JPS6118302B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明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、ヒータによつて加熱するようにしていた。
このような構成によれば硼素、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
ーブンによつて気化させることができるが、ニオ
ブ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つ
ては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、チツ化ボロンのよう
な耐熱絶縁材料で構成されているが、ニオブのよ
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
オン化物質を気化蒸発させることはできなかつ
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附着してし
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
なくなつてイオン化され難くなる。

イオン化物質をヒラメントの近傍に設置して、
これからの熱の輻射熱によつて加熱することも考
えられているが、これではイオン化物質を前記し
た程度まで高温加熱するは困難であるあるし、で
きたとしても蒸発するイオンの量が少ないので、
実用的ではない。

この発明は1800℃以上の温度で気化蒸発するイ
オン化物質の加熱を容易にするとともに、イオン
化効率を高めることを目的とする。

この発明は、イオン化物質を熱電子を発生する
ヒラメントによつて支持し、ヒラメントからの熱
によつて直接に加熱するようにしたことを特徴と
する。

この発明を図面に基いて説明すると、第１図に
おいて、１はイオン引出口１Ａを有する引出キヤ
ツプ、２はレヤーキヤツプ、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、８はイオン化物
質で、第１図に示す構成例は第２図に拡大して示
してあるように筒状体に形成され、その外周壁に
支持部８Ａをも併せて形成してある。そして第１
図に示すように、前記支持部８Ａをヒラメント７
のそのスプリング作用によつてはさみつけるよう
にして取付けてある。図の例はその取付けのため
に、ヒラメント７を上下２段に分ち、両ヒラメン
ト部分によつて支持部８Ａを上下から挾持するよ
うにして取付けてある。

このような構成において、ヒラメント７に加熱
用の電流を流すと、ヒラメント７は発熱し、その
熱によつてイオン化物質８が直接加熱されるよう
になる。通常ヒラメント７の発熱温度は1800〜
2000℃以上になり得るので、高融点のイオン化物
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とレヤーキヤツプ２との間に電圧
（普通DC200〜300V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とレヤーキヤツプ
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つて
イオン化物質が蒸発し気体となつてアノード電極
３とレヤーキヤツプ２との間に引かれてくると、
これがさきのヒラメント７の発熱によつてこれか
らとび出てきた熱電子との衝突により電離しイオ
ンとなる。引出キヤツプ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５〜30kV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
ンはヒラメント７内を通つてイオン引出口１Ａか
ら外部に引出される。この過程でイオンはイオン
化物質８、ヒラメント７に衝突することもあるが
これらはいずれも高温に加熱されているので、こ
れらに付着し捕そくされるようなことはない。

比較的融点の低いものでは、支持部８Ａが溶融
したりすることがあつて接触不良を起こし、前記
のようにヒラメント７を二分したような場合には
ヒラメントが断線したと同じような状態になる恐
れがある。これを防ぐために第３図に示すように
タンタル、タングステンのような高融点材料で環
状の支持具９を構成し、その内面に筒状体のイオ
ン化物質８を支持するか、或いは第４図に示すよ
うに同支持具９を筒状体のイオン化物質８の外周
に取付け、支持具９をヒラメント７により挾持す
るようにすればよい。

以上のイオン化物質８は支持部８Ａ又は支持具
９を形成し、これによつてヒラメント７に支持さ
せた例であるが、第５図乃至第８図はこれら支持
部８Ａなどを特に設けることなく、ヒラメント７
に支持させた例である。第５図はイオン化物質を
ヒラメント７の内径より外径を僅かに大きくした
筒状体に形成し、ヒラメント７の内面に圧入する
ことによつて支持せしめた例であり、第６図は筒
状体のイオン化物質８の外周に溝８Ｂを形成し、
これにヒラメント７を巻きつけるようにして支持
した例であり、第７図はイオン化物質８の外周中
央を山形状に突出させて突出部８Ｃを形成し、そ
の斜面部にヒラメント７が係合することによつて
支持した例であり、更に第８図は第７図とは逆に
外周中央をくぼませ、そのくぼみ部８Ｄにヒラメ
ント７が係合することによつて支持した例であ
る。

いずれにしてもこの考案では、ヒラメント７を
コイル状に構成し、その螺旋部分にまたがつて接
するようにイオン化物質８を支持するようにして
いる。このように支持するとイオン化物質をヒラ
メントに直接的に塗布して支持する場合に比較し
て、その支持し得る量が格段に多くなる。したが
つて長時間にわたつてイオン源装置として運転可
能となるし、また塗布する場合に比較して支持操
作が極めて簡単となる。なおこれらの構成におい
て、イオン化物質８によつてヒラメント７は部分
的に短絡されることになるので、少くともヒラメ
ント７の２ターン部分程度にまたがつて係合させ
ることが必要であろう。

いずれにしても以上の構成によれば、イオン化
物質８はヒラメント７からの熱によつて直接的に
加熱されるようになる。したがつて1800℃以上の
高温でしか気化蒸発しないイオン化物質において
も、ヒラメントの輻射熱によつて加熱するのとは
異なり、これを確実に気化蒸発させることができ
るとともに、蒸発イオンも充分に多くなり、イオ
ン化効率が高くなる。

なおアノード電極３とレヤーキヤツプ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１１を設置するとよ
い。１２はそのヒータを示す。

以上詳述したように、この発明によれば極めて
簡単にしかも高温度をもつ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、イオン化効率も従
来装置に比較して高めることができるし、更にイ
オン化物質のヒラメントへの支持可能な量が多く
なるので、長時間にわたる運転が可能となるとい
つた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２
図は一部の拡大断面図、第３図乃至第８図は各実
施態様を示す断面図。 １……引出キヤツプ、２……レヤーキヤツプ、
３……アノード電極、７……ヒラメント、８……
イオン化物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン化物質を気化蒸発させて、これにヒラ
   メントの発熱によつ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、前記ヒラ
   メントをコイル状に構成するとともに前記イオン
   化物質を、1800℃以上の温度で気化蒸発するイオ
   ン化物質とし、これを前記ヒラメントによつてそ
   の螺旋部分にまたがつて接するように支持すると
   ともに、前記ヒラメントからの熱によつて加熱し
   気化蒸発させてなるイオン源装置。