SU436406A1 - Источник ионов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике получени  импульсных ионных потоков и может быть использовано дл  различных технологических процессов: легировани  полупроводников, образовани  металлических пленок на поверхности твердого тела, а также дл  создани  реактивной т ги.

Известны источники ионов дл  решени  указанных задач, характерными признаками которых  вл етс  наличие раздельных цепей питани  разр да и экстракции частиц, локализации плазмы, служащей источником ионов, внутри разр дного пространства, ограниченного стенками разр дной камеры и извлечение ионов в область ускорени  сквозь отверстие в одном из электродов разр дной камеры.

Существенным недостатком известных источников  вл етс  ограниченность амплитуды отбираемого ионного тока.

С целью существенного увеличени  амплитуды ионного тока, упрощени  конструкции и схемы питани  источника дл  технологических целен, а также удещевлепи  в качестве источника ионов используетс  вакуумный разр дный промежуток в незаверщенной фазе разр да. При этом генераци  ионов и ускорение их в сторону катода производитс  под действием спадающего напр жени , существующего между электродами промежутка в период развити  разр да.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого источника ионов; на фиг. 2 - осциллограммы электронного (а) и ионного (б) токов в вакуумном промежутке; на фиг. 3 - распределение зар да.

Вакуумный разр дный промежуток образован анодом 1, выполненным из материала, ионы которого необходимо получить, и катодом 2, имеющим отверстие 3 с острыми кра ми , выступающими в сторону анода. Катод может быть выполнен и из системы острий, закрепленных на сетке с высокой прозрачностью . Ускоренные ионы, выход щие сквозь отверстие в катоде, попадают на мишень 4.

Анод укреплен на проходном изол торе 5. Вс  система помещена в вакуумную камеру 6. Параллельно разр дному промежутку включена емкость 7, зар жаема  от источника питани  8, через сопротивление 9, до величины

напр жени , соответствующей пробивному значению. Величина емкости подбираетс  из услови , что больща  часть энергии, запасенной в ней, передаетс  в контур за врем  вьь соковольтной фазы разр да. Напр жение к

промежутку может прикладыватьс  также импульсно при подключении с помощью разр дника формирующего элемента в виде линии с распределенными параметрами либо емкости.

Устройство работает следующим образом. В момент достижени  напр жением пробивного значени  между электродами возникает разр д. При воздействии статическим напр жением рост разр дного тока в вакууме всегда св зан с по влением на катоде сгустков плазмы, образующихс  в результате взрыва микроскопических выступов металла под действием джоулевого разогрева автоэмиссионным током. По вл ющиес  в результате взрыва пары металла ионизуютс  проход щим пучком электронов и распростран ютс  в вакууме со скоростью 10б ом/сек. Величина электронного тока, протекающего между фронтом плазмы и анодом, определ етс  законом «3/2 дл  диода со сближающимис  электродами. Интенсивна  электронна  бомбардировка анода приводит к его разогреву, испарению и образованию факела плазмы, движущегос  по направлению к катоду. С фронта этого факела эмиттируютс  ионы и ускор ютс  в сторону катода. Если в катоде имеетс  отверстие, ускоренные ионы выход т за пределы промежутка и могут быть использованы . Импульс ионного тока начинаетс  с момента по влени  плазмы на аноде и оканчиваетс  в момент перехода разр да в низковольтную фазу, когда движущиес  навстречу друг другу потоки плазмы с катода и анода встречаютс  и проводимость промежутка становитс  близкой к металлической. Это врем  близко к длительности роста тока в промежутке (времени коммутации к) и определ етс  длиной зазора: где d - величина зазора, а Упл -скорость рдспрастранени  плазмы. Дл - промежутков с 0,5+3 мм tK 10-«+10- с. Предельна  величина ионного тока определ етс  следующим выражением: ,8б|/ где jM и /п массы иона и электрона соответственцо , а /о - величина тока пробо . Оценку мощиости,, передаваемой аноду электронным пучкам в период /к, можно сделать по формуле: P(t)i(f){U,-Ri(t), где i{t) - ток пробо , R - сопротивление контура , i/o - напр жение, прикладываемое к промежутку. Дл  исследованных промежутков плотность потока мощнрсти на аноде достигает величин 10-}-10 вт/см, что сравнимо с воздействием гигантского импульса jia3epa на твердую мишень. Поскольку амплитуда электронных токов поставл ют ICF-f-lQ а, представл етс  возможным получение кратковременных импульсов ионного тока с амплитудой в единицы ампер. Если учесть, что частота импульсов может быть до 10 Гц, то эффективность такого источника становитс  очевидной. На фиг. 2 представлень (зециллограадмы электронного и ионного токов в вакуумном промежутке длиной 2 мм при приложении напр жени  18 кв. Электронный ток измер лс  с помощью малоиндуктивного шунта, установленного в разр дной цепи, а ток ионов - с помощью коллектора, расположенного за отверстием в катоде диаметром 3 мм. Амплитуда электронного тока - 350 а, ионного- а. На фиг. 3 показано распределение зар да, перенесенного ионами цо энерги м. Измерени  выполнены методом задерживающего потенциала . При необходимости энергетический спектр ионов может быть сужен с помощью магнитного сепаратора. Предмет изобретени  1.Источник ионов, содержащий холодные анод и катод, систему электрического питани  разр да между анодом и катодом, отличающиес  тем, что, с целью упрощени  конструк-ции источника, в качестве упом нутой системы электрического питани  выбрана импульсна  система с выходным напр жением, достаточным дл  пробо  вакуумного промежутка между катодом и анодом. 2.Источник ионов по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью получени  цилиндрических пучков заданных размеров, в катоде имеетс  отверстие с острыми кромками дл  локализации разр да в области отверсти  и выхода ионов из прианодной плазмы. 3.Источник ионовПО п. 1, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  выхода ионов , катод выполнен в виде системы острий, закрепленных на сетке с высокой прозрачностью .

а

Е,кэ5