SU496868A1 - Ионна пушка - Google Patents

Description

(54) ИОННАЯ ПУШКА

; , .I . Л , .:

Изобретение относитс  к электронно-ионной и ускорительной технике и может Hafrти применение дл  легировани  твердых веществ , в частности полупроводниковых материалов , в ускорител х ионов и в других устройствах, где требуетс  использовать однородные по массам ионные пучки.

Известны ионно-лучевые установки, состо щие из ионных источников, систем ус- корени  и фильтрации ионов по массам. Недостатками таких установок  вл ютс  боль шой вес и габариты, обусловленньге весом и габаритами магвдтного масо-фильтрг а также сложностью ионного источника, liOTOра   вл етс  следствием критичности пропускной способности магнитных сепараторов к моноэнергетичности пучка. Известные установки включают низковольтный дуговой ионный источник с испарителем вне раэ-. р дной камеры, секционированную ускорительную трубку с делителем напр жени  по секци м и электромагнит-масс-фильтр дл  выделени  нужного массового компонента ионного пучка, потребл к.)щие значительную

моицюсть. и требующие сложных систем питани .

Цель изобретени  - уменьщение энерго потреблени , веса и габаритов и, упрощение конструкции установки.

Дл  этого в предлагаемом устройстве источник ионов выполнен в виде разр дной камеры с осцилл цией электронов в магнитном попе, снабженной экстрактором, хоподными катодами и анодом, изготовленным из рабочего вещества, системы фильтраци  л он ОБ по массе выполнена в виде динам чесхого квадрупольного масо-фильтра, содержащего цилиндрический, электрически соединенный с экстрактором и охватываю щий разр дную камеру экран с эмиссионным отверстием на выходном торце, и четьф одинаковых стержн , симметрично расположенных относительно оси пушки и размещенных внутри экрана между экстрактором и быходным торцом экрана, а в качестве электродов системы ускорени  служат экран

И корпус пушки, ,:..

Применение динамического высокочаототного масс-фильтр.а в сочетании с просты

«йСточВЕком вонов позволило конструктивно объединить 0ТН узлы в единый блок и помео т ть в обошй экран. Выходна  диафрагме акра в I образует с ускор ющим электродом, т оедшенвым с корпусом пушки, удалешлыЁ от плазменной границы ускор ющий промежуток , что-способствует повышению электрической 1фОЧ1 ости последнего.

Предлагаема  ионна  пушка имеет малые габариты   вес, потребл ет сравнительно малую моишость, проста по конструкции и в обслуживании и может работать при вац соких ускор ющих напр жени х без секционировани  ускор ющего промежутка. Ахроматичность высокочастотного квадру польного масо-фильтра, т, е, некритичность его характеристик к энергетическому раз бросу вовов в пучке, допускает работу щэедлагаемого устройства без экстрактора, что еще более упрощает конструкшпо и повышает надежность работы пушки, таккак ликвидируетс  потетщиалькый промежуток вбп а  шшзмы, В ионном источнике ионный пучок фсф1лируетс  в области катодного па- дени  потвааиала. Благодар  Totviy, что высоковольтный квадрупольный масс-фильтр обладает фокусирующим действием дл  ионо основного массивного компонента и деф1 кусирующим дл  прочих компонентов, предлагаемое устройство характеризуетс  большой экономичностью {эабочего вещества и Высокой чистотой ионного пучка нт выходе

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Анод-испаритель .1 -газорозр дной камеры 2 имеет форму полого цилиндра, состои из металла, ьоны которого требуетс  получить , и помешен в магнитное тюле, создаваемое посто нными ферритовыми магнитами 3, Дл  получени  ионов нескольких металлов анод-испаритель изготовл ют в виде соосно ршсположенных кочец из соот ветствуюших металлоВв Катоды 4, одновр& менно  вл ющиес  полюсными наконечниками , закреплены на ыагнитопроводе 5, изготовленном в виде полого цилиндра из магнитом гкого материала. Магнитопровод закреплен на катодном держателе 6, мае- сивном стержне из металла с большой теп лопроводностью, проход щем через проходной изол тор 7. Отвод тепла через катодный держатель обеспечивает стабильную рабочую температуру ферритовых магнитов и наружной поверхности разр дной камеры, К проходному изол ггору крепитс  внешний цкран 8, в котором закреплен экстрактор & и расположены полеобразующие стержни масо-фильтра 10, Все вводы 11 электропитани  проход т внутри экрана к проходному изол тору. Экран  вл етс  общей источников тнггани  разр дов, экстракции и масо-фильтра, кроме того, на него подаетс  ускор ющее напр жение относително корпуса пушки 12, Ускор ющий промежуток 13 образован торцом экрана и диафрагмой корпуса Пушка может работать в без экстрактора.

Чистота фильтраднн ионного пучка завис от числа колебаний, совершаемых ионом во врем  движени  в высокочастотном квадрупольном поле. Таким образом, чистота при заданной энергии ионов повышаетс  с увеличением длины фильтрующего канала, С другой с1-ороны, вследствие расталкивающего действи  пространственного зар да пучка и вли ни  поперечных скоростей ионов токопрохождение дл  основного масса«« вого компонента уменьшаетс  по мере уве личени  длины канала. Следовательно, дл  предлагаемой пушки существует оптимальгное соотношение между величиной максимальной энергии ионов, поступаюших в фильтрующий канал, и reofvieTpH4ecKHMH coj отношени ми между элементами конструкции . При входных услови х, характерных дл  предлагаемой конструкции, оптималь ным  вл етс  отношение длины полеобразу1« ющих стержней к радиусу апертуры масофильтра , равное 4О, при равенстве редиу. сов апертуры и радиуса стержней.

Ионна  пушка работает следующим образом .

После получени  вакуума в объеме nyut киЮ -Ютор между катодами и анодом-испарителем подаетс  посто нное на-пр жение 2-5 кВ, и в камере зажигаетс  высоковольтный разр д, значительна  часть энергии (5О%) которого выдел етс  на аноде, что приводит К; разогреву .последнего до температуры, при которой парциальное давление паров металла составл ет 10 тор. Пары металла ионизируютс  в разр де, и ионы под действием пол  экстрактора извлекаютс  из камеры и поступают в канал масс-фильтра. При отсутст ВИИ экстрактора ионы попадают в фильтрутрщи канал под действие сил электричеокого пол  разр дной камеры. При движении в фильтрующем канале пучок ионов подвергаетс  действию квадрупольного высокочастотного пол  и раздел етс  по массам, Ионы определенной массы,, дл  которых пр данной частоте и амплитуде высокочастот ного пол  а канале масо-фильтра существ ют фокусирующие услови , проход т в вь ходкую диафрагму и в ускор ющем проме. жутке приобретают необходимую энергию. Ионы других масс уход т на стержни или на экран, не достига  ускор ющего промв жутка.