JPS61253746A - ホロ−カソ−ド放電型イオン源 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

゛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。

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。

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。

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。

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
。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。