KR20150020606A

KR20150020606A - 플라즈마를 생성하고 목표물에 전자 빔을 인도하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20150020606A
Application number: KR20147036420A
Authority: KR
Inventors: 리부제 스코크도폴로바
Original assignee: 노이비언 에스.알.엘.
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2015-02-26
Also published as: ITBO20120320A1; CN104364873A; EP2859573A2; CN104364873B; JP2015529932A; US20150136583A1; WO2013186697A2; EP2859573B1; WO2013186697A3

Abstract

플라즈마를 생성하고 목표물(3)을 향하여 전자 빔을 유도하기 위한 기구(2, 2^I, 2^II, 2^III, 2^IV, 2^V, 2^VI, 2^VII, 2^VIII)가 개시되어 있고, 상기 기구(2, 2^I, 2^II, 2^III, 2^IV, 2^V, 2^VI, 2^VII, 2^VIII)는 공동 부재(5);와, 상기 공동 부재(5)와 이로부터 분리된 다른 부재 사이에 전위 차를 부여하도록 되어 상기 다른 부재를 향하여 전자 빔을 유도하도록 된 작동 그룹(21); 및 상기 다른 부재를 향하여 테이퍼진 적어도 하나의 테이퍼부(13)를 구비하여 가스 흐름을 상기 다른 부재를 향하여 가속하도록 된 드 라발 노즐(23)을 포함하여 이루어진다.

Description

플라즈마를 생성하고 목표물에 전자 빔을 인도하기 위한 장치 {Device for generating plasma and directing an electron beam towards a target}

본 발명은 플라즈마를 생성하고 목표물에 전자 빔을 인도하기 위한 장치 및 상기 장치의 응용 장치에 관한 것이다. 특히, 지지부 위에 재료의 층을 도포하기 위한 장치 및 방법이 제공되고, 용접을 위한 장치 및 방법이 제공된다.

전자와 플라즈마의 공급원으로 작용하도록 된 다양한 장치가 공지되어 있다. 그러한 장치는 강력한 전기장에 의해 유도된 전자의 방출이나, 가열선(heated line)의 열방출을 사용한다 (이러한 공급원은 전계 방출(field emission) 또는 열방출(thermal emission)으로 지칭된다). 전자 빔의 생성과 이송은 주변에 초고진공(ultra-high vacuum)과 함께 일어난다. 그러한 경우에 전자는 잉여 가스의 원자로 영향을 주지 않고 아주 좁은 에너지 스펙트럼을 가진다. 그러나, 밀도와 단색성의 이어지는 감소와 함께 전자 패킷(electron packet)의 공간적 분산 및 에너지 분산을 회피하기 위해 공간충전 효과가 충분히 낮아야 하기 때문에, 상기 전자 빔의 밀도는 상대적으로 낮게 유지되어야 한다. 전자 공급원의 다른 종류는, 표면에서 전자가 방출되는 플라즈마의 존재에 기초한 버추얼 캐쏘우드(virtual cathode)를 사용한다. 이러한 플라즈마 캐쏘우드의 형성은 비교적 높은 (0.1 mbar까지) 잉여 가스 압력을 요구한다. 이러한 경우에, 전자 빔의 진행은 상기 잉여 가스의 원자에 대한 전자의 충격에 의해 초래된 2차 플라즈마의 발생이 수반된다. 그러한 충격은 한편으로는 에너지 분산을, 다른 한편으로는 상기 가스 원자로부터 전자의 2차 방출에 의해 전자 빔의 집중화(intensification)를 초래한다. 상기 2차 플라즈마의 존재는 정전기적 차폐 효과도 생성하여 상기 전자 패킷이 공간적인 분산 없이 밀집된 방식으로 전송될 수 있게 한다. 따라서, 상기 전자 빔은, 에너지면에서 다분산이 있더라도, 전계 방출이나 열방출 공급원보다 확실히 더 높은 충전 밀도를 갖는다.

전자 공급원으로서 플라즈마 캐쏘우드를 생성하기 위한 많은 방법이 있다: 최소한 기본 작동 원리를 망라하는, "글로우 방전" (예를 들어 미국특허 US7183564에 기술된), "정상 상태 DC 방전(steady state DC discharge)" (예를 들어 H. Goktas, Hulya Kirkici, G. Oke, 및 M. V. Udrea의 Ieee Transactions On Plasma Science, Vol. 30, No. 5, (2002), 1837에 기재된; 그리고 Efim M. Oks와 Peter M. Schanin의 Phys. Plasmas 6, (1999), 1649에 기재된), 아아크 방전(예를 들어 국제공개 WO 2010/109297 A2에 기재된), 그리고 심지어 페닝 방전 타입(예를 들어 G. E. Ozur S. A. Popov, V. F. Fedushchak, 및 A. V. Saushkin의 Technical Physics Letters, Vol. 32, (2006), 928-931쪽에 기재된). 전자 공급원의 2 개의 주된 부류를 생성하면서, 목표물을 가능한 멀리 지나서 캐쏘우드로부터 애노우드(anode)로 전자 빔의 전진과 확산이 여러가지 방법으로 수행된다. 제1 부류에서 상기 전자 빔은, 전자 공급원(H. Goktas, Hulya Kirkici, G. Oke, 및 M. V. Udrea의 Ieee Transactions On Plasma Science, Vol. 30, No. 5, (2002), 1837에 기재된; 그리고 Efim M. Oks와 Peter M. Schanin의 Phys. Plasmas 6, (1999), 1649에 기재된)을 포함하는 진공 체임버의 전체 공간에서 균형된 압력을 갖는 정지 잉여 가스의 "배경" 위에서 자유 공간 속으로 전진한다. 반면에, 제2 부류에서는 유전체 재료로 만들어진 모세관이 상기 전자 빔을 안내하기 위하여 사용된다 (여기서 "모세관"은 직경이 1.5 내지 4mm인 관을 지칭한다). 상기 범위 밖에서, 상기 시스템은 작동하지 않는데, 직경이 1.5mm 보다 작은 모세관은 과도한 임피던스를 가져 플라즈마가 내부로 전진할 수 없도록 하기 때문이고, 반면에 4mm보다 큰 직경을 갖는 모세관은 충분한 플라즈마 밀도를 유지할 수 없도록 하고, 결과적으로 생성되는 전자의 양에서 감소를 초래한다(따라서 절삭효율에서의 감소도 초래한다). 상기 모세관은 상기 진공 체임버의 나머지보다 높은 압력에서 잉여 가스의 흐름에 의해 종종 채워지고, 그리하여 압력과 밀도 구배를 형성하게 된다. 그러한 기술은 종종 "채널 스파크 방전"(미국특허 US7183564; 국제공개 WO 2010/109297 A2; 및 G. E. Ozur S. A. Popov, V. F. Fedushchak, 및 A. V. Saushkin의 Technical Physics Letters, Vol. 32, (2006), 928-931쪽)으로 지칭된다.

전자 공급원의 상기 제1 부류는 연속 방출이나 펄스 모드로 작동될 수 있다. 상기 제2 부류는, 상기 모세관을 사용하여, 과열되는 잠재적인 문제를 회피하기 위하여 거의 항상 펄스 모드로 작동된다. 사실, 상기 펄스의 듀티 사이클(dutu cycle)에 작용하면서, 과열로 내부 표면에 손상을 주는 것을 피할 수 있도록 상기 모세관에 의해 전달된 평균 파워를 상대적으로 낮게 유지하는 것이 가능하다.

전자 빔의 자유 전진을 갖는 전자 공급원은 전자 패킷의 유도와 분산의 어려움을 겪게 된다. 반대로, 목표물 재료의 오염을 초래하게 되는 내부 마모에 의한 전자의 평균 에너지 관점에서 모세관이 구비된 공급원은 제한된다. 더욱이, 상기 모세관이 상기 전자 공급원의 형태에 엄격한 기하학적 조건을 부여하기 때문에, 상기 모세관 자체는 시스템의 상업적인 규모 확대에 방해가 된다.

상기 모세관이 사용될 때, 아주 짧은 기간(몇 시간에서 몇 일)의 작용으로도, 상기 전자 빔은 불순물(모세관에서 유발되는)을 포함하고, 이러한 구성요소(이들은 더러워져서 전자 빔을 생성하기 위한 장치의 용량을 제한하는 경향이 있다)의 통상적인 유지와 대체가 필요하게 된다.

1. 미국특허 US7183564 2. 국제공개 WO 2010/109297 A2

1. H. Goktas, Hulya Kirkici, G. Oke, 및 M. V. Udrea의 Ieee Transactions On Plasma Science, Vol. 30, No. 5, (2002) 2. Efim M. Oks와 Peter M. Schanin의 Phys. Plasmas 6, (1999) 3. G. E. Ozur S. A. Popov, V. F. Fedushchak, 및 A. V. Saushkin의 Technical Physics Letters, Vol. 32, (2006)

본 발명의 목적은 플라즈마를 생성하기 위한 기구, 상기 기구를 포함하는 장치 및 상기 기구를 사용하는 방법을 제공하기 위한 것으로, 종래 기술의 문제점을 적어도 부분적으로 해결할 수 있게 하고, 이와 동시에 제작하고 실행하기에 용이하고 저렴하도록 한 것이다. 본 발명의 목적은 또한 가능한 많은 장점을 가지고 각각의 종래 기술이 가지는 단점을 가능한 작게 갖는, 플라즈마를 생성하기 위한 기구, 상기 기구를 포함하는 장치 및 상기 기구를 사용하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 첨부된 독립 청구항에 기재된 바와 같은, 그리고 상기 독립 청구항에 직간접적으로 종속되어 있는 어떠한 종속 청구항에 기재된 바와 같은, 플라즈마를 생성하기 위한 기구, 상기 기구를 포함하는 장치 및 상기 기구를 사용하는 방법을 제공한다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 적어도 부분적으로 해결할 수 있게 하고, 이와 동시에 제작하고 실행하기에 용이하고 저렴하도록 한 플라즈마를 생성하기 위한 기구, 상기 기구를 포함하는 장치 및 상기 기구를 사용하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 가능한 많은 장점을 가지고 각각의 종래 기술이 가지는 단점을 가능한 작게 갖는, 플라즈마를 생성하기 위한 기구, 상기 기구를 포함하는 장치 및 상기 기구를 사용하는 방법을 제공한다.

상기한 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 바람직한 몇 가지 실시예로서, 이에 한정되지는 않고, 자세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 장치를 부분적으로 단면도로 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 장치의 추가적인 실시예를 부분적으로 단면도로 개략적으로 나타낸 것이다.

이하의 설명은 본 발명의 다양한 실시예에 대한 설명으로서, 이는 심지어 별개의 출원으로 출원되더라도 독립적인 보호를 받기에 적절한 것으로 이해되어야 할 것이다. 도 7과 도 8에 보인 실시예를 참조하면, 가속 채널이 없는 변형 실시예도 독립적인 보호 대상이 될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

도 1에서, 도면 부호 1은 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 장치 전체를 나타낸다. 상기 장치(1)는 플라즈마(말하자면, 희박화 가스의 적어도 부분적인 이온화)를 생성하고 전자 빔을 상기 목표물(3)로 유도하기 위한 기구(2)를 포함하고, 상기 기구는 미리 정해진 재료를 포함하고(특히 재료로 구성되어) 있으며, 상기 미리 정해진 재료의 적어도 일부는 상기 목표물(3)로부터 분리되어 지지부(4)에 증착되도록 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 미리 정해진 재료는 단일의 균일 재료 또는 2 이상의 다른 재료의 복합물로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 목표물(3)은 접지되어 있다. 이러한 방식으로, 상기 목표물(3)은, 상기 전자가 상기 목표물(3)에 충돌하고 나서도 전자 빔을 밀어내지 않고 끌어당기게 된다.

상기 기구(2)는, 캐쏘우드로서 작동하도록 되어 있고, (외부적으로 한정하는) 내부 공동부(6)를 포함하는 공동 부재(5, hollow element)를 포함한다. 상기 기구(2)는 또한 전기 전도성 재료(특히 금속)를 포함하는 (특히 금속으로 구성된) 트리거 전극(7, trigger electrode)을 포함한다. 상기 트리거 전극(7)은 (공동 부재(5)에 의해 정의되는 상기 내부 공동부(6) 내에 위치한다. 특히, 상기 공동 부재(5)는 전기 전도성 재료(더욱 특히 금속)를 포함하거나 전도성 재료로 이루어져 있다. 상기 트리거 전극(7)은 전기 전도성 재료(더욱 특히 금속)를 포함하거나 전도성 재료로 이루어져 있다.

특히, 전기 전도성 재료라는 용어는 전기 저항(20℃에서 측정)이 10^-1 Ohm m 이하의 값을 가지는 재료를 말한다. 바람직하게는, 상기 전기 전도성 재료는 전기 저항(20℃에서 측정)이 10^-3 Ohm m 이하의 값을 가지는 재료를 말한다.

일부 실시예에서는, 상기 공동 부재(5)는 텅스텐, 몰리브덴, 열분해 흑연(pyrolytic graphite) (및 이들의 혼합물)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하거나 이런 재료로 이루어져 있다. 일부 실시예에서는, 상기 트리거 전극(7)은 텅스텐, 몰리브덴, 열분해 흑연(pyrolytic graphite) (및 이들의 혼합물)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하거나 이런 재료로 이루어져 있다.

도 1에 보여진 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 트리거 전극(7)은 상기 공동 부재(5)의 벽(8)을 통과하여 연장된다. 상기 트리거 전극(7)과 상기 벽(8)이 교차하는 곳에, 실질적으로 전기 절연성 재료(특히 테플론, 유리, 수정, 세라믹)로 이루어진 링(도시 안됨)이 구비된다.

특히, 실질적으로 전기 절연성 재료라는 용어는 전기 저항(20℃에서 측정)이 10³ Ohm m 이상의 값을 가지는 재료를 말한다. 바람직하게는, 상기 전기 절연성 재료는 전기 저항(20℃에서 측정)이 10⁷ Ohm m(더욱 바람직하게는, 10⁹ Ohm m) 이상의 값을 가지는 재료를 말한다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 상기 실질적으로 전기 절연성 재료는 유전체 재료이다.

상기 기구(2)는, 또한 상기 트리거 전극(7)을 접지에 연결시키는 저항기(10)를 포함하고, 상기 저항기(10)는 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm의 저항을 가진다. 특히, 상기 저항기(10)는 20 kOhm 정도의 저항을 가진다.

다른 실시예에서는, 상기 저항기(10) 대신에 동등한 기능을 갖는 다른 전기기구가 사용될 수 있다.

바람직하게는, 축전기(10a)가 상기 트리거 전극(7)와 접지 사이에 (상기 저항기와 평행하게) 배치된다. 상기 축전기(10a)는 0.5 nF 내지 10 nF의 커패시턴스(capacitance)를 가지고, 바람직하게는 1 nF 내지 5 nF의 커패시턴스를 가진다. 본 발명의 특정한 실시예에 따르면, 축전기(19)는 3 nF 정도의 커패시턴스를 가진다.

상기 공동부(6) 내에는 희박화 가스가 존재한다. 일부 실시예에 따르면, 상기 공동부(6)는 5x10^-2 mbar 이하(특히 10^-2 mbar 이하)인 압력인 희박화 가스를 포함한다. 특히, 상기 공동부(6)에 포함된 희박화 가스는 10^-5mbar 이상(더욱 특히 10^-4 mbar 이상)인 압력을 가진다.

이와 관련하여, 상기 기구(2)는, 앞에서 설명한 상기 공동부(6) 내부의 압력을 설정하고 유지하도록 된, 압력 조정 시스템(P)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 압력 조정 시스템(P)은 외부(외부 체임버(45))의 압력보다 높은 압력을 상기 공동부(6) 내에 설정하여 유지하도록 되어 있다. 특히, 상기 압력 조정 시스템(P)은 외부 압력보다 적어도 10 배(어떤 경우에는 적어도 15 배) 높은 압력을 상기 공동부(6) 내에 설정하여 유지하도록 되어 있다.

더욱 정확하게는, 외부에서(희박화 가스가 존재하는 - 어떤 실시예에 따르면, 무수의) 10^-6mbar 이상의 압력이 유지된다. 어떤 경우에는, 외부에 10^-5mbar 이하의 압력이 유지된다.

상기 압력 조정 시스템(P)은 상기 공동부(6) 내부로 가스(바람직하게는, 무수의)를 공급하기 위하여 (어떤 경우에도 증착 체임버 내부에서 항상 기구의 외부 압력에 비하여 압력을 증가시킬 수 있도록) 가스 공급 유니트를 포함한다. 특히, 상기 가스 공급 유니트는 상기 공동부(6)로 들어가는 덕트(7')와 압력 공급원(P', 예를 들어 펌프)를 포함한다. 도 1에 나타낸 실시예에서, 상기 덕트(7')는 상기 트리거 전극(7)으로서도 작용한다. 다시 말하면, 상기 덕트(7')와 상기 트리거 전극(7)은 같은 공간을 차지한다.

일부 실시예에서는, 상기 압력 조정 시스템(P)은 신속 개구 및 폐쇄 밸브(신속개폐 밸브) 를 포함하는데, 통상 100 마이크로 초 이내에 열거나 닫을 수 있는 밸브로서, 특히 500 나노 초 이내에 신속 개폐가 가능하다. 이러한 방식으로, 이하에서 설명된 전위 차이의 적용에 빠른 펄스를 운용할 필요없이, 펄스 모드로 플라즈마를 생성하는 것이 가능하다.

상기 공동부(6)와 외부(상기 외부 체임버(45))에 존재하는 가스는 실질적으로 동일하다. 상기 가스는 바람직하게는 무수(無水) 가스이다.

일부 실시예에서는, 상기 가스는 실질적으로 불활성 가스이다.

어떤 경우에는, 상기 가스는, 산소, 질소, 아르곤, 일산화질소, 헬륨, 제논, 수소 (및 이들의 복합물)로 이루어지는 그룹에서 선택된다. 일부 실시예에 따르면, 상기 가스는 아르곤과, 필요한 경우 0% 내지 10%의 산소(가스의 전체 체적에 대한 체적)이다. 다른 경우로서, 상기 가스는 아르곤과, 수소, 헬륨, 질소로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1%까지의 추가 요소(가스의 전체 체적에 대한 체적)이다.

상기 공동 부재(5)는 상기 공동부(6)를 외부와 연통되도록 하기 위하여 개구부(11)를 포함한다.

상기 기구(2)는 또한 상기 공동부(6)에 함유된 물질의 이동을 상기 개구부(11)를 통하여 외부로 가속하기 위한 가속 채널(12)을 포함한다. 더욱 자세하게는, 상기 가속 채널(12)은 상기 공동부(6)에 함유된 물질을 상기 목표물(3)로 (특히, 상호작용 부재(18)를 향하여) 가속하도록 되어 있다.

상기 가속 채널(12)은 적어도 하나의 (연속적으로) 테이퍼 부분(13)을 포함한다. 특히, 상기 테이퍼 부분(13)은 외부로 향하여 테이퍼져 있다.

상기 가속 채널(12)은 또한 상기 공동부(6)(및 상기 개구부(11))에 대하여 상기 테이퍼 부분의 하류에 위치한 부분(14)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 부분(14)은 상기 테이퍼 부분(13) 쪽으로 (연속적으로) 테이퍼져 있다.

다시 말하자면, 상기 가속 채널(12)은 드 라발 노즐(de Laval nozzle)을 형성한다.

도시된 실시예에 따르면, 상기 테이퍼 부분(13)은 실질적으로 원뿔대 형상을 가진다. 상기 부분(14)은 실질적으로 원뿔대 형상을 가진다.

특히, 상기 테이퍼 부분(13)은, (관 또는 자유 단면적이라 불리는) 통로 면적 최소 약 14 mm² 이상인, 외부로 향하는(따라서 상기 부분(14)을 향하는) 끝단(15)을 포함한다. 상기 통로 면적은 약 25 mm² 까지이다. 더욱 정확하게는, 상기 통로 면적은 약 17 mm²에서 약 22 mm²까지(특히 약 20 mm²까지)이다.

상기 테이퍼 부분(13)은 통로 면적 최소 약 300 mm² 이상(특히 최소 약 350 mm² 이상)인, 상기공동부(6)로 향하는 끝단(16)을 포함한다. 상기 통로 면적은 약2000 mm² 까지이다.

상기 가속 채널(12)은 상기 공동부(6)와 외부 사이에 위치한다. 특히, 상기 공동부(6)는 상기 가속 채널(12)를 통하여 외부와 유체적으로 연통된다.

상기 가속 채널(12)은 상기 개구부(11)를 향하는 끝단(구체적으로는 끝단(16))을 포함한다 점을 유의해야 한다.

상기 기구(2)는 또한 안정화 유니트(17)를 포함하는데, 이는 상호작용 부재(18)를 포함하고, 이는 공동 부재(5) 외부에 위치된다.

상기 상호작용 부재(18)는 전기 전도성 재료(금속)를 포함한다(특히, 전도성 재료로 이루어진다). 바람직하게는, 상기 재료는 용융점이 1300℃ 이상이다.

일부 실시예에 따르면, 상기 재료는 스틸(특히 스테인레스), 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 열분해 흑연 (및 이들의 조합)으로 이루어진 그룹에서 선택된다. 특히, 상기 상호작용 부재(18)는 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 열분해 흑연 (및 이들의 조합)으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료를 포함한다(재료로 이루어진다).

상기 안정화 유니트(17)는 또한, 상기 상호작용 부재(18)와 접지에 전기적으로 연결된 축전기(19)를 포함한다.

상기 테이퍼 부분(13)은 상기 상호작용 부재(18)를 향하여 테이퍼져 있다 (그리고 상기 상호작용 부재(18) 쪽으로 상기 공동부에 포함되어 있는 것의 이동을 가속하도록 되어 있다).

바람직하게는, 상기 축전기(19)는 상기 공동 부재(5)에 (전기적으로) 연결된 축전기의 커패시턴스보다 낮은 커패시턴스를 갖는다. 특히, 상기 축전기는 상기 축전기(19)의 커패시턴스의 적어도 2 배인 커패시턴스를 갖는다.

더욱 구체적으로는, 상기 축전기(19)는 0.5 nF 내지 10 nF 사이의 커패시턴스, 바람직하게는, 1 nF 내지 5 nF 사이의 커패시턴스를 갖는다. 구체적인 실시예에 따르면, 상기 축전기(19)는 3 nF 정도의 커패시턴스를 갖는다.

반면에, 다른 실시예에서는, 상기 축전기(19) 대신에 동등한 기능을 갖는, 가능하면 동일한 커패시턴스를 갖는 다른 전자적 기구가 사용된다.

상기 안정화 유니트(17)는 또한, 저항기(20)를 포함하는데, 이 저항기는 상기 상호작용 부재(18)를 접지에 연결한다. 특히, 상기 저항기(20)는 상기 축전기(19)와 평행하게 위치된다.

일부 실시예에 따르면, 상기 저항기(20)는 적어도 1 kOhm의 저항, 바람직하게는 적어도 1 MOhm까지 저항을 가진다. 특히, 상기 저항기(20)는 약 5 kOhm 내지 약 10 kOhm 정도의 저항을 가진다.

반면에, 추가의 실시예에서는, 상기 저항기(20) 대신에 동등한 기능을 갖는, 가능하면 동일한 저항을 갖는 다른 전자적 기구가 사용된다.

상기 상호작용 부재(18)는, 통로 면적이 상기 가속 채널(12)의 하나의 단부의 통로 면적보다 크거나 같은 통로 면적을 갖는 통로 채널(18a)을 포함하고, 상기 통로 채널은 상기 공동부(6)의 반대쪽(즉, 상기 개구부(11)의 반대쪽)에 위치한다.

상기 기구(2)는 또한 상기 공동 부재(5)와 상기 상호작용 부재(18) 사이의 전위의 차이를 부여하도록 된 작동 그룹(21)을 포함한다. 상기 작동 그룹(21)은 (또한) 상기 공동 부재(5)와 상기 트리거 전극(7) 사이에 전위의 차이를 부여하도록 되어 있다.

일부 실시예에서는, 상기 작동 그룹(21)은 국제 공개특허 WO 2010/109297, WO 2011/148251 및/또는 국제출원 PCT/IT2011/000301, PCT/IB2011/054182 (특히, 이들 특허출원에 기재된 작동 그룹(11)을 참조)에 기재된 작동 그룹과 같다.

특히, 상기 작동 그룹(21)은 적어도 2 kV(특히 적어도 6 kV)의 상기 공동 부재(5)의 전위에서 감소(특히, 실질적으로 0인 전위에서 출발하여)를 초래하도록 되어 있다. 더욱 정확하게는, 상기 작동 그룹(21)은 적어도 12 kV(특히 적어도 18 kV)의 상기 공동 부재(5)의 전위에서 감소를 초래하도록 되어 있다. 상기 작동 그룹(21)은 25 kV까지(특히 24 kV까지, 더욱 정확하게는 20 kV까지)의 상기 공동 부재(5)의 전위에서 감소를 초래하도록 되어 있다. 상기 공동 부재(5)의 전위에서 감소는 1000 ns 이내에 일어나고, 특히 20 ns 이내에 일어난다. 특히, 그러한 감소는 적어도 0.16 mC (0.5 mC까지)의 전하량의 펄스를 상기 공동 부재(6) 쪽으로 인도함으로써 일어난다. 바람직하게는, 상기 공동 부재(5)는 상기 공동 부재(5)에서 전위의 감소를 15 ns 이내(더욱 정확하게는 10 ns 이내)에 일어나도록 되어 있고; 어떤 경우에는, 4ns 이내에 일어나도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 플라즈마가 (상기 공동 부재(5) 내에서) 발생된다. 이하에서는 플라즈마가 발달하는 전체 공간(이 경우에는 적어도 공동부(6)에 상당하는)을 그 전체에 대하여 생성 공간이라 지칭한다.

따라서, 사용 시에, 상기 작동 그룹(21)은, 앞에서 설명한 계수들에 따라 상기 공동 부재(5)와 상기 트리거 전극(7) 사이에 전위 차를 부여하게 된다. 그 결과로, 상기 플라즈마가 상기 공동부(6) 내에서 생성된다 (즉, 상기 희박화 가스의 적어도 부분적인 이온화가 발생된다).

상기 공동부(6)에서 형성된 전자가 상기 가속 채널(12)로 들어갈 때, 상기 상호작용 부재(18)과 함께 형성된 전위 차는 전자가 상기 가속 채널(12)을 따라 상기 목표물(13)로 가속될 수 있도록 한다. 이러한 운동 동안에, 상기 전자는 추가의 가스 분자에 충돌하게 되고 따라서 제2의 전자가 방출하도록 하게 하고, 상기 제2 전자는 상기 목표물(3) 쪽으로 가속된다.

거기에 더하여, 상기 공동부(6)에 함유되어 있는 상기 가스는 상기 가속 채널(12)(드 라발 노즐)로 들어가서 거기를 채운다는 점에 유의하여야 한다. 이 점에 있어서, 상기 가스는 (상기 가속 채널(12)의 특별한 기하학적 구조에 기인하여) 상기 가속 채널(12)를 통과하면서 가속된다. 가스 분자의 횡단 자유도(transversal degrees of freedom)는 상기 가속 채널(12)의 축과 평행한 운동으로 변형된다. 상기 분자는 (상기 통로 채널(18a)을 따라) 상기 상호작용 부재(18)를 통과하고, 상기 목표물(3)을 향하여 계속 이동한다. 그 전체에 있어서, 본 시스템은 바람직하게는, 최소한의 파센 커브(F. Paschen, Wied. Ann., 37 (1989) 69)의 좌측에 있는 조건에 놓이는 구조로 되어 있어서, 인접한 공간에 대하여 (상기 가속 채널(12)에서) 가속된 가스의 제트 속의 더 큰 가스 밀도가 상기 제트 자체 내에서 (캐쏘우드로 작용하는) 상기 공동 부재(5)와 (애노우드로 작용하는) 상기 상호작용 부재(18) 사이에 바람직한 전기 방전을 일으키도록 하게 되고, 본 시스템의 다른 부품들 사이에서는 전기 방전을 방지하도록 한다. 이러한 방식으로, 본 시스템의 부품들은 덜 마모되고 상기 전자 빔은 상대적으로 적은 분량의 불순물을 갖게 된다. 더욱이, 이러한 방식으로, 방전이 상기 장치(1)의 외부에서 촉발되지 않는다(즉, 상기 가속 채널(12)의 외부에서).

상기 제트의 가스는 상기 공동 부재(5)와 상기 상호작용 부재(18) 사이에서 방전에 의하여 이온화되고, 전자와 플라즈마는 이 영역 안으로 그리고 상기 상호작용 부재(18)를 지나 상기 목표물(3)로 진행한다(따라서, 전체 플라즈마 형성 영역은 생성 공간이라 불리는 것의 일부이다). 이 점에 있어서, 상기 상호작용 부재(18)는 역할을 바꾸어 캐쏘우드로 작용하고(부유 커패시턴스(stray capacitance)가 앞의 이온화에 의해 운반된 캐쏘우드 전위로 충분히 충전하였기 때문에), 상기 목표물(3)은 애노우드로 작용한다. 상기 플라즈마의 전자는 상기 상호작용 부재(18)와 상기 목표물(3) 사이의 전위 차이에 의하여 가속된다. 상기 전자는 상기 목표물(3)에 충돌하여 상기 목표물이 녹거나 소모되게 한다.

상기 목표물(3)은 애노우드로 작용하기 때문에, 상기 목표물(3)이 (1 kA 이상의 높은 전류 펄스를 견디기에 적합한 와이어로) 접지되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 상기 목표물(3)은, 상기 전자가 상기 목표물(3)에 충돌하고 나서도 전자 빔을 밀어내지 않고 끌어당기게 된다. 더욱이, 이 실시예에서는, 상기 목표물(3)이 전도성 재료로 만들어질 필요가 없고, 즉, 상기 목표물(3)은 절연체 및/또는 유전체 재료로 만들어질 수 있다.

바람직하게는 상기 목표물(3)은 저항을 거치지 않고 접지되어 있다. 다시 말하면, 상기 목표물(3)은 가능한 최소한의 저항으로 접지에 연결되어 있다.

상기 목표물로 가속되는 전자의 펄스의 강도와 효율은 상기 공동 부재(5)에 공급되는 전위의 펄스를 변경시킴으로써 또는 상기 축전기(19)의 커패시턴스, 가스 압력, 상기 가속 채널(12)과 상기 목표물(3) 사이의 거리를 조정함으로써 조절할 수 있다.

상기 기구(2)는 또한 실질적으로 절연성 재료 (앞에서는 통상 유리)로 만들어진 튜브 부재(22, 슬리브)를 포함한다. 상기 튜브 부재(22)는 상기 공동 부재(5)와 상기 상호작용 부재(18) 사이에서 구조적인 안정성이 달성될 수 있도록 한다. 도시되지 않은 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 상기 튜브 부재(22)는 생략할 수 있다.

상기 튜브 부재(22)는 (앞에서 설명한 바와 같이) 실질적으로 절연성 재료로 만들어진다. 일부 실시예에 따르면, 상기 튜브 부재(22)는 유전체 재료, 바람직하게는 유리나 세라믹으로 만들어진다.

상기 기구(2)는 또한 (공지 형태로서 도시하지는 않은) 작동자 조작 유니트를 포함하는데, 이는 작동자가 상기 기구(2)의 작동을 (예를 들어, 작동 계수(parameters)의 사용 또는 편집하여) 조절할 수 있도록 한다.

이와 같은 방식으로 연속적인 전자의 펄스를 생성할 수 있도록 작동할 때, 펄스의 주파수(frequency)는 의도된 용도(예를 들어 박리나 용접을 의도하려는 경우)와 목표물(3)의 형태(예를 들어 목표물(3)을 만들기 위해 사용된 재료의 형태를 고려하여)를 포함하는 다양한 부재에 기초하여 선택되어야 한다. 일부 상황에서는, (플라즈마가 생성되고) 전자 빔이 최소한 2 Hz(어떤 경우에는, 최소한 30 Hz, 더욱 정확하게는 적어도 100 Hz)의 주파수로 상기 목표물(3)로 향한다.

도 2는 도면 부호 2'로 나타낸 기구(2')의 추가의 실시예를 보여준다. 상기 기구(2')는 부재의 형상 면에서 상기 기구(2)와 차이가 난다(동일한 부재이나 형상이 다름). 상기 기구(2')는 또한 (서로 일치하지 않는) 다른 부품인 트리거 전극(7)과 덕트(7')를 포함한다.

더욱이, 상기 기구(2')는 상기 상호작용 부재(18)를 구비하지 않는다. 더욱 자세하게는, 이 경우에 상기 상호작용 부재(18)에 의하여 수행되는 기능은 상기 목표물(3)에 의하여 수행된다. 다시 말하자면, 상기 목표물(3)과 상기 상호작용 부재(18)는 서로 일치한다. 반면에, 상기 기구(2)에서는 상기 상호작용 부재(18)와 상기 목표물(3)이 서로 다른 부품이었다(즉, 서로 일치하지 않는다).

바람직하게는(상기 기구(2')에서), 상기 목표물(3)은 전기적으로 접지에 연결되어 있다. (더욱이) 상기 목표물(3)은 (상기 상호작용 부재(18)에 대해서와 같이) 전기적 전도성 재료로 만들어진다. 바람직하게는, 상기 목표물(3)은 저항을 거치지 않고 접지에 연결된다. 다시 말하면, 상기 목표물(3)은 가능한 최소한의 저항으로 접지에 연결되어 있다.

상기 목표물(3)과 상기 접지의 연결은, 바람직하게는, 높은 전류(1 kA 이상)의 펄스를 견딜 수 있도록 선택되어야 한다.

상기 기구(2')는 상기 목표물(3)의 특정한 지점을 향하여 전자 빔을 유도하는 데 있어서 특별한 정확도를 허용한다. 특히, 전자 빔의 분산(횡방향으로 퍼짐)이 거의 생기지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 이것은 전자가 가속 부재(23)와 상기 목표물(3) 사이에서 양이온에 의해 구획되는 일종의 채널로 진행하는 사실 때문인 것으로 생각된다.

상기 기구(2')는 (박리나 마모 대신에) 특히 용접을 실행하고자 할 경우에 특히 유용하다.

도 3은 도면 부호 2"로 나타낸 기구(2")의 추가의 실시예를 보여준다. 상기 기구(2")는, 가속 채널(12, 특히 가속 부재(23))과 상기 공동 부재(5) 사이에 튜브 부재(24)가 위치한다는 점에서 상기 기구(2')와 기본적으로 다르다. 상기 튜브 부재(24)는 상기 공동부(6)와 상기 가속 채널(12)을 유체적으로 연통하도록 되어 있다.

상기 튜브 부재(24)는 2 개의 개방 단부(24a, 24b)와 내부 통로(24c)를 포함하고, 상기 내부 통로는 상기 공동부(6)를 상기 가속 채널(12)과 유체적으로 연통하도록 한다. 상기 튜브 부재(24)와 상기 내부 통로(24c)는 각각 실질적으로 원형 단면으로 되어 있다.

상기 튜브 부재(24)는 (앞에서 설명한 바와 같이) 전기 절연성 재료로 만들어져 있다. 일부 실시예에 따르면, 상기 튜브 부재는 유전체 재료, 바람직하게는, 유리, 수정 또는 세라믹으로 만들어진다.

실험 중에, 상기 공동 부재(5) - 상기 가속부재(23)의 내부에서 발생되어상기 목표물(3)을 향하여 가스의 제트에 의하여 전송되는 전자의 밀도는 상기 공동 부재(6)의 내부에서 생성된 플라즈마의 밀도에 좌우된다. 상기 밀도는 다양한 계수(예를 들어: 상기 공동부(6) 내부의 가스의 압력, 발생된 상기 플라즈마에 공급된 전류, 상기 플라즈마를 발생시키는 전위 차 등)에 의하여 조절되지만, 그러나 상기 기구 자체 내부의 플라즈마 칼럼의 기하학적 형상에 의해서 추가로 조절될 수 있다.

상기 튜브 부재(24)를 도입하면서, 상기 플라즈마의 칼럼의 형상(길이와 단면적)이 플라즈마의 인덕턴스(inductance)를 결정하게 되어, 결과적으로 상기 플라즈마 공급원 내에서 전송되는 전류의 최대치를 결정하게 된다. 반면에, 상기 전류는 상기 플라즈마의 온도와 밀도를 결정하고, 이 플라즈마로부터 추출되고 상기 공급원에 의해 공급된 전자의 양이 유도된다.

따라서, 상기 튜브 부재(24, 더 정확하게는 내부 통로(24c))의 길이와 단면(직경)을 조정함으로써, 상기 가속 채널(12)에 존재하는 전류(다시 말하면 전자 빔' 즉, 단위 시간당 전자의 수)를 조절하는 것이 가능하다. 더욱 정확하게는, 상기 튜브 부재의 단면적이 작을수록(24, 즉 상기 내부 통로(24c)의 단면적이 작을수록), 거기서 전류는 더 작아지고(즉 저항과 인턱턴스는 더 커지고); 상기 튜브 부재(24)가 작을수록 상기 전류는 더 커진다(저항과 인덕턴스는 더 작아진다).

간단한 방법으로(상기 튜브 부재(24)의 크기를 변경하으로써), 상기 가속 채널(12)에 존재하는 전류를 조정할 수(특히 증가시킬 수) 있는 가능성은 종래의 기술에 비교하여 볼 때, 상당히 유리한 장점이다.

도 4는 도면 부호가 2^IV로 표시된 기구(2^IV)의 다른 실시예를 나타낸다. 상기 기구(2^IV)는 (상기 목표물(3) 외에도) 상호작용 부재(18)를 포함한다 (이것이 상기 기구(2')와 다르다). 상기 상호작용 부재(18)는 통로 채널(18a)을 포함하고 상기 가속 채널(12)과 유체적으로 연통된다. 상기 통로 채널(18a)은 상기 가속 채널(12)의 출구 단부(26)를 향하는 입구 단부(25)를 포함한다. 상기 출구 단부(26)는 상기 끝단(16)의 반대쪽이다.

상기 상호작용 부재(18)는 또한 내부 체임버(27)를 포함하고, 상기 내부 체임버(27)는 상기 통로 채널(18a)과 유체적으로 연통되어 있고 적어도 하나의 벽(28)에 의하여 횡방향으로 구획된다. 상기 내부 체임버(27)는 2 개의 개방 단부(29, 30)를 포함한다. 특히, 상기 내부 체임버(27)는, 상기 통로 채널(18a)이 연장되는 방향에 가로지르는 방향으로 상기 2 개의 개방 단부(29, 30) 사이에서 연장된다. 상기 상호작용 부재(18)를 향하는 상기 목표물(3)의 표면은 상기 내부 체임버(27)가 상기 2 개의 개방 단부(29, 30) 사이에서 연장하는 방향에 실질적으로 수직이다.

일부 실시예에서는, 상기 내부 체임버(27)는 실질적으로 원통형상으로 이루어져 있다.

도시된 실시예에 따르면, 상기 기구(2^IV)는 또한 추가의 전극(31)을 포함하고 있다. 바람직하게는 상기 추가의 전극(31)은 접지되어 있다. 특히, 상기 추가의 전극(31)은 저항기(R)에 의하여 접지되어 있다. 통상적으로 이 저항기(R)는 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm의 저항을 가지고 있다. 특히, 상기 저항기(R)는 약 20 kOhm의 저항을 가지고 있다.

바람직하게는, 상기 추가의 전극(31)은 측면으로 구획된 내부 통로(31')를 포함하고 있다. 사용 시에, 상기 전자 빔은 상기 내부 통로(31')를 통하여 이동한다. 특히, 상기 추가의 전극(31)은 실질적으로 환형으로 되어 있다.

특히, 상기 목표물(3)은 가능한 최소한의 저항을 갖는 와이어에 의하여 직접 접지되어 있다. 바람직하게는, 도시된 모든 실시예에서, 상기 목표물(3)은 저항기를 거치지 않고 바로 접지되어 있다. 다시 말하자면, 상기 목표물(3)은 가능한 최소한의 저항으로 접지된다.

도시되지 않은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 추가의 전극(31)은 생략되어 있다. 이러한 경우에, 상기 목표물(3)은 (저항기를 거치지 않고 직접) 접지된다.

일부 실시예에 따르면, 상기 상호작용 부재(18)는 접지되어 있다. 특히, 상기 상호작용 부재(18)는 저항기(32, 또는 이와 균등한 수단)를 통하여 접지되어 있다. 통상적으로 이런 저항기(32)는 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm 이상의 저항을 가지고 있다. 특히, 상기 저항기(32)는 약 20 kOhm의 저항을 가지고 있다.

바람직하게는, 축전 수단(33, 특히 축전기)을 또한 구비한다. 상기 축전 수단(33)은 상기 저항기(32)에 평행하게 연결되어 있다. 상기 축전 수단(33)은 통상 0.5 nF 내지 10 nF의 커패시턴스를 갖고, 바람직하게는 1 nF 내지 5 nF의 커패시턴스를 갖는다. 특정한 실시예에 따르면, 상기 축전 수단(33)은 약 3 nF의 커패시턴스를 갖는다.

바람직하게는 (특히, 기계적인 안정성을 확보하기 위하여), 상기 가속 부재(23)와 상기 상호작용 부재(18)는 위에서 설명된 바와 같이 튜브 부재(22)에 의하여 서로 연결되어 있다(이 경우에 상기 튜브 부재는 상기 가속 부재(23)의 하류에 위치하고 있지만). 일부 실시예에 따르면, 상기 튜브 부재(22)는 생략될 수 있다.

사용 시에, 상기 플라자와 상기 전자는 상기 트리거 전극(7)이 구비된 상기 공동 부재(5)(이것의 전위는, 상기 기구(2)에 대하여 앞에서 특정된 바와 같이, 갑자기 낮아지게 된다)의 상호작용에 의하여 생성된다. 상기 플라즈마와 상기 전자는 (또한) 상기 가속 채널(12)에 의하여 상기 상호작용 부재(18) 쪽으로 이송된다. 이 점에 있어서, 상기 상호작용 부재(18)와 상기 추가의 전극(32) (및/또는 상기 목표물(3))은, 전자를 가속하여 상기 목표물 쪽으로 이송하는 전자 추출기 및 가속기로서 작용한다.

상기 체임버(27)가 상기 전자 (및 플라즈마)의 공급방향에 가로지르는 방향으로 연장된다는 사실은, 상기 전자 빔이 상기 목표물(3)에 대하여 최적의 방향으로(통상 수직으로) 충돌할 수 있도록 해준다. 위에 설명한 것에 기초하여, 상기 목표물(3)에 대한 상기 전자 빔의 충격 효율이 향상된다.

더욱이, 사용 시에, 제거된 재료를 구성하는 플륨(36, plume)은 상기 목표물(3)의 표면에 대해 수직 방향으로 진행하고(상기 플륨(36)은 도 5 내지 도 10에 개략적으로 도시됨), 상기 방향은 상기 개방 단부(29, 30)를 통하여 상기 지지부(4) 쪽으로 연장된다. 이 경우에, 다시 증착의 질과 효율이 상당히 개선된다. 이러한 방식으로, 상기 플륨의 재료는, 상기 상호작용 부재(18)의 체임버를 통해 진행하면서, 상기 체임버에 존재하는 플라즈마에 의하여 재처리된다. 이러한 효과는 증착의 질에 긍정적인 영향을 갖고, 증착된 재료의 입자 크기에 (크기를 감소시키면서) 정확히 영향을 주게 된다.

위에 설명된 이점에 의하여, 상기 상호작용 부재(18)의 특별한 형상은, 상기 체임버(27)의 연장부에 대해 가로지르는 통로 채널(18a)을 구비하여, 상기 가속 부재가 없는 실시예에 있어서도 유리하다. 그러므로, 상기 특별한 형상은 별도의 적용에 의하여 독립적인 보호의 대상이 가능한 것으로 고려될 수 있을 것이다.

도 5는 도면 부호가 2^V로 표시된 기구(2^V)의 추가의 실시예를 나타낸다. 상기 기구(2^V)는 상기 상호작용 부재(18)에 연결된 추가의 작동 그룹(21')를 포함하고 이 점에서 상기 기구(2^IV)와 다르다. 상기 작동 그룹(21')의 구조와 작동은 상기 작동 그룹(21)의 구조와 작동과 비슷하고 전반적인 효과를 증폭하도록 되어 있다. 그러나, 상기 작동 그룹(21')은, 상기 상기 작동 그룹(21')이 상기 공동 부재(5)에 부여하도록 되어 있는 음전위보다 낮은 절대값인 음전위를 상기 상호작용 부재(18)에 부여하도록 되어 있다.

사용 시에, 상기 상호작용 부재(18)는 연속적으로 또는 펄스를 사용하여 (도 1의 실시예와 관련하여 상기 공동 부재(5)를 참조로 위에서 설명된) 음전위가 부여된다(펄스의 경우에, 상기 상호작용 부재(18)로 공급된 펄스는 상기 공동 부재(5)에 공급된 펄스와 동조되어야 하는데; 이 경우에, 상기 축전 수단(33)은 생략될 수 있다). 상기 시스템은 파센 커브(Paschen curve)의 최소치의 레프트(left) 구역에서 작동하며, 따라서 상기 시스템은 주된 방전의 즉흥적인 스파크에 대하여 안정적이다. 상기 공동 부재(5)에서 더 큰 절대값을 갖는 상기 음전위의 펄스는 상기 캐쏘우드와 상기 상호작용 부재(18) 사이에서 (상기 가속 채널(12)의 존재로 인해) 상기 튜브 부재(22)(이 튜브 부재(22)는 주로 상기 시스템의 기계적 강성을 지지하고 자유 공간으로 대체될 수 있다)를 통해 전기적 방전을 스파크한다. 상기 공동부(6)에서 생성된 플라즈마는 상기 상호작용 부재(18)를 향하여 전진하고 상기 상호작용 부재(18)의 내부에서 플라즈마의 생성 과정의 시작부로서 작용을 한다. 상기 플라즈마에 포함된 전자는 상기 상호작용 부재(18)와 상기 추가의 전극(31) 사이의 전위 차이에 의하여 추출된다. 상기 추가의 전극(31)과 접지 전위 사이의 저항은 상기 추가의 전극(31)에 의해 상기 목표물(3)을 향해 유도된 상기 전자 빔에 의하여 전향되는 전류를 제한한다. 상기 저항은 상기 상호작용 부재(18)와 상기 목표물(3) 사이에서 전자 방전 동안에 상기 추가의 전극(31) 상의 음전위에 증가를 초래한다. 따라서, 상기 추가의 전극(31)은 상기 추가의 전극(31)과 상기 목표물(3)을 구비하는 시스템을 위한 사실상의 캐쏘우드가 된다. 상기 추가의 전극(31)과 상기 목표물(3) 사이의 간격에서 상기 전자의 가속이 일어난다. 높은 에너지의 전자는 상기 목표물의 재료를 벗겨내고 플라즈마의 폭발적인 제트를 생성하고, 상기 상호작용 부재(18)를 향하여 전진하여 주된 방출의 플라즈마를 만나는 상기 목표물의 중성 물질 입자의 폭발적인 제트를 생성한다. 두 플라즈마 사이의 상호작용이 상기 목표물(3)의 플라즈마의 추가의 이온화를 초래하고, (중간에 저항기 없이 직접 접지되어 있는) 상기 목표물(3)의 중성물질의 입자의 분리와 이온화를 초래한다.

도 6은 도면 부호가 2^VI로 표시된 기구(2^VI)의 추가의 실시예를 나타낸다. 상기 기구(2^VI)는 상기 공동 부재(5)에 연결된 작동 그룹(21)을 포함하지 않고 이 점에서 상기 기구(2^V)와 다르다. 특히, 상기 공동 부재(5)는 저항기(34, 또는 이와 동등한 수단)를 통하여 접지되어 있다. 상기 저항기(34)는 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm의 저항을 가진다. 특히, 상기 저항기(34)는 20 kOhm 정도의 저항을 가진다. 바람직하게는, 또한 축전 수단(35, 특히 축전기)을 구비한다. 상기 축전 수단(35)은 상기 저항기(34)와 평행하게 연결되어 있다. 상기 축전 수단(35)은 통상 0.5 nF 내지 10 nF의 커패시턴스(capacitance)를 가지고, 바람직하게는 1 nF 내지 5 nF의 커패시턴스를 가진다. 구체적이 실시예에 따르면, 축전기(19)는 약 3 nF의 커패시턴스를 갖는다.

더욱이 상기 기구(2^VI)는 저항기(32)와 축전 수단(33)을 갖지 않는다.

이 경우에, 사용 시에, 상기 플라즈마와 전자 빔을 생성하는 과정은 상기 상호작용 부재(18)에서 음전위 펄스의 도달과 함께 시작된다. 상기 가속 채널(12)과, 상기 상호작용 부재(18)와 상기 공동 부재(5) 사이의 전위 차이가 전자를 상기 내부 체임버(27)로부터 상기 공동 부재(5)로 향하여 밀어내고, 상기 축전 수단(35)을 빠르게 충전한다. 이 점에 있어서, 상기 상호작용 부재(18) 내부에서 (내부 체임버(27)에서) 양전위가 상기 벽(28)에 대하여 생성되고, 존재하는 전자의 수를 확대하면서 공동의(hollow) 캐쏘우드 효과가 유도된다 (상기 축전 수단(35)은 상기 상호작용 부재의 전위로 이미 충전되어서, 전자는 상기 공동 부재(5)로부터 더 이상 제거되지 않는다). 상기 상호작용 부재(18)와 상기 추가의 전극(31, 도 4의 실시예와 관련하여 설명하였듯이 상기 추가의 전극은 저항기를 통하여 접지된다) 사이의 전위 차이가 상기 상호작용 부재(18) 내에서 발생된 전자를 (직접 접지되어 있는) 상기 목표물(3)로 제거하고 가속한다.

상기 상호작용 부재(18)와 상기 공동 부재(5)는 도 6의 실시예에서 트리거 전극으로 작용한다는 점에 유의하여야 한다.

도 7은 도면 부호가 2^VII로 표시된 기구(2^VII)의 추가의 실시예를 나타낸다. 상기 기구(2^VII)는 상기 트리거 전극(7) 내에 상기 공동 부재(5)를 포함하고 이 점에서 상기 기구(2)와 다르다. 상기 공동 부재(5)는 2 개의 개방 단부(5a, 5b)를 포함한다. 상기 공동 부재(5)는 상기 공동부(6)를 횡방향으로 구획하는 측벽(5c)을 포함한다.

상기 트리거 전극(7)은 2 개의 개방 단부(7a, 7b)를 포함한다. 상기 트리거 전극(7)은 통로(7d)를 구획하는 측벽(7c)을 포함한다. 상기 공동 부재(5, 특히 측벽(5c))는 적어도 하나의 개구부(37, 실시예의 경우 4개이며 이 중 3개가 도시됨)를 포함한다. 상기 개구부(37)는 상기 통로(7d)를 상기 공동부(6)와 유체적으로 연통하게 한다. 특히, 사용 시에, 상기 전자 빔은 상기 개구부(37)를 통과한다. 상기 공동 부재(5)와 상기 트리거 전극(7) 사이에 유도된 전위차는 (파센 커브를 고려하여- 더 높은 압력을 갖는) 상기 가속 채널(12) 에 존재하는 가스의 가속된 흐름에서 플라즈마의 형성을 결정한다.

도시된 실시예에서, 상기 공동 부재(5)는 실질적으로 (원형 단면을 가진) 환형을 가진다. 상기 트리거 전극(7)은 실질적으로 (원형 단면을 가진) 환형을 가진다.

바람직하게는, 상기 공동 부재(5)와 상기 트리거 전극(7)은 실질적으로 동축으로 되어 있다. 특히, 상기 개방 단부(5a, 5b)는 상기 개방 단부(7a, 7b)와 각각 동일한 방향으로 향하고 있다.

더욱이, 상기 가속 채널(12, 따라서 가속 부재(23))은 가스 공급 유니트(특히, 상기 덕트(7'))와 상기 공동 부재(5) 사이에 위치한다. 특히, 상기 가속 채널(12, 따라서 상기 가속 부재(23))은 가스 공급 유니트(특히, 상기 덕트(7'))와 상기 트리거 전극(7) 사이에 위치한다.

상기 기구(2^VII)는 상기 상호작용 부재(18)를 포함한다.

일부 실시예에 따르면, 상기 상호작용 부재(18)는 접지된다. 특히, 상기 상호작용 부재(18)는 저항기(41, 또는 이에 상응하는 수단)를 통하여 접지된다.

상기 기구(2^VII)의 작동은 상기 기구(2)에 대하여 설명한 것과 유사하고, 상기 공동 부재(5)로부터 상기 목표물(3)로 향하는 전자 빔이 상기 가속 채널(12)을 통과하지 않는다는 사실에 기인하여 상기 기구(2)와 차별화된다. 어떠한 경우에도, 상기 전자 빔은 상기 상호작용 부재(18)를 통과한다는 점에 유의하여야 한다.

상기 기구(2^VII)가 상기 가속 부재(23) 없이도 작동할 수 있지만, 실험에 따르면, 상기 가속 채널(12)이 존재함으로써 상기 기구(2^VII)의 작동을 현저히 향상시킨다.

도 8은 도면 부호가 2^VIII로 표시된 기구(2^VIII)의 추가의 실시예를 나타낸다. 상기 기구(2^VIII)는 상기 트리거 전극(7)을 포함하지 않고 이 점에서 상기 기구(2^VII)와 다르고, 개구부(37)를 포함하지 않는다.

상기 기구(2^VIII)는 상기 공동부(6)와 2 개의 개방 단부(5a, 5b)를 갖는 공동 부재(5)를 포함한다. 상기 공동부(6)는 상기 측벽(5c)에 의하여 횡방향으로 구획된다. 상기 공동 부재(5)는 (공동의) 원통형상으로 갖는다. 특히, 상기 공동 부재(5)는 실질적으로 환형상을 갖는다.

상기 공동 부재(5)는 (앞에서 설명한 바와 같이) 상기 작동 그룹(21)에 전기적으로 연결된다.

상기 기구(2^VIII)는 또한 (E. H. Hirsch, Br. J. Appl. Phys. 15 (1964) 에35 게재된 페닝 아노드로 작용하도록 설계된) 튜브형 부재(38)를 포함한다.

일부 실시예에 따르면, 상기 튜브형 부재(38)는 접지된다. 특히, 상기 튜브형 부재(38)는 저항기(39, 또는 이에 상응하는 수단)를 통하여 접지된다. 상기 저항기(39) 통상 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm의 저항을 가진다. 특히, 상기 저항기(34)는 20 kOhm 정도의 저항을 가진다. 바람직하게는, 축전 수단(40, 특히 축전기)을 또한 구비한다. 상기 축전 수단(40)은 상기 저항기(39)에 평행하게 연결되어 있다. 상기 축전 수단(40)은 통상 0.5 nF 내지 10 nF의 커패시턴스를 갖고, 바람직하게는 1 nF 내지 5 nF의 커패시턴스를 갖는다. 특정한 실시예에 따르면, 상기 축전 수단(19)은 약 3 nF의 커패시턴스를 갖는다.

상기 튜브 부재(38)는 상기 공동 부재(5, 특히 상기 공동부(6)) 내에 위치한다. 특히, 상기 튜브 부재(38)는 상기 공동 부재(5)와 실질적으로 동축으로 되어 있다.

상기 기구(2^VIII)는 또한 상기 상호작용 부재(18)를 포함한다.

일부 실시예에 따르면, 상기 상호작용 부재(18)는 접지되어 있다. 특히, 상기 상호작용 부재(18)는 저항기(41, 또는 이에 상응하는 수단)를 통하여 접지되어 있다. 상기 저항기(41)는 통상 적어도 100 Ohm, 바람직하게는 적어도 1 kOhm의 저항을 가진다. 특히, 상기 저항기(41)는 20 kOhm 정도의 저항을 가진다. 바람직하게는, 축전 수단(42, 특히 축전기)을 또한 구비한다. 상기 축전 수단(42)은 상기 저항기(41)에 평행하게 연결되어 있다. 상기 축전 수단(42)은 통상 0.5 nF 내지 10 nF의 커패시턴스를 갖고, 바람직하게는 1 nF 내지 5 nF의 커패시턴스를 갖는다. 특정한 실시예에 따르면, 상기 축전 수단(19)은 약 3 nF의 커패시턴스를 갖는다.

상기 기구(2^VIII)는 또한 상기 가속 채널(12, 특히 가속 부재(23))을 포함한다.

상기 가속 채널(12, 위에서 정의된 바와 같이)은 무수 가스를 상기 튜브 부재(38)로 밀어 넣도록 구성되어 있다. 상기 가속 채널(12)은 (따라서 상기 가속 부재(23)는) 상기 가스 공급 유니트(특히, 상기 덕트(7'))와 상기 공동 부재(5, 특히 상기 튜브 부재(38)) 사이에 위치한다.

상기 기구(2^VIII)는 또한 적어도 하나의 (이 경우에는 2 개의) 자기장 공급원(44)을 포함한다. 특히, 상기 공급원(44)은 상기 개방 단부(5a, 5b)를 통해 통로 방향으로 자기장을 생성하도록 되어 있다. 특히, 상기 자기장은 상기 상호작용 부재(18)의 축과 실질적으로 평행하여야 한다. 상기 공급원(44)은 영구자석 또는 (변동하는 전류가 통과하는 코일을 포함하는) 전자석 공급원이 될 수 있다.

상기 공급원(44)은 상기 공동 부재(5)의 축에 평행한 자기장을 생성한다.

상기 작동 그룹(21)을 통하여 상기 공동 부재(5)에 음전위 펄스의 도달과 함께 상기 튜브 부재(38) (페닝 애노우드) 내부에서 플라즈마가 생성되고, 상기 튜브 부재(38)는 상기 공동 부재(5)의 전위보다 약간 더 양전위이지만, 상기 페닝 애노우드의 전위보다는 실질적으로 더 음전위이며, 전위 구배를 생성하고 그리하여 (상기 공동 부재(5)의 축에 수직인) 방사상 전기장을 생성한다. 상기 자기장 공급원(44)은 상기 공동 부재(5)의 축과 평행한 자기장을 생성한다. 교차 계자(crossed fields)에서 전자는 시스템의 중앙에서 상기 페닝 애노우드를 향해 방사상으로 가속되고, 자기장의 자속 둘레에 세차운동(precession)을 실행하고, 상기 가스의 강한 이온화를 생성한다. 상기 상호작용 부재(18)는 앞에서 설명한 공정을 사용하여 생성된 플라즈마로부터 전자를 제거하는 데 사용된다.

상기 가속 부재(23)가 없을 때에도 상기 기구(2^VIII)가 작동될 수 있지만, 실험에 의하면, 상기 가속 채널(12)이 있으면 상기 기구(2^VIII)의 작동을 현저히 향상시키는 것을 알 수 있었다.

따라서 상기 장치(1)는 상기 기구(2) 내지 상기 기구(2^VIII) 중의 적어도 하나와 하나의 외부 체임부(45)를 포함하고, 그 안에 상기 목표물(3)과 지지부(4)가 위치된다. 상기 외부 체임버(45)에 있는 조건(예를 들어 함유된 가스의 압력과 타입)은 상기 기구(2)의 외부를 참조하여 위에서 설명한 조건이다.

본 발명의 하나의 형태에 따르면, 상기 지지부(4)에 미리 정해진 물질을 도포하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 방출 단계를 포함하는데, 이 방출 단계 동안에 상기 기구(2) 내지 상기 기구(2^VIII) 중의 적어도 하나는 전자 빔을 미리 정해진 물질을 포함하는 목표물(3)에 대하여 인도하고 상기 목표물(3)로부터 상기 미리 정해진 물질의 적어도 부분을 제거하도록 하고 상기 전자를 상기 지지부(4)로 인도한다.

위에서 설명한 장점 외에, 모든 실시예는 종래 기술에 비해 여러 가지 향상된 점을 가진다.

특히, 획득된 상기 전자 빔은 아주 낮은 분산도를 갖는다(상기 전자 빔은 진행 방향에 대하여 횡방향으로 최소로 분산된다)는 점에 유의하여야 한다. 이것은 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라 미리 정해진 지점에서 에너지의 더 높은 집중도(증가된 밀도)를 허용한다. 더욱이, 일부 실시예에서 유전체 재료(통상 유리)로 만들어진 튜브 부재가 여전히 제안되고 있지만, 이러한 튜브 부재는 필수적인 것은 아니라는 점도 강조해 둔다. 유리 모세관을 구비하지 않는 기구(2) 내지 기구(2^VIII)는 그러한 모세관을 구비하는 기구의 성능과 동일하거나 더 나은 성능을 발휘하기도 한다.

다시 말하자면, 이상에서 설명된 것에 따르면 유리 모세관을 사용하지 않을 수도 있다. 이는 다음과 같은 점을 가능하게 한다.

- 생산 비용의 감소(이제까지 사용된 모세관은 상당한 비용이 듬)

- 유지 보수에 대한 필요성 감소(유리 모세관은 정기적으로 교체하여야 함. 이는 유리가 쉽게 더러워지고, 비교적 손상되거나 파손되기 쉬운 재료로 만들어지기 때문임.)

- 펄스 주기의 증가(따라서 단위 시간에서 목표물(3)로 공급되는 에너지가 증가됨 - 유리 모세관을 사용하면 모세관이 녹을 있어서 고진동수에 도달할 수 없음.)

앞에서 밝힌 바와 같이, 첨부된 도면에 도시된 내용은 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 장치에 대한 것이다. 그러나, 상기 기구(2) 내지 기구(2^VIII)는 (앞에서 설명한 바와 같이 종래 기술에 비해 나은 장점 덕분에) 다른 형태의 적용에도 적절하다. 이와 관련하여, 상기 기구(2) 내지 기구(2^VIII)는 용접에도 사용될 수 있다는 점도 강조되어야 할 것이다.

그러므로, 본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 용접 장치가 제공된다. 이 경우에, 상기 용접 장치는 상기 장치(1)과 실질적으로 동일하고, 지지부(4)가 없다는 것과 다른 형태의 목표물(3)을 사용한다는 점에서만 다르다.

특히, 상기 용접 장치는 상기 기구(2) 내지 기구(2^VIII) 중의 적어도 하나와, 외부 체임버(45) 및, 상기 체임버(45) 내에 위치하는 (그리고 용접이 수행되는) 목표물(3)을 포함한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 상기 목표물(3)에 용접하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 용접을 수행하도록 하기 위해 상기 기구(2) 내지 기구(2^VIII) 중의 적어도 하나가 (미리 정해진 재료를 포함하는 )상기 목표물(3)에 대하여 전자 빔을 유도하는 방출 단계를 포함한다.

명백하게 다른 것으로 나타내지 않으면, (기사, 서적, 특허출원서 등) 참고자료의 내용은 그 전체로서 참고된다. 특히, 언급된 참고자료는 본 명세서에 참고로 일체화되었다.

1: 장차 2: 기구
3: 목표물 4: 지지부
5: 공둥 부재 6: 공동부
7: 트리거 전극 10: 저항기
11: 개구부 12: 가속 채널

Claims

플라즈마를 생성하고 목표물(3)을 향해 전자 빔을 유도하기 위한 기구로서,
공동부(6)를 갖는 공동 부재(5);
상기 공동 부재(6)로부터 분리되어 있는 다른 부재를 향하여 플라즈마 생성 공간으로부터 전자 빔을 유도하기 위하여, 사용 시에 상기 공동 부재(5)와 이 공동 부재(5)로부터 분리된 다른 부재 사이의 전위 차이를 부여하도록 되어 있는 작동 그룹(21);을 포함하는 기구(2)에 있어서,
상기 기구(2)는 가속 채널(12)과 압력 조정 시스템(P)을 포함하고, 상기 가속 채널은 상기 플라즈마 생성 공간과 유체적으로 연통하게 되어 있고, 상기 압력 조정 시스템(P)은, 상기 가속 채널(12)의 상류로부터 하류 방향으로 가속 채널(12)을 따라 그리고 상기 생성 공간에서 가스 흐름을 생성하기 위하여 상기 가속 채널(12)의 하류의 압력보다 높은 압력을 상기 가속 채널(12)의 상류로 보내도록 되어 있고, 상기 가속 채널(12)은 상기 가스 흐름의 이동을 가속하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항에 있어서, 상기 가속 채널(12)은 연장부의 축을 구비하고, 가스 분자의 횡방향 운동 성분을 상기 연장부의 축과 평행한 운동으로 변환하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항에 있어서, 상기 가속 채널(12)은 상기 가스 흐름의 방향을 따라 감소하는 단면을 갖는 적어도 하나의 테이퍼 부분(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항에 있어서, 상기 가속 채널(12)은 드 라발 노즐(de Laval nozzle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 부재(6)로부터 분리된 상호 작용부재(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제5항에 있어서, 상기 공동 부재(6)로부터 분리된 상기 다른 부재는 상기 상호 작용부재(18)인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 부재(6)로부터 분리된 상기 다른 부재는 상기 목표물(3)인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 생성 공간은 상기 공동부(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 생성 공간은 상기 가스 흐름에 대하여 상기 가속 채널(12)의 상류 또는 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제3항에 있어서, 상기 가속 채널(12)의 테이퍼 부분(13)은 적어도 20배로 감소된 통로 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제3항에 있어서, 상기 가속 채널(12)의 테이퍼 부분(13)은 상기 공동 부재(5)로부터 분리된 다른 부재를 향하고 약 14 mm² 내지 약 25 mm²의 통로 면적을 갖는 단부(15) 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제3항에 있어서, 상기 공동 부재(5)는 상기 공동부(6)를 외부로 유체적으로 연통시키기 위하여 개구부(11)를 포함하고, 상기 가속 채널(12)은 상기 다른 부재와 상기 공동부(6) 사이에 위치되고 상기 개구부(11)를 통하여 상기 가스 흐름의 이동을 가속하도록 되어 있고, 상기 압력 조정 시스템(P)은 상기 외부의 압력보다 큰 압력을 상기 공동부(6)로 보내도록 되어 있고, 상기 공동 부재(5)로부터 분리된 다른 부재는 상고 공동 부재(5)의 외부에 위치되어 있고, 상기 테이퍼 부분(13)은 상기 공동 부재(5)로부터 분리된 다른 부재를 향하여 테이퍼져 있고 상기 가스 흐름을 상기 공동 부재(5)로부터 분리된 다른 부재를 향하여 가속하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공동부(6) 내에 적어도 부분적으로 위치하는 트리거 전극(7)을 추가로 포함하고, 상기 작동 그룹(21)은 상기 공동부(6) 내에 전자가 형성되도록 상기 트리거 전극(7)과 상기 공동 부재(5) 사이에 전위 차이를 부여하도록 되어 있고, 상기 작동 그룹(21)은 상기 공동 부재(5)에 전기적으로 연결되어 있고 상기 공동 부재(5)의 전위를 40 ns 이내에 적어도 2 kV를 낮추도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공동부(6)와 상기 가속 채널(12)은 서로 연결되어 있고 외부에 대하여 유체 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 조정 시스템(P)은 가스 공급 유니트와 신속개폐 밸브를 포함하고, 상기 가스 공급 유니트는, 상기 공동부(6) 내의 압력을 외부 압력보다 적어도 10배 높게 유지하기 위하여 상기 공동부(6)에 가스를 공급하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가속 채널(12)을 구획하고 상기 공동 부재(5)에 직접 연결되어 있는 가속 부재(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 가속 채널(12)을 구획하고 상기 공동 부재(5)에 유전체 재료로 만들어진 튜브 부재(22)로 연결되어 있는 가속 부재(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제4항에 있어서, 상기 상호작용 부재(18)는, 사용 시에 전자 빔이 통과하는 통로 채널(18a)을 포함하는, 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제18항에 있어서, 상기 통로 채널(18a)은 상기 가속 채널(12)의 출구 단부(26)를 실질적으로 향하는 입구 단부(25)를 포함하는, 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제19항에 있어서, 상기 통로 채널(18a)과 상기 가속 채널(12)은 실질적으로 서로 동축으로 되어 있는, 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
제18항에 있어서, 상기 상호작용 부재(18)는, 상기 통로 채널(18a)과 유체적으로 연통되고 횡방향으로 구획된 내부 체임버(27)를 포함하고, 상기 내부 체임버(27)는 2 개의 개방 단부(29, 30)를 포함하고 상기 통로 채널(18a)에 대하여 횡방향으로 상기 개방 단부(29, 30) 사이에서 연장하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
플라즈마를 생성하고 목표물(3)을 향해 전자 빔을 유도하기 위한 기구로서,
공동부(6)를 갖는 공동 부재(5); 상기 공동 부재(6)로부터 분리되어 있는 상호작용 부재(18); 상기 상호작용 부재(18)를 향하여 전자 빔을 유도하기 위하여, 상기 공동 부재(5)와 상기 상호작용 부재(18) 사이의 전위 차이를 부여하도록 되어 있는 작동 그룹(21);을 포함하는 기구(2)에 있어서,
상기 상호작용 부재(18)는 통로 채널(18a)과 내부 체임버(27)를 포함하고, 상기 통로 채널(18a)은 사용 시에 그 내부에 전자 빔이 통과하고 상기 전자 빔을 수용하기 위해 상기 공동부(6)를 향하는 입구 단부(25)를 포함하고, 상기 내부 체임버(27)는 상기 통로 채널(18a)과 유체적으로 연통되어 있고 횡방향으로 구획되어 있으며, 상기 내부 체임버(27)는 2 개의 개방 단부(29, 30)를 포함하고 상기 통로 채널(18a)에 대하여 횡방향으로 상기 개방 단부(29, 30) 사이에서 연장하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마를 생성하고 전자 빔을 유도하기 위한 기구.
지지부 위에서 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 장치로서,
증착이 일어날 상기 지지부를 위치시키는 것이 가능하게 되어 있는 외부 체임버(45)와, 상기 미리 정해진 재료를 포함하는 목표물(3)을 포함하는, 지지부 위에서 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 장치에 있어서,
제1항 내지 제4항 및 제22항 중의 어느 한 항에 따른 기구(2 내지 2^VIII)를 포함하고, 상기 기구의 공동부(6)와 상기 외부 체임버(45)는 서로 연통하게 되어 있고; 상기 외부 체임버(45)는 10^-3 mbar 미만의 압력으로 가스를 포함하고, 상기 기구(2 내지 2^VIII)는 상기 전자 빔을 상기 목표물(3)로 유도하도록 되어 있어서 상기 미리 정해진 재료의 적어도 일부가 상기 목표물(3)로부터 제거되도록 되어 상기 지지부(4)에 증착되도록 되어 있는, 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 장치.
지지부 위에서 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 방법으로서,
상기 방법은 방출 단계를 포함하고, 이 방출 단계 동안에, 제1항 내지 제4항 및 제22항 중의 어느 한 항에 따른 기구(2 내지 2^VIII)가, 상기 미리 정해진 재료를 포함하는 목표물(3)에 대하여 전자 빔을 유도하도록 되어 있어서 상기 목표물(3)로부터 상기 미리 정해진 재료의 적어도 일부분을 제거하도록 하고 전자 빔을 상기 지지부(4)로 유도하도록 되어 있는, 미리 정해진 재료를 증착하기 위한 방법.
전자 빔을 생성하기 위한 방법으로서,
생성 공간과 이에 연통되는 가속 채널(12)을 희박화된 이온화 가스로 충전하는 단계;
상기 생성 공간과 이에 연통되는 가속 채널(12)을 통하여 그리고 외부를 향하여 상기 가스의 흐르을 생성하는 단계;
상기 가속 채널(12)의 축을 따라 상기 가스 흐름을 가속하고, 가스 분자의 횡방향 운동 성분을 상기 가속채널의 축과 평행한 운동으로 변환하는 단계;
상기 생성 공간에 그리고 가속된 상기 가스 흐름에 적어도 부분적으로 플라즈마를 형성하도록 하는 단계; 및
형성된 플라즈마로부터 전자 빔을 목표물(3)에 대하여 유도하는 포함하는, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
제25항에 있어서, 상기 가스 흐름은 상기 목표물(3)로 향하는 방향으로 생성되는, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.
제25항에 있어서, 가속된 상기 가스 흐름이 상기 플라즈마와 상기 전자 빔을 인도하는 데 사용되는, 전자 빔을 생성하기 위한 방법.