RU2496283C1 - Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы - Google Patents

Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы Download PDF

Info

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
Application number
RU2012109171/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012109171A (ru
Inventor
Виктор Александрович Сойфер
Николай Львович Казанский
Всеволод Анатольевич Колпаков
Анатолий Иванович Колпаков
Сергей Васильевич Кричевский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) (СГАУ)
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) (СГАУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН)
Priority to RU2012109171/07A priority Critical patent/RU2496283C1/ru
Publication of RU2012109171A publication Critical patent/RU2012109171A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2496283C1 publication Critical patent/RU2496283C1/ru

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)

  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.
RU2012109171/07A 2012-03-11 2012-03-11 Генератор широкоаппертурного потока газоразрядной плазмы RU2496283C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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