RU2496283C1 - Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы - Google Patents
Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2496283C1 RU2496283C1 RU2012109171/07A RU2012109171A RU2496283C1 RU 2496283 C1 RU2496283 C1 RU 2496283C1 RU 2012109171/07 A RU2012109171/07 A RU 2012109171/07A RU 2012109171 A RU2012109171 A RU 2012109171A RU 2496283 C1 RU2496283 C1 RU 2496283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- hollow
- gas
- cavity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной оптики. Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы содержит полый катод с основанием, установленный коаксиально в полую изоляцию и закрыт крышкой так, что высота полости полого катода определена соотношением 3λ<L<5λ, где λ - длина свободного пробега электрона в потоке газоразрядной плазмы. Основания анода и катода выполнены перфорированными, толщина изоляции между полым анодом и полым катодом определена соотношением 0,5d<h<d, где d - диаметр соосно расположенных отверстий в основаниях анода и катода. Технический результат- повышение равномерности распределения частиц по сечению потока и упрощение конструкции. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной оптики.
Известен источник ионов, основанный на инжекции электронов из плазмы тлеющего разряда через затянутое мелкоструктурной сеткой малое отверстие в полость генератора плазмы, в которой установлен основной тонкопроволочный анод [4. E. Oks, A. Vizir, and G. Yushkov, Rev. Sci. Instrum. 69, 853 (1998).]. В полости генератора в результате ионизации газа инжектируемыми электронами развивается несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом, из плазмы которого извлекаются ионы. Осциллирующие внутри катодной полости быстрые электроны обеспечивают генерацию однородной плазмы при очень низких давлениях газа.
Однако доля извлекаемых из плазмы ионов в этом случае невелика и составляет около 4% от тока разряда, поэтому его эффективность оказывается невысокой.
Известен источник ленточного электронного пучка (Патент США US 3831052А, МПК H01J 5/00, опубл. 20.08.1974.), содержащий цилиндрический полый катод с продольной щелью в боковой стенке, анод с эмиссионным окном, перекрытым металлической сеткой, ускоряющий электрод с окном для пропускания электронного пучка в полом катоде которого повышение однородности пучка достигается многократной осцилляцией электронов. Однако, наличие у катодной полости торцевых стенок вызывает различие в скорости образования ионно-электронных пар вблизи этих стенок и в остальной части полости. Это, в свою очередь, приводит к росту концентрации плазмы вблизи торцевых стенок полости и в наличии максимумов плотности тока по краям пучка.
Известен плазменный электронный источник ленточного пучка (Патент РФ, №2231164, С1, МПК Кл. H01J 37/077, опубл. 20.06.2004) в котором в полом катоде для увеличения равномерности распределения частиц в потоке плазмы внутренние торцевые стенки катодной полости закрыты пластинами термостойкого неорганического диэлектрика.
Однако конструкция устройства обладает рядом недостатков: необходимость перекрытия эмиссионного окна сеткой; наличия в конструкции устройства ускоряющего электрода.
Известен плазменный электронный источник (Патент РФ, №2215383, С1, МПК Кл. Н05Н 1/24, Н05Н 5/00, опубл. 27.10.2003), в котором соосные полый катод, анод с эмиссионным отверстием, перекрытым эмиссионной сеткой и ускоряющий электрод, между ускоряющим электродом и анодом размещен диск из термостойкого неорганического диэлектрика с отверстием в центре, диаметр которого больше диаметра эмиссионного отверстия в аноде и меньше отверстия в ускоряющем электроде.
Однако схема расположения электродов устройства требует для создания сильноточных потоков плазмы двух источников питания; усложняет конструкцию устройство введением между анодом и ускоряющим электродом диска из термостойкого материала.
Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению (Патент РФ, №2333619, С2, МПК Кл. Н05Н 1/24, 2006.01, опубл. 10.09.2008, Бюл. №25), содержащем полый катод с прикрепленным основанием, установленный коаксиально в полый анод, изоляцию между анодом и катодом, соосные отверстия одинакового размера и формы в катоде, аноде и изоляции.
Однако схема расположения отверстий одинакового размера и формы в корпусах катода и анода, не позволяет создавать широкоаппертурный поток плазмы с равномерным распределением частиц плазмы по его сечению.
В основу поставлена задача генерирования газоразрядным устройством широкоаппертурного потока плазмы с равномерным распределением частиц по сечению потока при одновременном увеличении тока газоразрядной плазмы, снижении напряжения на электродах газоразрядного устройства и упрощении его конструкции и эксплуатации.
Указанная задача достигается за счет того, что в генераторе широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы, содержащим полый катод с основанием, установленный коаксиально в полую изоляцию, расположенную между полым анодом и полым катодом, полый анод с основанием закрыт крышкой, согласно изобретения высота полости полого катода определена соотношением 3λ<L<5λ, где λ - длина свободного пробега электрона в потоке газоразрядной плазмы, основания анода и катода выполнены перфорированными, толщина изоляции между полым анодом и полым катодом определена соотношением 0,5d<h<d, где d - диаметр соосно расположенных отверстий в основаниях анода и катода, причем соосно расположенные отверстия в основаниях анода и катода выполнены в диапазоне 1<d<10 мм, а расстояние между ними 0,1<J<5 мм, а изоляция между катодом и анодом имеет внутренний диаметр равный d1≤d0, где d0 - диаметр полости катода.
В готовой конструкции газоразрядного устройства отверстия в основаниях анода, катода, соосно совмещены, образуя совокупность потоков газоразрядной плазмы формируемых каждой парой соосно-расположенных отверстий в основаниях катода и анода, суммирование которых и создает широкоаппертурный ее поток.
На фиг.1 изображена конструкция генератора низкотемпературной плазмы, а фиг.2 элемент оснований анода и катода.
Конструкция генератора низкотемпературной плазмы содержит высоковольтный электрод 1, через который на полый катод 2 подается электропитание. Полый катод 2 коаксиально помещен в полость конструкции изоляции катода 3. Замкнутое пространство в полом катоде образовано с помощью основания 4, выполненным перфорированным, прикрепляемого к корпусу полого катода винтами. После чего полость в изоляции катода с вложенным в нее полым катодом закрывают диэлектрическим основанием 5, выполненного из фторопласта или полистирола. В полость анода вкладывают конструкцию полого катода с изоляцией и замыкают полость анода перфорированным основанием 6, путем ввинчивания металлического кольца 7 в полость анода 8. Со стороны электрического ввода полость анода замыкается крышкой 9.
Устройство осуществляется следующим образом.
В сформированной конструкции анод-изоляция-катод в основаниях катода 4 и основания анода 6 вырезают соосные отверстия. В результате в области отверстий возникает структура полый анод - полый катод.
При подаче на полученную конструкцию напряжения от 0,3 до 6 кВ в области отверстий возникает искривление силовых линий электрического поля. Свободные ионы, не встречая на своем пути ограничения, входят в полость катода и осуществляют ионизацию атомов остаточного газа, т.к. длина свободного пробега иона заходит в объем полости и ион успевает набрать энергию в ускоряющем поле достаточную для осуществления процесса ионизации. Если ион ионизирует один и более электронов, то в области полости возникает облако газоразрядной плазмы, которое является эффективным источником свободных электронов для формирования газового разряда в области отверстий в аноде и катоде. Поскольку в промежутке анод-катод, т.е. на расстоянии h, свободный электрон не успевает набрать энергию для ионизации атомов остаточного газа, то ионизация происходит за пределами поверхности анода и в полости катода. Это позволило получать потоки газоразрядной плазмы в сотни и тысячи миллиампер при напряжениях 0,3-1 кВ. Формирование потока газоразрядной плазмы предлагаемым прибором устранило зависимость ее параметров от площади обрабатываемой поверхности (эффект загрузки) и значительно снизило паразитный нагрев материала его конструкции.
Главным условием возникновения широкоаппертурного потока низкотемпературной плазмы газового разряда за пределами анода является выполнение в основаниях катода и анода, соосно изготовленных отверстий, диаметром 1<d<10 миллиметров, расположенных на расстоянии 0,1<J<5 миллиметров друг от друга. Невыполнение соосности приводит к значительному уменьшению тока газоразрядной плазмы и искажению ее параметров. Изготовление отверстий диаметром 1 миллиметр и менее приводит к значительному уменьшению тока газоразрядной плазмы, а 10 миллиметров и более к увеличению площади неравномерного распределения частиц по сечению потока плазмы, формируемой в области соосно-расположенных отверстий в основаниях анода и катода, что в свою очередь ухудшает равномерность распределения частиц плазмы в сечении общего потока плазмы, формируемого всеми соосно-расположенными отверстиями газоразрядного устройства.
Выполнение неравенства 0,1<J миллиметров определено технической трудностью массового изготовления подобных размеров, что приводит к значительному повышению стоимости газоразрядного устройства, особенно при обработке поверхности до 10-14 классов чистоты. Изготовление промежутков между отверстиями 5 миллиметров и более приводит к разъединению микропотоков, формируемых каждым отверстием, и, следовательно, к ухудшению равномерности распределения частиц плазмы по сечению потока, которое принимает в этом случае форму синусоиды.
Изготовление размера полости катода L равного 3λ и менее приводит к уменьшению или даже к полному прекращению газового разряда в полости катода. В этом случае источником свободных электронов становится механизм эмиссии материала катода внутри полости, т.е. происходит распыление поверхности катода с образованием ямок травления, размер и форма которых начинает активно участвовать в формировании параметров газового разряда. Для устранения этого влияния становится необходимой операция регулярного удаления деформированного слоя поверхности катода. С другой стороны, если изготовить L≥5λ, то в полости катода может возникнуть самостоятельный газовый разряд, приводящий к исчезновению рабочего разряда вне газоразрядной системы катод-анод.
Для устранения поверхностного электрического пробоя системы катод-анод необходимо выполнение неравенства d1≤d0, т.к. при d1>d0 изоляция будет уменьшать размеры сечения потока плазмы, и распыляться при взаимодействии с его частицами загрязняя обрабатываемую плазмой поверхность и элементы конструкции прибора.
При выполнении такого устройства в области отверстий генерируется широкоаппертурный поток низкотемпературной плазмы.
Claims (1)
- Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы, содержащий полый катод с основанием, установленный коаксиально в полую изоляцию, расположенную между полым анодом и полым катодом, полый анод с основанием закрыт крышкой, отличающийся тем, что высота полости полого катода определена соотношением 3λ<L<5X, где λ - длина свободного пробега электрона в потоке газоразрядной плазмы, основания анода и катода выполнены перфорированными, толщина изоляции между полым анодом и полым катодом определена соотношением 0,5d<h<d, где d - диаметр соосно расположенных отверстий в основаниях анода и катода, причем соосно расположенные отверстия в основаниях анода и катода выполнены в диапазоне 1<d<10 мм, а расстояние между ними 0,1<J<5 мм, а изоляция между катодом и анодом имеет внутренний диаметр, равный d1≤d0, где d0 - диаметр полости катода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109171/07A RU2496283C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109171/07A RU2496283C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012109171A RU2012109171A (ru) | 2013-09-20 |
RU2496283C1 true RU2496283C1 (ru) | 2013-10-20 |
Family
ID=49182865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012109171/07A RU2496283C1 (ru) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2496283C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2711344C1 (ru) * | 2019-06-10 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода |
RU2810566C1 (ru) * | 2023-01-21 | 2023-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРОПЛАЗ" | Генератор холодной плазмы |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010020582A1 (en) * | 1999-04-28 | 2001-09-13 | Hana Barankova | Method and apparatus for plasma treatment of gas |
EP1253621A2 (de) * | 2001-04-25 | 2002-10-30 | JE PlasmaConsult GmbH | Vorrichtung zur Erzeugung eines Niedertemperatur-Plasmas |
RU2215383C1 (ru) * | 2002-02-08 | 2003-10-27 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Плазменный электронный источник |
RU2231164C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-06-20 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Плазменный электронный источник ленточного пучка |
WO2007144061A1 (de) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines plasmas sowie verwendung derselben |
RU2333619C2 (ru) * | 2006-06-13 | 2008-09-10 | Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) | Многолучевой генератор газоразрядной плазмы |
-
2012
- 2012-03-11 RU RU2012109171/07A patent/RU2496283C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20010020582A1 (en) * | 1999-04-28 | 2001-09-13 | Hana Barankova | Method and apparatus for plasma treatment of gas |
EP1253621A2 (de) * | 2001-04-25 | 2002-10-30 | JE PlasmaConsult GmbH | Vorrichtung zur Erzeugung eines Niedertemperatur-Plasmas |
RU2215383C1 (ru) * | 2002-02-08 | 2003-10-27 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Плазменный электронный источник |
RU2231164C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-06-20 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Плазменный электронный источник ленточного пучка |
RU2333619C2 (ru) * | 2006-06-13 | 2008-09-10 | Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) | Многолучевой генератор газоразрядной плазмы |
WO2007144061A1 (de) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines plasmas sowie verwendung derselben |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2711344C1 (ru) * | 2019-06-10 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода |
RU2810566C1 (ru) * | 2023-01-21 | 2023-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРОПЛАЗ" | Генератор холодной плазмы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012109171A (ru) | 2013-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Burdovitsin et al. | Fore-vacuum plasma-cathode electron sources | |
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 | |
Vintizenko et al. | Hollow-cathode low-pressure arc discharges and their application in plasma generators and charged-particle sources | |
RU2480858C2 (ru) | Сильноточный источник многозарядных ионов на основе плазмы электронно-циклотронного резонансного разряда, удерживаемой в открытой магнитной ловушке | |
Antonovich et al. | Plasma emission systems for electron-and ion-beam technologies | |
JP6419078B2 (ja) | 複数のプラズマ源部を備えたイオン注入装置 | |
Vorobyov et al. | Investigation of the stability of the electron source with a multi-aperture plasma emitter generating a large cross-section electron beam | |
Gavrilov et al. | High-current pulse sources of broad beams of gas and metal ions for surface treatment | |
RU2373603C1 (ru) | Источник быстрых нейтральных атомов | |
Burdovitsin et al. | Expansion of the working range of forevacuum plasma electron sources toward higher pressures | |
RU2496283C1 (ru) | Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы | |
RU2333619C2 (ru) | Многолучевой генератор газоразрядной плазмы | |
US20130088150A1 (en) | Ion source apparatus and methods of using the same | |
KR20130120577A (ko) | 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법 | |
RU116733U1 (ru) | Устройство для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок | |
Bakeev et al. | Influence of a longitudinal magnetic field on the parameters and characteristics of a forevacuum plasma electron source based on a hollow-cathode discharge | |
Burdovitsin et al. | Electric strength of the accelerating gap of a plasma electron source at rough vacuum | |
RU2716133C1 (ru) | Источник быстрых нейтральных молекул | |
RU2339191C2 (ru) | Фокусатор газоразрядной плазмы | |
RU2215383C1 (ru) | Плазменный электронный источник | |
RU2306683C1 (ru) | Плазменный электронный источник | |
Klimov et al. | Forevacuum plasma electron source of a ribbon electron beam with a multi-aperture extraction system | |
Keller | High-intensity ion sources for accelerators with emphasis on H− beam formation and transport | |
RU2695819C1 (ru) | Источник интенсивных потоков низкотемпературной плазмы с высокой степенью ионизации | |
Bugaev et al. | Enhanced electric breakdown strength in an electron-optical system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140312 |