SU1145383A1 - Источник ионов - Google Patents

Abstract

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий газоразр дную каиеру, в которой установлены анод, контрагирующа  диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что, с целью повы .9 шени  КПД источника и устойчивости работы, введена магнитна  система создани  продольного магнитного пол , газоразр дна  камера и контра- гирующа  диафрагма .выполнены из ди-. электрического материала, а анод в виде полого тора. с отверсти ми в стенке, оси которых направлены навстречу друг другу, при этом полость анода соединена с системой подачи рабочего газа. 2. Источник по п. 1, о т л и ч ающ и и с   тем,что,с целью повышени  коэффициента ионизации рабочего газа, магнитна  система выполнена в виде основного соленоида, установленного (Л на газоразр дной камере, и дополнительного соленоида меньшего, чем основной , диаметра, установленного за анодом. 10 4i СП 00 00 со

Description

Устройство относитс  к ионным источникам , вакуумной плазменной технологии , корпускул рной диагностики и может использоватьс  дл  травлени  поверхностей и ионной имплантации . Известен ионный источник, содержащий ускррительные сетчатые электроды, гор чий катод. Источник работает в диапазоне энергий от нескольких кштозлектровольт и вьше. Ускорение ионов производитс  между сетчатыми ускорительными электродами , а приготовление плазмы (ионов) осуществл етс .путем зажигани  вспомогательного дугового разр да при наличии гор чего катода flj , Недостатками такого источника  вл ютс  сложность конструкции и энергопитани , большие габариты, высокий нижний предел энергии ионов Непригодный во многих случа х дл  плазменной технологии, Наиболее, близким техническим решением к изобретению  вл етс  источ ник, ионов, содержа;щий газоразр дную (Камеру, в которой установлены анод, контрагирующа  диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему прдачи рабочего га- з.а 2 . . В известном источнике осуществл  етс  контрагирование разр да отверстием в контрагирующей диафрагме, .установленной между аноДом и катодом , за счет падени  потенциала на диафрагме, формируютс  направленные потоки ионов .и электронов, что сни- жает потери энергии на стенках газо разр дной камеры. Однако потери зар женных частиц велики, особенно на катодных поверхност х источника. Узок диапазон устойчивой работы ис точника по напр жению. Цель изобретени  - повышение КПД и устойчивости работы. Цель, достигаетс  тем, что в источнике ионов, содержащем газоразр дную камеру, в которой установлены анод, контрагирующа  диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием , а также систему подачи рабочего газа, введена магнитна  система создани  продольного магнитног пол , газоразр дна  камера и контра гирующа  диафрагма выполнены из диэлектрического материала, а анод в виде полого тора с отверсти ми в 831 стенке, оси которых направлены навстречу друг к другу, при этом полость соединена с системой подачи рабочего газа. Кроме того, магнитна  система может Йлть выполнена из основного соленоида , установленного на газоразр дной камере, и дополнительного со леноида меньщего, чем основной, ус- тановленного за анодом. На чертеже схематически показан источник ионов. Ионный источник содержит газоразр дную камеру 1, в которой установлены плоский катод 2 с эмиссионным отверстием 3, диэлектрическую контрагирующую диафрагму 4, анод 5,. выполненньй в виде полого тора (например , пр моугольного сечени ), в стенке которого выполнены отверсти  6, оси которых направлены навстречу друг к другу (к главной оси тора) Полость анода соединена с системой поДачи рабочего газа (на чертеже не показана) трубкой 7. Система подвода газа изолирована вкладышем 8. Магнитна  система источника содержит основной соленоид 9, установленный на газоразр дной камере 1, а также дополнительный соленоид 10 меньшего диаметра, установленный за анодом, например, на трубке подвода газа 7. Источник работает следующим образом . Создают разность потенциалов между катодом 2 и анодом 5 и одновременно пускают рабочий газ через трубку 7 и ток в соленоиды 9 и 10. При увеличении анодного напр жени  возникает разр д. Под действием электрического пол  происходит движение зар женных частиц. Движение электронов и ионов в различных част х газоразр дной камеры 1 различно. В прикатодной о.бласти электрон, эмиттированный катодом ,2, движетс  вдоль магнитнсэй силавйй линии и достигает прианодной полости, которую можно назвать ионизационной. Здесь он попадает в область действи  скрещенйых магнитного и электрического полей и совершает сложное движение на пути к аноду 5, вызыва  ионизацию рабочего газа, вытекающего из отверстий 6 в аноде 5. Образовавшийс  ион движетс  в радиальном направлении к оси источника, где подхватываетс  продольным электрическим по3

леи и, ускорившись в прикатодной полости, вылетает через эмиссионное отверстие 3 в катоде 2 Часть ионов не попадает в отверстие и, удар  сь о катод 2, вызывает вторичную электронную эмиссию. Эти электроны обеспечивают нейтрализацию пучка ионов, а часть Из них поступает описанньм путем на анод 5.

В экспериментах был испытан источник диаметром 60 мм в диапазоне 0,5-2 кВ работающий н  аргоне. При потребл емой мощности 50 Вт ионный ток составил 200 мкА при плотности тока (y 1 мА/см . Исследование вольтамперных характеристик показало, что источник устойчиво работает в указанном диапазоне напр жений при расходах газа 0,1-0,3 .

834

Испытывались катоды с различной формой эмиссионного отверсти . Характеристики источника повышались с использованием дополнительного соленоида 10, создакщего более высокое магнитное поле в полости ионизации источника.

Предлагаемое устройство позвол .ет повысить плотность ионного тока в 2-3 раза и тем самым повысить КПД источника, расширить диапазон устойчивой работы по напр жению до 0,5 кэВ. Конструкци  источника проста.

Йри использовании источника дл  травлени  стекол бьти получены приемлимые дл  практики скорости травлени .

Claims (1)

1. В известном источнике осуществляется контрагирование разряда отверстием в контрагирующей диафрагме, .установленной между анодом и катодом, за счет падения потенциала на диафрагме, формируются направленные потоки ионов и электронов, что снижает потери энергии на стенках газоразрядной камеры. Однако потери заряженных частиц велики, особенно на катодных поверхностях источника. Узок диапазон устойчивой работы источника по напряжению.

   Цель изобретения - повышение КПД и устойчивости работы,.

   Цель.достигается тем, что в источнике ионов, содержащем газоразрядную камеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, введена магнитная система создания продольного магнитного поля, газоразрядная камера и контрагирующая диафрагма выполнены из диэлектрического материала, а анод в виде полого тора с отверстиями в стенке, оси которых направлены навстречу друг к другу, при этом полость соединена с системой подачи рабочего газа.

   Кроме того, магнитная система может быть выполнена из основного соленоида, установленного на газоразрядной камере, и дополнительного соленоида меньшего, чем основной, установленного за анодом.

   На чертеже схематически показан источник ионов.

   Ионный источник содержит газоразрядную камеру 1, в которой установлены плоский катод 2 с эмиссионным отверстием 3, диэлектрическую контрагирующую диафрагму 4, анод 5,. выполненный в виде полого тора (например, прямоугольного сечения), в стенке которого выполнены отверстия 6, оси которых направлены навстречу друг к другу (к главной оси тора)< Полость анода соединена с системой поДачи рабочего газа (на чертеже не показана) трубкой 7. Система подвода газа изолирована вкладышем 8. Магнитная система источника содержит основной соленоид 9, установленный на газоразрядной камере 1, а также дополнительный соленоид 10 меньшего диаметра, установленный за анодом, например, на трубке подвода газа 7.