RU2094896C1 - Источник быстрых нейтральных молекул - Google Patents
Источник быстрых нейтральных молекул Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094896C1 RU2094896C1 RU9696105636A RU96105636A RU2094896C1 RU 2094896 C1 RU2094896 C1 RU 2094896C1 RU 9696105636 A RU9696105636 A RU 9696105636A RU 96105636 A RU96105636 A RU 96105636A RU 2094896 C1 RU2094896 C1 RU 2094896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- recharge
- grid
- accelerating
- source
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Использование: вакуумно-плазменная техника. Сущность изобретения: источник быстрых нейтральных молекул содержит газоразрядную камеру с источником питания разряда, камеру перезарядки, ускоряющую сетку, размещенную между газоразрядной камерой и камерой перезарядки, а также источник ускоряющего напряжения и средство подачи рабочего газа. В полости газоразрядной камеры размещены электроды газового разряда, например анод и катод. Положительный полюс источника ускоряющего напряжения соединен с одним из электродов, например анодом, а отрицательный полюс соединен с камерой перезарядки. Ускоряющая сетка соединена с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения. Ширина сетки превышает длину L перезарядки в рабочем диапазоне давлений газа, определяемую по формуле L = I/nσ, где n - плотность молекул газа в камере перезарядки, а σ - сечение перезарядки. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к вакуумно-плазменной технике, а именно к источникам быстрых нейтральных молекул, преимущественно к источникам потоков большого поперечного сечения быстрых нейтральных молекул для очистки и нагрева инструмента или других изделий в рабочей вакуумной камере перед нанесением на них покрытий с целью повышения адгезии и качества покрытий.
Широков известны источники пучков большого сечения ионов и/или быстрых нейтральных молекул газа, позволяющие очищать от загрязнений и нагревать изделия в вакууме перед нанесением на них покрытий. Скорость обработки быстрыми нейтральными молекулами такая же, как в случае соответствующих ионов с равной кинетической энергией. Преимуществами источников быстрых нейтральных молекул по сравнению с источниками ионов являются простота транспортировки нейтральных ускоренных частиц в вакууме и независимость кинетической энергии бомбардирующих поверхность изделия частиц от электрического потенциала поверхности. Недостатками известных источников быстрых нейтральных молекул являются сложность конструкции и высокая себестоимость, использование в большинстве случаев для генерации плазменного эмиттера термоэмиттеров электронов, неработоспособных в среде химически активных газов, и невозможность травления изделий ускоренными химически активными частицами, а также повреждение изделий следами дуговых катодных пятен при пробоях между обрабатываемым изделием и плазменным эмиттером источника.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник ускоренных частиц, содержащий газоразрядную камеру с холодным катодом, анодом и источником питания газового разряда, корпус с фланцем для герметичного и электрического соединения с рабочей вакуумной камерой, внутри которого установлена газоразрядная камера, ускоряющую сетку между газоразрядной камерой и прилегающей к фланцу частью корпуса, а также источник ускоряющего напряжения, положительный полюс которого соединен с являющимся одним из электродов газоразрядной камеры холодным катодом, а отрицательный полюс соединен с фланцем корпуса (Метель А.С. Источники пучков заряженных частиц большого сечения на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом. В сб. Плазменная эмиссионная электроника, тез. докл. Улан-Удэ: Бурятский институт естественных наук СО АН СССР, 1991, с. 77-81, рис.2).
До 30-40% всех образованных в газоразрядной камере ионов ускоряется разностью потенциалов, приложенной между образованным в газоразрядной камере плазменным эмиттером и прямоугольной ускоряющей сеткой с прозрачностью 70-90% длиной 35 см и шириной 8 см, и через отверстия сетки пролетает в прилегающую к фланцу часть корпуса и далее в рабочую вакуумную камеру.
Часть корпуса и рабочая вакуумная камера фактически выполняют роль камеры перезарядки, так как при рабочем давлении газа около 0,1 Па длина L перезарядки, равная расстоянию от ускоряющей сетки, на котором 63,2% ионов в результате столкновений с молекулами газа превращаются в быстрые нейтральные молекулы, т.е.
L = 1/nσ,
где n плотность молекул газа в камере;
s сечение перезарядки,
для ионов с энергией 0,3-3 кэВ составляет несколько десятков см. Поэтому при обычной для рабочих вакуумных камер ширине 0,5-1 м практически все ускоренные ионы в результате столкновений с перезарядкой превращаются в камере в быстрые нейтральные молекулы. Их кинетическая энергия и направление движения практически не изменяются, а ток в цепи вакуумной камеры переносится в основном поступающими на ее стенки медленными вторичными ионами, образующимися в результате перезарядки. Ионы поступают как на стенки части корпуса, на стенки камеры и на находящиеся внутри камеры обрабатываемые ускоренными частицами изделия, так и на ускоряющую сетку.
где n плотность молекул газа в камере;
s сечение перезарядки,
для ионов с энергией 0,3-3 кэВ составляет несколько десятков см. Поэтому при обычной для рабочих вакуумных камер ширине 0,5-1 м практически все ускоренные ионы в результате столкновений с перезарядкой превращаются в камере в быстрые нейтральные молекулы. Их кинетическая энергия и направление движения практически не изменяются, а ток в цепи вакуумной камеры переносится в основном поступающими на ее стенки медленными вторичными ионами, образующимися в результате перезарядки. Ионы поступают как на стенки части корпуса, на стенки камеры и на находящиеся внутри камеры обрабатываемые ускоренными частицами изделия, так и на ускоряющую сетку.
Однако на сетку возвращается лишь малая доля образованных в результате перезарядки ионов, так как длина L перезарядки превышает ширину сетки и перезарядка происходит на расстоянии от сетки, превышающем ее ширину. Поэтому в цепи рабочей вакуумной камеры протекает ток, практически равный току поступающих через сетку ускоренных ионов. Если этот ток меньше тока устойчивого горения вакуумной дуги, то можно исключить зажигание стационарной дуги с образованием катодных пятен духи на стенках рабочей вакуумной камеры и на поверхностях обрабатываемых изделий при пробоях между плазменным эмиттером газоразрядной камеры и рабочей вакуумной камерой, например, путем соединения положительного полюса источника ускоряющего напряжения с электродом газоразрядной камеры через токоограничительный резистор.
Если этот ток превышает минимальный ток устойчивого горения вакуумной дуги, то исключить зажигание дуги с помощью токоограничительного резистора невозможно. В этом случае источник ускоряющего напряжения имеет устройство дугогашения, которое реагирует, например, на резкое снижение ускоряющего напряжения между электродом газоразрядной камеры и рабочей вакуумной камерой до величины разрядного напряжения дуги (менее 100 B), отключает ускоряющее напряжение на время, необходимое для исчезновения катодных пятен, а затем вновь включает ускоряющее напряжение. Степень повреждения обрабатываемых изделий следами катодных пятен зависит от тока и длительности дуги, которая определяется быстродействием устройства дугогашения, но повреждения изделий неизбежны, так как для отключения дуги в любом случае необходимо ее зажигание.
Положительный объемный заряд ускоренных и медленных вторичных ионов в рабочей вакуумной камере нейтрализуется поступающими в результате ионноэлектронной эмиссии со стенок камеры и корпуса вторичными электронами. В результате вакуумная камера и часть корпуса заполняются квазинейтральной синтезированной плазмой с положительным относительно стенок камеры и корпуса потенциалом. Для ограничения тока электронов из синтезированной плазмы через ускоряющую сетку в газоразрядную камеру, с целью предохранения газоразрядной камеры от перегрева ускоренными электронами, на сетку от дополнительного источника питания подается отрицательный по отношению к корпусу потенциал Uc (около 100 В).
Чтобы предотвратить загрязнение обрабатываемых изделий материалом сетки в результате ее распыления вторичными ионами из синтезированной плазмы, потенциал сетки регулируют таким образом, чтобы он не превышал уменьшающегося с уменьшением тока ускоряемых ионов минимального потенциала на сетке, при котором ток электронов полностью запирается.
При использовании газоразрядной камеры с холодным катодом электронный ток не запирают полностью, так как бомбардировка холодного катода газоразрядной камеры электронами при ускоряющих напряжениях до нескольких кВ приводит в результате вторичной электронной эмиссии на катоде к снижению разрядного напряжения и энергетических затрат на образование ионов. Поэтому потенциал сетки регулируют таким образом, чтобы в газоразрядную камеру поступал ток электронов, в большинстве случаев не превышающий 5-10% тока пучка ионов.
Недостатками устройства являются снижение качества обрабатываемых быстрыми молекулами изделий из-за повреждений поверхности следами дуговых катодных пятен при пробоях, а также сложность управления, обусловленная необходимостью регулировать величину отрицательного потенциала ускоряющей сетки при каждом изменении тока пучка, ускоряющего напряжения, давления или рода ионообразующего газа.
В основу изобретения была положена задача создания такого источника быстрых нейтральных молекул, в котором при упрощении его системы управления обеспечивалось бы повышение его надежности и качество обрабатываемых посредством этого источника изделий.
Поставленная задача решается тем, что в источнике быстрых нейтральных молекул, содержащем газоразрядную камеру с источником питания разряда, камеру перезарядки, ускоряющую сетку, размещенную между газоразрядной камерой и камерой перезарядки, источник ускоряющего напряжения, положительный полюс которого соединен с одним из электродов газоразрядной камеры, а отрицательный полюс соединен с камерой перезарядки, согласно изобретению ускоряющая сетка соединена с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения, а ширина ускоряющей сетки превышает длину L перезарядки в рабочем диапазоне давлений газа, определяемую по формуле
L = 1/nσ,
где n плотность молекул газа в камере;
σ сечение перезарядки.
L = 1/nσ,
где n плотность молекул газа в камере;
σ сечение перезарядки.
Целесообразно, чтобы отрицательный полюс источника ускоряющего напряжения был соединен с камерой перезарядки через резистор.
Также целесообразно, чтобы в камере перезарядки со стороны ускоряющей сетки были установлены дополнительные электроды, электрически соединенные с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения.
Если в источнике ускоряющего напряжения отсутствуют средства дугогашения, целесообразно, чтобы ускоряющая сетка была выполнена в виде набора отдельных изолированных друг от дуга сеточных элементов, соединенных с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения через отдельные резисторы.
При этом целесообразно, чтобы дополнительные электроды были изолированы друг от друга и электрически соединены с отдельными сеточными элементами.
Целесообразно, чтобы дополнительные электроды были изолированы друг от друга, а с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения электрически соединены через отдельные резисторы.
При необходимости периодически закрывать выключенный источник от загрязнений, поступающих из рабочей вакуумной камеры, целесообразно, чтобы дополнительные электроды были установлены с возможностью перемещения относительно ускоряющей сетки с образованием экрана, закрывающего ускоряющую сетку.
Также целесообразно, чтобы штуцер средства подачи рабочего газа в газоразрядную камеру был установлен на камере перезарядки.
При обработке быстрыми молекулами изделий в крупногабаритной рабочей вакуумной камере целесообразно, чтобы рабочая вакуумная камера функционально являлась камерой перезарядки.
При получении быстрых нейтральных молекул химически активных газов целесообразно, чтобы катод газоразрядной камеры был выполнен в виде холодного полного катода с эмиссионным отверстием, обращенным в сторону ускоряющей сетки.
На фиг. 1 представлена схема источника быстрых нейтральных молекул; на фиг. 2 схема источника с дополнительным электродом в камере перезарядки, установленного на рабочей вакуумной камере; на фиг. 3 схема источника с подвижными дополнительными электродами, соединенными с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения через отдельные резисторы и образующими экран, закрывающий стеку, выполненную в виде набора отдельных сеточных элементов; на фиг. 4 схема источника с дополнительными электродами, электрически соединенными с отдельными сеточными элементами, где камерой перезарядки функционально является вакуумная камера.
Источник быстрых нейтральных молекул содержит газоразрядную камеру 1, камеру 2 перезарядки, ускоряющую сетку 3, размещенную между ними, источник 4 ускоряющего напряжения, положительный полюс которого соединен с одним из электродов газоразрядной камеры 1, например с анодом 5, а отрицательный полюс соединен с камерой 2 перезарядки и с ускоряющей сеткой 3. Электроды газоразрядной камеры 1 установлены внутри корпуса 6 изолированно от него и содержат, например, холодный полый катод 7 с широким эмиссионным отверстием, обращенным в сторону ускоряющей сетки 3, и анод 5, который, например, вводится внутрь полого катода 7 через отдельное отверстие в стенке катода 7. Анод 5 электрически соединен с положительным полюсом источника 8 питания разряда, отрицательный полюс которого соединен с катодом 7. Катод 7 и анод 5 соединены с источником 8 питания разряда, а ускоряющая сетка 3 соединена с источником 4 ускоряющего напряжения через проходные изоляторы 9. Выходное отверстие камеры 2 перезарядки подсоединено к системе вакуумной откачки (не показана), а на камере 2 перезарядки установлен штуцер 10 средства подачи ионообразующего газа в газоразрядную камеру 1 через ускоряющую сетку 3. Ширина А ускоряющей сетки 3 превышает длину L перезарядки ускоренных ионов в рабочем диапазоне давлений газа, определяемую по формуле (I).
Источник быстрых нейтральных молекул по фиг. 2 отличается тем, что отрицательный полюс источника 4 ускоряющего напряжения соединен через резистор 11 с камерой 2 перезарядки, внутри которой установлен дополнительный электрод 12, электрически соединенный с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через проходной изолятор 9. Источник быстрых нейтральных молекул установлен в рабочей вакуумной камере 13, электрически соединенной с камерой 2 перезарядки. Внутри камеры 13 установлены, например на соединенном электрически с рабочей вакуумной камерой 13 поворотном столе 14, обрабатываемые быстрыми нейтральными молекулами изделия 15.
Источник быстрых нейтральных молекул по фиг. 3 отличается тем, что он содержит несколько дополнительных электродов 16, которые изолированы друг от друга, соединены с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через отдельные резисторы 17 и установлены с возможностью перемещения относительно ускоряющей сетки 3, выполненной в виде набора отдельных изолированных друг от друга сеточных элементов 18, соединенных с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через отдельные резисторы 19. Возможность перемещения электродов 16 обеспечивает образование экрана 20, закрывающего ускоряющую сетку 3 при выключении источника быстрых нейтральных молекул и предохраняющего сетку 3 и газоразрядную камеру 1 от загрязнений.
Источник быстрых нейтральных молекул по фиг. 4 отличается тем, что дополнительные электроды 16 изолированы друг от друга и электрически соединены с отдельными сеточными элементами 18, соединенными с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через отдельные резисторы 19, а камерой 2 перезарядки функционально является рабочая вакуумная камера 13 для обработки изделий 15.
Кроме того, на фиг. 1-4 условно показаны плазменный эмиттер 21, слой 22 положительного объемного заряда, ускоряемые ионы 23, медленные молекулы 24 газа, быстрые нейтральные молекулы 25, медленные вторичные ионы 26 и синтезированная плазма 27.
Устройство работает следующим образом.
Камеру 2 перезарядки откачивают до давления 10-3 Па, затем подают рабочий газ, например, через штуцер 10 и увеличивают давление в газоразрядной камере 1 до 0,1-0,5 Па. Включением источника 8 питания разряда прикладывают между анодом 5 и катодом 7 напряжение в несколько сотен вольт и напряжение не меньшей величины прикладывают между анодом 5 и ускоряющей сеткой 3 включением источника 4 ускоряющего напряжения. С помощью поджигающего устройства (не показано) зажигают в газоразрядной камере 1 газовый разряд. В результате полый катод 7 заполняется одноразовым плазменным эмиттером 21, потенциал которого практически равен потенциалу анода 5. Ускоренные в слое 22 положительного объемного заряда между плазменным эмиттером 21 и сеткой 3 ионы 23 поступают через отверстия сетки 3 в камеру 2 перезарядки, где на расстоянии от сетки 3, сравнимом с длиной L перезарядки, в результате столкновения с молекулами 24 газа превращаются в быстрые нейтральные молекулы 25. При этом направление движения и кинетическая энергия ускоренных частиц практически не изменяются. Образовавшиеся в результате перезарядки медленные вторичные ионы 26 поступают на стенки камеры 2 перезарядки и на сетку 3, откуда в результате вторичной ионно-электронной эмиссии поступают электроны, компенсирующие положительный объемный заряд ионов в камере 2 перезарядки. В результате камера 2 перезарядки заполняется синтезированной плазмой 27.
При соединении ускоряющей сетки 3 с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения камера 2 перезарядки и ускоряющая сетка 3 эквипотенциальны, а положительный по отношению к ним потенциал синтезированной плазмы 27 повышается до величины Uc (до 100 В или даже более, в зависимости от размеров отверстий в ускоряющей сетке 3 и от тока ускоренных ионов), достаточной для ограничения тока электронов из синтезированной плазмы 27 через сетку 3 в газоразрядную камеру 1. Направления движения участвующих в перезарядке молекул 24 газа от сетки 3 и к сетке 3 равновероятны, а проникающее в синтезированную плазму 27 электрическое поле сетки 3 притягивает образовавшиеся вблизи нее в результате перезарядки медленные вторичные ионы 26. Поэтому, если ширина сетки 3 превышает длину L перезарядки, то концентрация синтезированной плазмы 27 максимальна вблизи сетки 3 и на нее поступает значительно больше вторичных ионов 26, чем на стенки камеры 2 перезарядки. В результате катодные пятна вакуумной дуги при пробоях возникают в основном на сетке 3, а не на стенках камеры 2 перезарядки или соединенной с ней рабочей вакуумной камеры 13, и тем более не на поверхности обрабатываемых изделий 15, удаленных от сетки 3.
Уменьшение вероятности повреждения изделий следами катодных пятен повышает качество изделий, а отсутствие необходимости постоянно регулировать потенциал ускоряющей сетки упрощает управление источником быстрых нейтральных молекул и повышает надежность устройства.
При соединении отрицательного полюса источника 4 ускоряющего напряжения с камерой 2 перезарядки через резистор 11 (фиг. 2) падение напряжения на резисторе при протекании через него суммарного тока ионов из синтезированной плазмы 27 на стенки камеры 2 перезарядки и электронов из синтезированной плазмы 27 в газоразрядную камеру 1 наводит на сетке 3 отрицательный по отношению к камере 2 перезарядки потенциал Uc, необходимый для ограничения до необходимой величины тока электронов из синтезированной плазмы 27 через сетку 3 в газоразрядную камеру 1. При этом потенциал синтезированной плазмы 27 по отношению к соединенным друг с другом электрически камере 2 перезарядки, рабочей вакуумной камере 13 и обрабатываемым изделиям 15 уменьшается примерно до 10 В. В результате уменьшается вероятность пробоя между обрабатываемым изделием 15 и синтезированной плазмой 27 с последующим пробоем между синтезированной плазмой 27 и плазменным эмиттером 21, а в результате уменьшается вероятность образования катодных пятен на поверхностях обрабатываемых изделий 15 и дополнительно увеличивается доля тока вторичных ионов 26 в цепи ускоряющей сетки 3 и уменьшается доля тока в цепи камеры 2 перезарядки. При этом сопротивление резистора 11, необходимое для получения падения напряжения Uc, возрастает и максимальный ток источника 4 ускоряющего напряжения в цепи камеры 2 перезарядки при пробое между ней и электродом газоразрядной камеры 1, ограниченный сопротивлением резистора 11, становится меньше минимального тока горения дуги. Поэтому при пробое невозможно зажигание дугового разряда с катодными пятнами на стенках камеры 2 перезарядки, на стенках рабочей вакуумной камеры 13 и на поверхностях обрабатываемых изделий 15. Более того, при развитии любой преддуговой нестабильности, сопровождающейся резким увеличением тока электронов из синтезированной плазмы 27 в газоразрядную камеру 1, соответствующее увеличение падения напряжения на резисторе 11 запирает сеткой 3 ток электронов в газоразрядную камеру 1 и предотвращает появление даже кратковременных нестабильных катодных пятен на стенках камеры 2 перезарядки, связанной с ней электрически рабочей вакуумной камеры 13 и на поверхностях находящихся в ней изделий 15, обрабатываемых быстрыми нейтральными молекулами 25. В результате исключаются повреждения обрабатываемых изделий 15 следами катодных пятен и повышается их качество.
При установке в камере 2 перезарядки дополнительных электродов 12 или 16, соединенных электрически с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения, часть вторичных ионов 26 поступает на дополнительные электроны 12 или 16 и доля тока ионов в цепи камеры 2 перезарядки уменьшается. В результате дополнительно снижается вероятность повреждений изделий 15 и повышается их качество, а также увеличивается максимальный ток ускоренных ионов 23, при которых резистор 11 в цепи камеры 2 перезарядки исключает повреждение изделий 15 следами катодных пятен.
Выполнение ускоряющей сетки 3 в виде набора отдельных изолированных друг от друга сеточных элементов 18, соединенных с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через отдельные резисторы 19 (фиг. 3), соединенные с этими сеточными элементами 18 дополнительных электродов 16 (фиг. 4), а также соединение дополнительных электродов 16 с отрицательным полюсом источника 4 ускоряющего напряжения через отдельные резисторы 17 (фиг. 3) позволяет исключить зажигание дугового разряда даже в случае отсутствия средств дугогашения в источнике 4 ускоряющего напряжения. В этом случае величины сопротивлений резисторов 17 и 19 выбирают такими, чтобы при пробое ток источника 4 ускоряющего напряжения в цепи сеточного элемента 18, или в цепи дополнительного электрода 16 (фиг. 3), или в цепи дополнительного электрода 16, электрически соединенного с сеточным элементом 18 (фиг. 4), не превышал минимального тока устойчивого горения дуги. Поэтому при пробоях невозможно зажигание стационарной дуги, а время существования нестабильных катодных пятен на отдельном сеточном элементе 18 или на дополнительном электроде 16 не превышает нескольких сотен микросекунд. Это повышает надежность устройства.
Перемещение дополнительных электродов 16 относительно ускоряющей сетки 3 с образованием экрана 20, закрывающего ускоряющую сетку 3 при выключении источника быстрых нейтральных молекул (фиг. 3), позволяет предотвратить загрязнение сетки 3 и холодного катода 7, стимулирующее дугообразование, что повышает надежность устройства.
Подача газа в газоразрядную камеру 1 через ускоряющую сетку 3 с помощью установленного на камере 2 перезарядки штуцера 10 позволяет избежать пробоев между корпусом 6 и электродами 5 и 7 газоразрядной камеры 1 в результате зажигания разряда с полым катодом в канале подачи газа при подаче газа через отверстие в стенке корпуса 6, что повышает надежность устройства.
Использование части объема крупногабаритной рабочей вакуумной камеры 13 в качестве камеры 2 перезарядки (фиг. 4) позволяет упростить конструкцию устройства.
Выполнение катода газоразрядной камеры 1 в виде холодного полого катода 7 с эмиссионным отверстием, обращенным в сторону ускоряющей сетки 3, обеспечивает длительный срок службы устройства даже при получении быстрых нейтральных молекул кислорода и других химически активных газов, так как в этом случае в газоразрядной камере 1 отсутствуют быстро выходящие из строя в среде химически активного газа термоэмиттеры электронов, а катод 7 во время работы непрерывно очищается в результате бомбардировки ионами с энергией до нескольких сотен электронвольт.
По сравнению с прототипом предлагаемый источник быстрых нейтральных молекул отличается простотой управления, надежностью, а также позволяет повысить качество обрабатываемых изделий и скорость их обработки в результате увеличения тока ускоренных частиц.
Claims (10)
1. Источник быстрых нейтральных молекул, содержащий газоразрядную камеру с источником питания разряда, камеру перезарядки, ускоряющую сетку, размещенную между газоразрядной камерой и камерой перезарядки, источник ускоряющего напряжения, положительный полюс которого соединен с одним из электродов газоразрядной камеры, а отрицательный полюс соединен с камерой перезарядки, а также средство подачи рабочего газа в газоразрядную камеру, отличающийся тем, что ускоряющая сетка соединена с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения, а ширина ускоряющей сетки превышает длину L перезарядки в рабочем диапазоне давлений газа, определяемую по формуле
L 1/nG,
где n плотность молекул газа в камере перезарядки;
G сечение перезарядки.
L 1/nG,
где n плотность молекул газа в камере перезарядки;
G сечение перезарядки.
2. Источник по п.1, отличающийся тем, что отрицательный полюс источника ускоряющего напряжения соединен с камерой перезарядки через резистор.
3. Источник по п.1 или 2, отличающийся тем, что в камере перезарядки со стороны ускоряющей сетки установлены дополнительные электроды, электрически соединенные с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения.
4. Источник п.2 или 3, отличающийся тем, что ускоряющая сетка выполнена в виде набора отдельных изолированных друг от друга сеточных элементов, соединенных с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения через отдельные резисторы.
5. Источник по п.4, отличающийся тем, что дополнительные электроды изолированы друг от друга и электрически соединены с отдельными сеточными элементами.
6. Источник по п.3 или 4, отличающийся тем, что дополнительные электроды изолированы друг от друга, а с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения электрически соединены через отдельные резисторы.
7. Источник по любому из пп.3 6, отличающийся тем, что дополнительные электроды установлены с возможностью перемещения относительно ускоряющей сетки с образованием экрана, закрывающего ускоряющую сетку.
8. Источник по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что средство подачи рабочего газа в газоразрядную камеру включает штуцер подачи рабочего газа, установленный на камере перезарядки.
9. Источник по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что камерой перезарядки функционально является рабочая вакуумная камера для обработки изделий.
10. Источник по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что катод газоразрядной камеры выполнен в виде холодного полого катода с эмиссионным отверстием, обращенным в сторону ускоряющей сетки.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696105636A RU2094896C1 (ru) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Источник быстрых нейтральных молекул |
| US09/155,336 US6285025B1 (en) | 1996-03-25 | 1997-03-18 | Source of fast neutral molecules |
| PCT/RU1997/000072 WO1997036463A1 (fr) | 1996-03-25 | 1997-03-18 | Source de molecules neutres rapides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696105636A RU2094896C1 (ru) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Источник быстрых нейтральных молекул |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2094896C1 true RU2094896C1 (ru) | 1997-10-27 |
| RU96105636A RU96105636A (ru) | 1998-06-20 |
Family
ID=20178433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9696105636A RU2094896C1 (ru) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Источник быстрых нейтральных молекул |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6285025B1 (ru) |
| RU (1) | RU2094896C1 (ru) |
| WO (1) | WO1997036463A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510984C2 (ru) * | 2012-08-09 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для осаждения металлических пленок |
| RU2702623C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Источник быстрых нейтральных молекул |
| RU2716133C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2020-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Источник быстрых нейтральных молекул |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6822395B2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-11-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd | Devices for controlling electron emission in plasma flood system |
| AU2006349512B2 (en) * | 2006-10-27 | 2013-07-11 | Oerlikon Trading Ag, Truebbach | Method and apparatus for manufacturing cleaned substrates or clean substrates which are further processed |
| US7786431B1 (en) * | 2007-06-17 | 2010-08-31 | Donofrio Raymond S | Magnetically modulated, spin vector correlated beam generator for projecting electrically right, neutral, or left beams |
| WO2013038335A2 (en) * | 2011-09-13 | 2013-03-21 | Krupakar Murali Subramanian | Systems and methods for accelerating particles |
| RU2531373C1 (ru) * | 2013-04-11 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для синтеза покрытий |
| CN104295462B (zh) * | 2014-09-05 | 2017-02-15 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种电推力器推进剂流率调节流阻器以及调节方法 |
| JP6178538B2 (ja) * | 2015-08-28 | 2017-08-09 | 日本碍子株式会社 | 原子線源 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1058269A (en) * | 1976-01-16 | 1979-07-10 | Horst H. Blumenberg | Unitized in-line electron gun and a method of manufacture thereof |
| US4916311A (en) * | 1987-03-12 | 1990-04-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion beaming irradiating apparatus including ion neutralizer |
| IT1246684B (it) * | 1991-03-07 | 1994-11-24 | Proel Tecnologie Spa | Propulsore ionico a risonanza ciclotronica. |
| WO1992019789A1 (en) | 1991-04-29 | 1992-11-12 | Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie 'novatekh' | Electric arc evaporator of metals |
| US5503725A (en) | 1991-04-29 | 1996-04-02 | Novatech | Method and device for treatment of products in gas-discharge plasma |
| JP2509488B2 (ja) * | 1991-09-12 | 1996-06-19 | 株式会社荏原製作所 | 高速原子線源 |
| RU2035789C1 (ru) * | 1992-04-15 | 1995-05-20 | Научно-производственное предприятие "Новатех" | Способ получения пучка ускоренных частиц в технологической вакуумной камере |
| RU2035790C1 (ru) * | 1992-06-26 | 1995-05-20 | Научно-производственное предприятие "Новатех" | Полый катод плазменного эмиттера ионов |
-
1996
- 1996-03-25 RU RU9696105636A patent/RU2094896C1/ru active
-
1997
- 1997-03-18 WO PCT/RU1997/000072 patent/WO1997036463A1/ru active Application Filing
- 1997-03-18 US US09/155,336 patent/US6285025B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Метель А.С. Источники пучков заряженных частиц большого сечения на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом. - Сб. Плазменная эмиссионная электроника, тез.докл., БИЕН СО АН СССР, Улан-Удэ, 1991, с.77-81, рис.2. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510984C2 (ru) * | 2012-08-09 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для осаждения металлических пленок |
| RU2702623C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Источник быстрых нейтральных молекул |
| RU2716133C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2020-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Источник быстрых нейтральных молекул |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1997036463A1 (fr) | 1997-10-02 |
| US6285025B1 (en) | 2001-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4977352A (en) | Plasma generator having rf driven cathode | |
| Oks et al. | Development of plasma cathode electron guns | |
| US3970892A (en) | Ion plasma electron gun | |
| JP3158158B2 (ja) | 低圧放電の発生及び点弧方法並びに真空加工装置及び該装置の陰極チェンバ | |
| TWI518733B (zh) | 離子源、離子植入系統與產生多個電荷離子於離子源內的方法 | |
| US4714860A (en) | Ion beam generating apparatus | |
| US4633129A (en) | Hollow cathode | |
| US4737688A (en) | Wide area source of multiply ionized atomic or molecular species | |
| WO1982004350A1 (en) | Filament dispenser cathode | |
| RU2094896C1 (ru) | Источник быстрых нейтральных молекул | |
| EP0291185B1 (en) | Improved ion source | |
| US4728862A (en) | A method for achieving ignition of a low voltage gas discharge device | |
| EP0439220B1 (en) | Device for the ionization of metals having a high melting point, which may be used on ion implanters of the type using ion sources of Freeman or similar type | |
| EP0095311B1 (en) | Ion source apparatus | |
| US6870164B1 (en) | Pulsed operation of hall-current ion sources | |
| RU2373603C1 (ru) | Источник быстрых нейтральных атомов | |
| JPH0160889B2 (ru) | ||
| US4891525A (en) | SKM ion source | |
| CA2220605A1 (en) | Ion source block filament with labyrinth conductive path | |
| RU2035789C1 (ru) | Способ получения пучка ускоренных частиц в технологической вакуумной камере | |
| JPH0762989B2 (ja) | 電子ビ−ム励起イオン源 | |
| Kovarik et al. | Initiation of hot cathode arc discharges by electron confinement in Penning and magnetron configurations | |
| US5545947A (en) | Multiple surface high voltage structure for a gas discharge closing switch | |
| RU2008739C1 (ru) | Источник ионов | |
| SU908193A1 (ru) | Источник ионов |