JPS61253746A - ホロ−カソ−ド放電型イオン源 - Google Patents
ホロ−カソ−ド放電型イオン源Info
- Publication number
- JPS61253746A JPS61253746A JP9538785A JP9538785A JPS61253746A JP S61253746 A JPS61253746 A JP S61253746A JP 9538785 A JP9538785 A JP 9538785A JP 9538785 A JP9538785 A JP 9538785A JP S61253746 A JPS61253746 A JP S61253746A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hollow cathode
- ion source
- cathode
- tic
- tantalum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はホローカソード放電型イオン源に関するもので
ある。
ある。
従来の技術
従来、イオン源は種々の形式のものが知られておシ、例
えば熱フィラメントを用いたイオン源では、熱フィラメ
ントから出た電子を加速し、この電子を導入ガスと衝突
させてプラズマを生成し、それに基づくイオンを発生す
るようKしている。
えば熱フィラメントを用いたイオン源では、熱フィラメ
ントから出た電子を加速し、この電子を導入ガスと衝突
させてプラズマを生成し、それに基づくイオンを発生す
るようKしている。
熱フィラメントは放電の陰極を成しておシ、そして通常
タングステンフイラ、メントを用いているため、流入す
るプラズマイオンの衝撃によるスノツタリングや使用す
る放電ガス或いはその分解物との化学反応により消耗し
たシ断線し、寿命が比較的短かい。また熱フィラメント
を支持している電気絶縁物の表面が飛来するスパッタさ
れた粒子やフィラメントから蒸発する粒子で覆われ、電
気を導通するようKなる。このような理由は熱フィラメ
ントは比較的短期間で定期的に交換する必要がある。
タングステンフイラ、メントを用いているため、流入す
るプラズマイオンの衝撃によるスノツタリングや使用す
る放電ガス或いはその分解物との化学反応により消耗し
たシ断線し、寿命が比較的短かい。また熱フィラメント
を支持している電気絶縁物の表面が飛来するスパッタさ
れた粒子やフィラメントから蒸発する粒子で覆われ、電
気を導通するようKなる。このような理由は熱フィラメ
ントは比較的短期間で定期的に交換する必要がある。
そこでこのような熱フィラメントに伴なう欠点を解消す
るため高度にイオン化されたプラズマの生成手段として
知られたホローカソード放電を利用したイオン源が提供
されてきた。この種のホローカソード放電型イオン源は
、高温にすることができるため多くの高融点金属のイオ
ンを作ることができること:小さなプラズマ体積中で驚
異的な電流密度と効率とを得ることができること、カソ
ード面積を大きくとれ寿命が長いこと等の利点をもって
いる。
るため高度にイオン化されたプラズマの生成手段として
知られたホローカソード放電を利用したイオン源が提供
されてきた。この種のホローカソード放電型イオン源は
、高温にすることができるため多くの高融点金属のイオ
ンを作ることができること:小さなプラズマ体積中で驚
異的な電流密度と効率とを得ることができること、カソ
ード面積を大きくとれ寿命が長いこと等の利点をもって
いる。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、このような公知のホローカソード放電型
イオン源においてはホローカソードは通常SUS製であ
シ、そのため電子のエミッションが悪いこと、カソード
面積が大きいため放電させるのに大きな電力を必要とす
ること、高温安定性がよくないこと、真空ポンプに対す
る負荷が大きいこと等の問題点がある。
イオン源においてはホローカソードは通常SUS製であ
シ、そのため電子のエミッションが悪いこと、カソード
面積が大きいため放電させるのに大きな電力を必要とす
ること、高温安定性がよくないこと、真空ポンプに対す
る負荷が大きいこと等の問題点がある。
ところで低電圧で大きな電流密度を得ることのできる電
子放射材料として炭化物エミッタが知られておシ、例え
ば特公昭41−12171号公報にはタングステンのよ
うな金属製の尖頭体にジルコニウムを蒸着し、ジルコニ
ウムの層を炭素と化合させて成る炭化物ポイントエミッ
タの製造法が開示されておシ、また特公昭55−977
5号公報には、Ti、 Zr、 Hf、 V 、 Nb
、 Ta 中の一つまたこれらの二種以上の複合素の
炭化物の単結晶を用いた炭化物工ψツタが開示されてい
る。さらに特公昭56−3.1046号公報には、侵入
型炭化物形成金属単体またはその合金から成るエミッタ
素材を高融点物質から成る支持体に固定し、この固定工
程の前または後にエミッタ素材をチップ状に成形し、そ
の後チップ状エミッタ素材を加熱下で炭化水素気体と接
触させてその表層に金属炭化物層を形成することから成
る炭化物ポイントエミッタの製造法が開示されており、
そして特公昭56−31047号公報には、侵入型炭化
物形成金属単体またはその合金から成るエミッタ素材金
属で高融点物質から成る基体の少なくとも一部を被覆し
、エミッタ素材金属の被覆を加熱下で炭化水素気体と接
触させてその表面に金属炭化物層を形成することから成
る炭化物エミッタの製造法が開示されている。しかし炭
化物は硬くて脆いため上述のような公知のものや方法で
は炭化物を加工したシ、表面層の炭化処理を必要とする
ので比較的形状の単純な例えばポイントエミッタ等では
未だしもイオン源のカソードのように構造が複雑でこみ
入ったものになると実際上加工上の困難さや製造工程が
複雑となるために実質的にそのまま適用することができ
ない。
子放射材料として炭化物エミッタが知られておシ、例え
ば特公昭41−12171号公報にはタングステンのよ
うな金属製の尖頭体にジルコニウムを蒸着し、ジルコニ
ウムの層を炭素と化合させて成る炭化物ポイントエミッ
タの製造法が開示されておシ、また特公昭55−977
5号公報には、Ti、 Zr、 Hf、 V 、 Nb
、 Ta 中の一つまたこれらの二種以上の複合素の
炭化物の単結晶を用いた炭化物工ψツタが開示されてい
る。さらに特公昭56−3.1046号公報には、侵入
型炭化物形成金属単体またはその合金から成るエミッタ
素材を高融点物質から成る支持体に固定し、この固定工
程の前または後にエミッタ素材をチップ状に成形し、そ
の後チップ状エミッタ素材を加熱下で炭化水素気体と接
触させてその表層に金属炭化物層を形成することから成
る炭化物ポイントエミッタの製造法が開示されており、
そして特公昭56−31047号公報には、侵入型炭化
物形成金属単体またはその合金から成るエミッタ素材金
属で高融点物質から成る基体の少なくとも一部を被覆し
、エミッタ素材金属の被覆を加熱下で炭化水素気体と接
触させてその表面に金属炭化物層を形成することから成
る炭化物エミッタの製造法が開示されている。しかし炭
化物は硬くて脆いため上述のような公知のものや方法で
は炭化物を加工したシ、表面層の炭化処理を必要とする
ので比較的形状の単純な例えばポイントエミッタ等では
未だしもイオン源のカソードのように構造が複雑でこみ
入ったものになると実際上加工上の困難さや製造工程が
複雑となるために実質的にそのまま適用することができ
ない。
そこで本発明の目的は、上述のような低電圧で大きな電
流密度を得ることのできる電子放射材料の特性を利用し
て従来のホローカソード放電型イオン源に伴なう上述の
問題点を解決することにある。
流密度を得ることのできる電子放射材料の特性を利用し
て従来のホローカソード放電型イオン源に伴なう上述の
問題点を解決することにある。
゛問題点を解決するための手段
上記の目的を達成するために、本発明によれば、面積の
大きなカソードとこのカソードに対して電気的に絶縁し
て設けたアノードとの間ホローカソード放電によりプラ
ズマを生成してイオンを発生するようにしたホローカソ
ード放電型イオン源においてタンタル、タングステン等
の基板にチタンを被着し、その上にTiCを被着したカ
ソードを筒状にして熱シールド部材中に装着したことを
特徴としている。
大きなカソードとこのカソードに対して電気的に絶縁し
て設けたアノードとの間ホローカソード放電によりプラ
ズマを生成してイオンを発生するようにしたホローカソ
ード放電型イオン源においてタンタル、タングステン等
の基板にチタンを被着し、その上にTiCを被着したカ
ソードを筒状にして熱シールド部材中に装着したことを
特徴としている。
作 用
このように構成したホローカソード放電型イオン源では
、タンタル板上に被着される Ti層は週通常厚さ0.
3μm程度に形成され、その上に厚さ20μm程度にT
iC層が被着される。Ti層およびTiC層の形成は適
当な成膜技術手段例えば真空蒸着やスノ(ツタリング技
術を用いて行なうことができる。薄いTi層を介在させ
てタンタル板上にTiC層を被着させることKよってタ
ンタル基板と表面のTiC層との堅固で十分な付着を保
証することかで1きる。またTiC層は従来の炭化物エ
ミッタの場合のように基体上に固着した炭化物形成金属
゛(例えばTi)を炭化処理せずに直接被着させている
ので基板全体にわたって均一かつ一様に所望の厚さに容
易に形成することができる。
、タンタル板上に被着される Ti層は週通常厚さ0.
3μm程度に形成され、その上に厚さ20μm程度にT
iC層が被着される。Ti層およびTiC層の形成は適
当な成膜技術手段例えば真空蒸着やスノ(ツタリング技
術を用いて行なうことができる。薄いTi層を介在させ
てタンタル板上にTiC層を被着させることKよってタ
ンタル基板と表面のTiC層との堅固で十分な付着を保
証することかで1きる。またTiC層は従来の炭化物エ
ミッタの場合のように基体上に固着した炭化物形成金属
゛(例えばTi)を炭化処理せずに直接被着させている
ので基板全体にわたって均一かつ一様に所望の厚さに容
易に形成することができる。
実施例
以下添附図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
る。
第1.2図には本発明によるホローカソード放電型イオ
ン源の要部を示し、1は円筒形のホローカソードで、こ
のホローカソードlはタンタル基板2の一表面にほぼ0
.3μm程度の厚さKTi層3を被着し、その上に#1
ぼ20μm程度の厚さでTiC層4を被着したものを円
筒状にするととKよって構成され、この場合ホローカソ
ード1を円筒状に保持するため直径0.5121のタン
グステンワイヤ5を用いて周囲を束ねておシ、また基板
材料としては必ずしもタンタル板に限定するものではな
く必要によりその他の金属材料(例えばタングステン等
〕を用いることができる。このようにして構成された円
筒状のホローカソードlの両端には絶縁部材6を介して
アノード7(図面にはその一方のみを示す)が取付けら
れる。こうして形成されたカンード組立体は符号8,9
で示すモリブデン製の二重構造の熱シールド内に挿置さ
れる。またホローカソード1および二重の熱シールド8
゜9には軸線方向に平行にイオン引出し用スリット10
が設けられている。なおアノード7の構造および配置を
変えてイオンの引出しを端壁側から行なうようにしても
よい。図面には示してないが轟然放電ガス導入手段およ
びカソード表面物質供給手段が設けられる。
ン源の要部を示し、1は円筒形のホローカソードで、こ
のホローカソードlはタンタル基板2の一表面にほぼ0
.3μm程度の厚さKTi層3を被着し、その上に#1
ぼ20μm程度の厚さでTiC層4を被着したものを円
筒状にするととKよって構成され、この場合ホローカソ
ード1を円筒状に保持するため直径0.5121のタン
グステンワイヤ5を用いて周囲を束ねておシ、また基板
材料としては必ずしもタンタル板に限定するものではな
く必要によりその他の金属材料(例えばタングステン等
〕を用いることができる。このようにして構成された円
筒状のホローカソードlの両端には絶縁部材6を介して
アノード7(図面にはその一方のみを示す)が取付けら
れる。こうして形成されたカンード組立体は符号8,9
で示すモリブデン製の二重構造の熱シールド内に挿置さ
れる。またホローカソード1および二重の熱シールド8
゜9には軸線方向に平行にイオン引出し用スリット10
が設けられている。なおアノード7の構造および配置を
変えてイオンの引出しを端壁側から行なうようにしても
よい。図面には示してないが轟然放電ガス導入手段およ
びカソード表面物質供給手段が設けられる。
このように構成したイオン源の動作においてホローカソ
ード1の表面のTic 4は仕事関数が2.63eVと
低く、高温安定性をもち、スパッタリング率が低くしか
も化学的に活性なガスに対して安定であるので、低い電
力で長期間にわたって安定した放電を得ることができる
。
ード1の表面のTic 4は仕事関数が2.63eVと
低く、高温安定性をもち、スパッタリング率が低くしか
も化学的に活性なガスに対して安定であるので、低い電
力で長期間にわたって安定した放電を得ることができる
。
発明の詳細
な説明してきたように本発明によれば、ホローカン−ト
イオン源におけるホローカソードを、タンタルのような
基板上にTiを被着し、その上にTiCを被着したもの
を筒状にして熱シールド部材中に装着しているので、従
来公知の炭化物エミッタの製造法のように複雑で手間の
かかる工程を用いずに簡単かつ容易にTiCホローカソ
ードを得ることができると共に1低電力で放電させるこ
とができ、しかも熱シールド部材を設けているので高温
安定性がよく、寿命を飛躍的にのばすことができ、そし
てポンプ系の負荷を軽減させることができる。
イオン源におけるホローカソードを、タンタルのような
基板上にTiを被着し、その上にTiCを被着したもの
を筒状にして熱シールド部材中に装着しているので、従
来公知の炭化物エミッタの製造法のように複雑で手間の
かかる工程を用いずに簡単かつ容易にTiCホローカソ
ードを得ることができると共に1低電力で放電させるこ
とができ、しかも熱シールド部材を設けているので高温
安定性がよく、寿命を飛躍的にのばすことができ、そし
てポンプ系の負荷を軽減させることができる。
第1図は本発明の一実施例を概略的に示す部分断面平面
図、第2図は第1図の矢印u−yuから見た横断面図で
ある。 図中、l:ホローカソード、 2:タンタル基板、3:
Ti層、4:TiC層、 5:タングステンワイヤ、
6:絶縁部材、 7:アノード。 8.9:二重の熱シールド、 10:イオン引出用スリ
ット。
図、第2図は第1図の矢印u−yuから見た横断面図で
ある。 図中、l:ホローカソード、 2:タンタル基板、3:
Ti層、4:TiC層、 5:タングステンワイヤ、
6:絶縁部材、 7:アノード。 8.9:二重の熱シールド、 10:イオン引出用スリ
ット。
Claims (1)
- 面積の大きなカソードとこのカソードに対して電気的に
絶縁して設けたアノードとの間のホローカソード放電に
よりプラズマを生成してイオンを発生するようにしたホ
ローカソード放電蓋イオン源において、タンタル、タン
グステン等の基板にチタンを被着し、その上にTiCを
被着したカソードを筒状にして熱シールド部材中に装着
したことを特徴とするホローカソード放電型イオン源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9538785A JPS61253746A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | ホロ−カソ−ド放電型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9538785A JPS61253746A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | ホロ−カソ−ド放電型イオン源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61253746A true JPS61253746A (ja) | 1986-11-11 |
JPH0361298B2 JPH0361298B2 (ja) | 1991-09-19 |
Family
ID=14136239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9538785A Granted JPS61253746A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | ホロ−カソ−ド放電型イオン源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61253746A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63212777A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-05 | Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> | イオンエンジン |
-
1985
- 1985-05-07 JP JP9538785A patent/JPS61253746A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63212777A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-05 | Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> | イオンエンジン |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0361298B2 (ja) | 1991-09-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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EXPY | Cancellation because of completion of term |