イオン導出口と
対向して開口を頂部に有している請求の範囲第1項又は
第2項記載のマイクロ波イオン源。 4 イオン引出電極が、イオン導出口に対する相対位置
を調節する移動機構をさらに具備している請求の範囲第
1項〜第3項のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。 5 磁界印加手段が、放電室外周に設置された円筒形永
久磁石である請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記
載のマイクロ波イオン源。6 磁界印加手段が、放電室
外周に設置された円筒形永久磁石および磁路中に設置さ
れた磁気抵抗可変式の磁界強度調節手段である請求の範
囲第1項〜第4項のいずれかに記載のマイクロ波イオン
源。 7 磁界印加手段が、放電室外周に設置されたソレノイ
ドである請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の
マイクロ波イオン源。 8 マイクロ波放射手段が、放電室内に突設されたアン
テナ、放電室外に設けられたマイクロ波源およびそのマ
イクロ波源と前記アンテナとを結ぶ同軸管からなる請求
の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のマイクロ波イ
オン源。 9 マイクロ波源が、マグネトロンである請求の範囲第
8項記載のマイクロ波イオン源。 10 イオン種供給手段が、イオン種ガス源、そのイオ
ン種ガス源とイオン種導入口とを結ぶパイプおよびその
パイプの途中に設けられたバルブからなる請求の範囲第
1項〜第9項のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。 11 イオン種ガス源が、アルゴンガスボンベである請
求の範囲第10項に記載のマイクロ波イオン源。12
イオン種ガス源が、金属を加熱気化するオーブンである
請求の範囲第10項記載のマイクロ波イオン源。 13 放電室壁などにイオン種ガス中の不純物などが付
着するのを防止するために放電室壁を加熱するヒータ手
段をさらに具備してなる請求の範囲第1項〜第12項の
いずれかに記載のマイクロ波イオン源。14 イオンビ
ーム量検出器およびそのイオンビーム量検出器の出力変
動に応じてマイクロ波強度もしくはイオン種ガス供給量
もしくは磁界強度を制御してイオンビーム量を一定に保
つコントローラをさらに具備している請求の範囲第1項
〜第13項のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57207384A JPS6043620B2 (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | マイクロ波イオン源 |
US06/524,140 US4598231A (en) | 1982-11-25 | 1983-02-01 | Microwave ion source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57207384A JPS6043620B2 (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | マイクロ波イオン源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5996632A JPS5996632A (ja) | 1984-06-04 |
JPS6043620B2 true JPS6043620B2 (ja) | 1985-09-28 |
Family
ID=16538836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57207384A Expired JPS6043620B2 (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | マイクロ波イオン源 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4598231A (ja) |
JP (1) | JPS6043620B2 (ja) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH0616384B2 (ja) * | 1984-06-11 | 1994-03-02 | 日本電信電話株式会社 | マイクロ波イオン源 |
EP0169744A3 (en) * | 1984-07-26 | 1987-06-10 | United Kingdom Atomic Energy Authority | Ion source |
US4727293A (en) * | 1984-08-16 | 1988-02-23 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Plasma generating apparatus using magnets and method |
FR2572847B1 (fr) * | 1984-11-06 | 1986-12-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif d'allumage d'une source d'ions hyperfrequence |
US4788473A (en) * | 1986-06-20 | 1988-11-29 | Fujitsu Limited | Plasma generating device with stepped waveguide transition |
US4746799A (en) * | 1986-07-30 | 1988-05-24 | Mcmillan Michael R | Atomic jet radiation source |
JPH0831305B2 (ja) * | 1986-09-25 | 1996-03-27 | ソニー株式会社 | イオンビ−ム装置 |
US4749911A (en) * | 1987-03-30 | 1988-06-07 | Rpc Industries | Ion plasma electron gun with dose rate control via amplitude modulation of the plasma discharge |
JPS63257166A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | マイクロ波イオン源 |
US4778561A (en) * | 1987-10-30 | 1988-10-18 | Veeco Instruments, Inc. | Electron cyclotron resonance plasma source |
US4899084A (en) * | 1988-02-25 | 1990-02-06 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Particle accelerator employing transient space charge potentials |
DE68926923T2 (de) * | 1988-03-16 | 1996-12-19 | Hitachi Ltd | Mikrowellenionenquelle |
US4912367A (en) * | 1988-04-14 | 1990-03-27 | Hughes Aircraft Company | Plasma-assisted high-power microwave generator |
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JP2671733B2 (ja) * | 1992-10-09 | 1997-10-29 | 日新電機株式会社 | Ecr型イオン源 |
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JPS5947421B2 (ja) * | 1980-03-24 | 1984-11-19 | 株式会社日立製作所 | マイクロ波イオン源 |
-
1982
- 1982-11-25 JP JP57207384A patent/JPS6043620B2/ja not_active Expired
-
1983
- 1983-02-01 US US06/524,140 patent/US4598231A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4598231A (en) | 1986-07-01 |
JPS5996632A (ja) | 1984-06-04 |
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