SU805862A1

SU805862A1 - Method of forming ion beam

Info

Publication number: SU805862A1
Application number: SU792721220A
Authority: SU
Inventors: Б.Н. Маков
Original assignee: Предприятие П/Я А-1758
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1982-10-23

Description

1one

Изобретение относитс к области иониых источников, которые могут быть нснользованы дл иолучени интенсивных ионных пучков одно- и многозар дных ионов различных элементов в ускорител х, в установках дл имплантации ионов, инжекции пучков в термо дерные устройства и в целом р де других приложений.The invention relates to the field of ion sources that can be used to obtain the intense ion beams of single and multi-charge ions of various elements in accelerators, in installations for ion implantation, injection of beams into thermo-dimensional devices and in general a number of other applications.

Известны способы получени ионных пучков , но которым ионы извлекают с границы плазмы газового разр да. Дл повышени эффективности ионизации в разр де используют магнитное поле той или иной конфигурации 1.Methods are known for producing ion beams, but by which ions are extracted from a gas discharge plasma boundary. To increase the ionization efficiency in the discharge, a magnetic field of one or another configuration 1 is used.

В извеетных способах невозможно повысить эффективность электростатического извлечени ионов с границы нлазмы, вследствие чего плотность ионного тока ограничена пространственным зар дом пучка.In the known methods, it is impossible to increase the efficiency of electrostatic extraction of ions from the nlasma boundary, as a result of which the ion current density is limited by the spatial charge of the beam.

Ближайшим техническим решением вл етс способ получени пучка ионов из газового разр да, включающий наложение на разр д скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверсти в ограничивающей разр д стенке, формирование и ускорение иучка ионов с помощью электростатической нонно-оитической системы 2.The closest technical solution is a method of obtaining an ion beam from a gas discharge, including applying a crossed magnetic and electric fields to the discharge, extracting ions from the plasma boundary from the hole in the wall limiting the discharge, forming and accelerating the ion source using an electrostatic nono-optical system 2

В известном способе используют магнитное поле, компланарное плоскости извлекающего отверсти и создают, использу известные закономерности разр да в скрещенных Е и // пол х, электрическое иоле, направленное к отверстию. При этом величипу магнитного пол выбирают из услови замагничениости электронов и незамагничениоетн ионов. В этом случае ионы предускор ютс в разр де ио направлению к извлекающему отверстию, что приводит кIn a known method, a magnetic field is coplanar to the plane of the extraction hole and is created using known discharge patterns in crossed E and // fields, an electrical field directed towards the hole. In this case, the magnitude of the magnetic field is chosen from the condition of the magnetization of the electrons and non-magnetic ions. In this case, the ions are accelerated in the discharge direction towards the extraction hole, which leads to

новышению плотности тока.increase current density.

Известный способ обладает недостатком, св занным с тем, что электрическое поле одинаково воздействует на ионы любой массы, образовавшиес в разр де, а повыщение плотности ионного тока ограничено, на практике, порогом распылени стенки с извлекающим отверстием.The known method has the disadvantage that the electric field equally affects the ions of any mass formed in the discharge, and the increase in the ion current density is limited, in practice, by the sputtering threshold of the wall with the extraction hole.

Целью изобретени вл етс повышение плотности тока и улучшение однородностиThe aim of the invention is to increase current density and improve uniformity.

пучка по составу.beam composition.

Эта цель достигаетс тем, что в известном снособе получени пучка ионов из газового разр да, включающем наложение на разр д скрещенных магнитного и электрического нолей, извлечение ионов из отверсти с помощью электростатической ионно-оптической системы, плоскость, образованна векторами напр женности магнитного и электрического полей иараллельна плоскости извлекающего отверсти , направление уг1ом 11утых полей устанавливают пз услови паирав-лепности скорости дрейфа плазмы к отверстию, а величину магнитного пол задают из услови замагниченпости , по крайней мере, одного из ионных компонентов плазмы.This goal is achieved by the fact that in a known method for producing an ion beam from a gas discharge, including applying a crossed magnetic and electric field to the discharge, extracting ions from an orifice using an electrostatic ion-optical system, the plane formed by the magnetic and electric field strength vectors parallel to the plane of the extraction hole, the direction of the angle of the 11th field sets the conditions for the plasma drift velocity to the hole, and the magnitude of the magnetic field is determined from Magnetization of at least one of the ionic components of the plasma.

Кроме того, с целью повышени относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода или его изотопов , напр женность магнитного пол выбирают из услови :In addition, in order to increase the relative proportion of atomic ions in obtaining a beam of hydrogen ions or its isotopes, the strength of the magnetic field is chosen from the condition:

R LIR LI

-, 3 -, 3

где/ , f - лорморовскиеwhere f is the Lormor ones

н 2 3n 2 3

радиусы ионов Н Н Нion radii H N N

соответственно,respectively,

L - наименьший характерныйL - the least characteristic

размер отверсти .hole size.

Сущность изобретени по сн етс чертежом , па котором изображен пример источника ионов, реализующий данный способ. Источник содержит газоразр дную камеру , образованную стенками 1, в передней стенке 2 выполнено извлекающее отверстие , например, в виде щели шириной L. Рабочий газ подаетс через капал 3. Внутри газоразр дной камеры расноложеп электрод 4 (анод). Внешн магнитна система (на чертеже не ноказапа) создает поле /i, компланарное плоскости извлекающего отверсти .The invention is illustrated in the drawing, which shows an example of an ion source that implements this method. The source contains a gas discharge chamber formed by walls 1, and an extraction opening is made in the front wall 2, for example, in the form of a gap width L. The working gas is supplied through a drop 3. The electrode 4 (anode) is located inside the discharge chamber. The external magnetic system (in the drawing is not a knock-out) creates a field / i, coplanar to the plane of the extracting hole.

Способ реализуетс следующим образом .The method is implemented as follows.

Подаетс рабочий газ и подводитс разность потенциалов между анодом 4 и стенками камеры 1. Зажигаетс разр д, в котором электрическое поле ортогонально Я, а плоскость векторов Е, Н параллельна плоскости извлекающего отверсти . Если ири этом величина Я такова, что ионы замагничены (ларморовский радиус ионов меньше поперечного размера источника),то наблюдаетс дрейф плазмы в сторону извлекающего отверсти . Скорость дрейфа определ етс выражением: где В - индукци магнитного пол . Указанна скорость одинакова дл всех частиц в плазме, однако движутс они по разным траектори м в силу различи в 55 ларморовском радиусе частиц: i/i где L/i - скорость частиц поперек магнитного пол , - удельный зар д ионов. В М результате кроме предускорени ионов 55A working gas is supplied and the potential difference between the anode 4 and the walls of chamber 1 is supplied. A discharge is ignited in which the electric field is orthogonal to I and the plane of the vectors E, H is parallel to the plane of the extraction hole. If, in this case, the value of I is such that the ions are magnetized (the Larmor radius of the ions is smaller than the transverse size of the source), then the plasma drifts towards the extraction hole. The drift velocity is determined by the expression: where B is the magnetic field induction. This velocity is the same for all particles in a plasma, but they move along different trajectories due to the difference in the 55 Larmor radius of the particles: i / i where L / i is the velocity of the particles across the magnetic field, is the specific charge of the ions. In M, the result, in addition to pre-acceleration of ions, is 55

4four

можно по данному способу осуществл ть воздействие па зар дн1)1Й состав пучка. Так, при работе lui водороде ii.iii его и:ютопах в н.лазме образуютс ионы тре. ко.мпоненТОБ: Н Н Яд . Устанавлива Я такой, чтобы ларморовский радиус ионов Я+- был бы )ге больше ширины щели L, ларморовские радиусы остальных ионов были бы больше этой величины, можно повысить веро тность выхода ионов Я+ из источника по сравнению с другими ионами.It is possible by this method to carry out the effect of a vapor charge 1) 1H composition of the beam. Thus, when lui is operated by hydrogen ii. Iii its and: utopias, three ions are formed in a n-plasma. comp.TOB: NN Poison. By setting I such that the Larmor radius of the I + - ions would be greater than the width of the slit L, the Larmor radii of the remaining ions would be greater than this value, the probability of the release of I + ions from the source can be increased as compared to other ions.

П)сдложенный способ, таким образом, обеспечивает повышение плотности ионного тока, извлекаемого из источника и улучшение ОлТнородности пучка по составу.O) the developed method, thus, provides an increase in the density of the ion current extracted from the source and an improvement in the OL beam uniformity in composition.

Claims

1. A method of producing an ion beam from a gas discharge, including applying a crossed magnetic and electric fields to the discharge, extracting ions from the plasma boundary from the hole in the discharge-limiting wall, forming and accelerating the ion beam using an electrostatic ion-optical system, excl and with the fact that, in order to increase the current density and improve the uniformity of the beam in composition, the plane formed by the magnetic and electric field strength vectors parallel to the plane extracts its hole and, the direction of the mentioned zeros is determined from the condition of the direction of the plasma drift velocity to the aperture, and the magnitude of the magnetic field is determined from us ;; - in the magnetization of at least one of the ion comnopents of the plasma.

2. Method according to n. 1, characterized in that, in order to increase the relative fraction of atomic ions in obtaining a beam of hydrogen ions or its isotopes, the strength of the magnetic field is chosen from the condition:

—The Lormor ion radii / VNH COOT 2 V is responsible; L is the smallest characteristic size of the extraction hole. Sources of information taken into account in the examination 1.Gabovich MD Physics and technology of plasma ion sources. Atomizdat, 972. 2. Author's certificate of the USSR ° 217539, cl. H 01J 3/04, 1967 (prototype).

four