WO2012042143A1 - Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma - Google Patents

Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma Download PDF

Info

Publication number
WO2012042143A1
WO2012042143A1 PCT/FR2011/052090 FR2011052090W WO2012042143A1 WO 2012042143 A1 WO2012042143 A1 WO 2012042143A1 FR 2011052090 W FR2011052090 W FR 2011052090W WO 2012042143 A1 WO2012042143 A1 WO 2012042143A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma
positive
negative
potentials
plasma beam
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/052090
Other languages
English (en)
Inventor
Ane Aanesland
Pascal Chabert
Michael Irzyk
Stéphane MAZOUFFRE
Original Assignee
Astrium Sas
Ecole Polytechnique
Centre National De La Recherche Scientifique
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 Astrium Sas, Ecole Polytechnique, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Astrium Sas
Priority to EP11773074.7A priority Critical patent/EP2622947B1/fr
Priority to JP2013530777A priority patent/JP5926267B2/ja
Priority to US13/825,913 priority patent/US9398678B2/en
Publication of WO2012042143A1 publication Critical patent/WO2012042143A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0025—Neutralisers, i.e. means for keeping electrical neutrality
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/022—Details
    • H01J27/024—Extraction optics, e.g. grids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54—Plasma accelerators

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for forming a plasma beam.
  • Another method is that which is the subject of WO 2007/06591 and WO 201/060887 and which consists in extracting and accelerating positive ions and negative ions out of a plasma by means of at least two grids respectively negatively polarized and positively and combining the flow of said positive ions and the flow of said negative ions to form an electrically neutral plasma beam.
  • This method has the advantage of an extremely fast recombination of positive ions and negative ions (of the order of 5x10 8 cm 3 / s), especially if they come from the same source, but can be tricky to implement as a result of the simultaneous presence of grids with opposite polarizations.
  • Yet another method is to extract and accelerate the positive ions and the negatively charged particles out of the plasma by subjecting an extraction and acceleration grid to alternately positive and negative polarization potentials.
  • said grid extracts plasma and alternately accelerates the positive particles (that is to say the positive ions) and the negative particles (which may be negative ions or electrons), said positive and negative particles being combined then to neutralize their charges.
  • the quality of electrical neutrality of the plasma beam thus obtained was not optimal.
  • the object of the present invention is to improve this last known method, in order to obtain a better electrical neutrality for the plasma beam.
  • the process for the formation of a plasma beam by extraction and acceleration of electrically charged particles, out of a plasma and using at least one extraction grid and acceleration subjected to alternately positive and negative polarization potentials is remarkable in that:
  • said bias potentials are adjusted so that said plasma beam is at least approximately electrically neutral.
  • the present invention takes advantage of the fact that the number of positive and negative particles extracted and accelerated depends on the duration and amplitude of the positive and negative potentials applied to said extraction and acceleration grid.
  • the duration and / or the amplitude of the positive potentials and / or the negative polarization potentials can be adjusted in real time, for example by analyzing grid currents or by means of an external probe observing said plasma beam.
  • the frequency of the alternation of the positive and negative polarization potentials is advantageous for the frequency of the alternation of the positive and negative polarization potentials to be a radio frequency between a few kHz and a few MHz, that is to say the duration of application of a positive potential or a negative potential on said extraction and acceleration grid is between a few ms and a few s. Indeed, experience has shown that such a frequency favors the combination of positive and negative particles.
  • this alternating sequence of positive and negative polarization potentials is synchronized with the pulsations of the plasma and that the positive ions are extracted from the plasma during the pulsations thereof, while the negative particles are extracted in the intervals between said pulsations.
  • the alternating sequence of positive and negative polarization potentials may have any suitable continuous shape, for example sinusoidal. Preferably, however, it is in the form of a series of steep rectangular slots, in which the rise time is of the order of the transit time of the ions, or faster.
  • the positive and negative potentials used for the polarization of said extraction and acceleration grid amount to several hundred volts, for example 400 volts.
  • the present invention further relates to a device for carrying out the method described above.
  • a device according to the invention which comprises a plasma generator provided with at least one gate for extracting and accelerating electrically charged particles from said plasma, as well as means for electrically biasing said gate, generating alternately positive and negative polarization potentials, is remarkable in that it comprises a sensor delivering a signal representative of the quality of the electrical neutrality of said plasma beam and in that said electric polarization means are controlled by said sensor so that said plasma beam is at least approximately electrically neutral.
  • Such a sensor may be a probe, for example of the induction type, observing said plasma beam or a current detector in a grid of said device.
  • a probe for example of the induction type, observing said plasma beam or a current detector in a grid of said device.
  • downstream of the extraction and polarization grid is disposed at least one further grid grounded or a slightly negative potential;
  • said electric current detector monitors the presence of a possible current in said additional gate.
  • said electric biasing means comprises a MOSFET-type fast switch, alternately switching two opposite polarities.
  • the plasma generator device may furthermore comprise means for synchronizing the electrical polarization means with the pulsations of the plasma.
  • Figure 1 is a block diagram of an exemplary embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 2 is the timing diagram of an example of known electrical polarization applied to the extraction and acceleration grid of the device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is the time diagram of a schematic electrical polarization example according to the present invention, applied to the extraction and acceleration grid of the device of FIG. 1.
  • Figure 4 is a block diagram of an alternative embodiment of the device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a timing diagram schematically illustrating the variable electric polarization applied to the extraction and acceleration grid of the device of FIG. 4.
  • the plasma generator device I comprises a plasma core 1 fed with ionizable gas A2 via a feed 2, said gas A2 being ionized under the action of an electric field.
  • a continuous plasma comprising positive ions A + , negative ions A " and electrons e.
  • the plasma generator device I comprises a grid 4 in contact with the plasma to be able to extract and accelerate the positive ions A + and the negative ions A " of the plasma located in the adjacent zone 5, after elimination of the electrons e " , for example by a magnetic filter 6.
  • a grid 7 Downstream of the extraction and acceleration grid 4 is disposed a grid 7 grounded or a slightly negative potential (for example of the order of - 10V). Between the grids 4 and 7 could be arranged an intermediate grid 8 polarized negatively.
  • the grid 4 could be replaced by an internal electrode in the plasma core 1, the potentials of polarization then being applied to this internal electrode and grids 8 and 7 being used as before.
  • the extraction and acceleration grid 4 is positively and negatively polarized alternately by an electric polarization device 9, comprising, for example, a MOSFET-type fast switch capable of rapidly switching two opposite electrical polarities, without potential overruns. important, "rapidly" meaning of the order of transit time of the ions.
  • a known example of a high-voltage signal B + HT, -HT (for example of the order of 400 V), which can be applied to the gate 4, is represented in the diagram of FIG. 2, which represents the voltage V (ordinates) as a function of time t (on the abscissa).
  • the polarization signal B consists of an alternating series of positive rectangular crenels with steep edges b + (between 0 and + HT) and negative rectangular crenels with steep edges b- (between 0 and -HT).
  • all the positive polarization slots b-i have equal amplitude a and duration d, and the same is true for the negative n-slots, which, moreover, are identical to said positive niches, to the polarity close.
  • the electric polarization device 9 is controllable and is capable of generating a polarization signal B 'consisting of a sequence of positive rectangular b' + and negative b'- amplitude slots. a 'and duration of variables.
  • the device I comprises a probe 1 2, for example of the induction type, capable of detecting an electrical neutrality defect of the beam PB and acting on the controllable electric polarization device 9 so that it varies the amplitude a 'and / or the duration of positive slots b' + and / or negative slots b'-, in order to eliminate this lack of neutrality.
  • the electrical neutrality of the plasma beam PB can be ensured in real time.
  • FIG. 3 shows an exemplary sequence of such slots b '+ and b' of amplitude a 'and of different duration, adapted to the electrical neutralization of the plasma beam PB.
  • the probe 1 2 can be replaced by an electric current detector 1 3, monitoring, for example, the presence of a possible current in the gate 7.
  • the RF ionization electric field is pulsed at a much lower frequency than the ignition frequency and, as is symbolized by the line 10 of FIG. 1, the operation of the electric polarization device 9, that is to say the emission of the polarization signal B ', is synchronized with the said pulsed electric ionization field RF so that the positive ions A + are extracted from the plasma during the pulsations thereof and the negative ions A " are extracted in the intervals between said pulsations, the electrons e " in the zone 5 being rapidly lost during these intervals .
  • the plasma generator device II comprises a plasma core 21 supplied with electropositive gas X by a power supply 22.
  • This electropositive gas X is ionized by a radiofrequency electric field RF schematized at 23 and produces positive ions X + and electrons e " .
  • the charged particles that is to say the positive ions X + and the electrons e " , are extracted and accelerated by a gate 24, in contact with the plasma .
  • a grid (or set of grids) 25 grounded or at a slightly negative potential, cooperates with gate 24.
  • This extraction and acceleration grid 24 is polarized by an electric polarization device 26, of the type of the device 9 described above, able to emit a signal B "consisting of a series of positive b + crenellations and crenellations. negatives b "- of amplitude a" and duration of variables.
  • X + positive ions are extracted and accelerated during positive b + and the e-electrons are extracted and accelerated during negative b-slots.
  • the duration and amplitude of the negative b" - slots are much lower than those of the positive b "+ niches, as illustrated on Figure 5.
  • the device II comprises a probe 27, for example of the induction type (or a detector 28 monitoring the presence of electric current in the gate 25), able to detect a lack of electrical neutrality of the beam PB and to act on the controllable electric polarization device 26 for the latter to vary the amplitude a "and / or the duration of positive slots b" + and / or negative slots b "-, in order to eliminate any lack of electrical neutrality of the plasma beam PB.
  • a probe 27 for example of the induction type (or a detector 28 monitoring the presence of electric current in the gate 25)
  • the controllable electric polarization device 26 for the latter to vary the amplitude a "and / or the duration of positive slots b" + and / or negative slots b "-, in order to eliminate any lack of electrical neutrality of the plasma beam PB.
  • a line 10 can synchronize the signal B "with the pulsed ionisation electric field RF.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la formation d'un faisceau plasma. Selon l'invention: ·on détecte (en 12 et/ou en 13) la qualité de la neutralité électrique dudit faisceau plasma (PB); et ·on règle les potentiels alternés de polarisation de la grille d'extraction et d'accélération (4) de façon que ledit faisceau plasma (PB) soit au moins approximativement électriquement neutre.

Description

Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la formation d'un faisceau plasma.
On sait que certaines techniques, telles que la gravure de dispositifs semi-conducteurs, la propulsion spatiale, la fusion magnétiquement confinée, la biotechnologie, mettent en œuvre des faisceaux plasma électriquement neutres, qui peuvent être obtenus par différentes méthodes.
La méthode la plus connue, mentionnée à titre de technique antérieure dans les documents WO 2004/002201 , WO 2007/06591 5 et WO 201 0/060887, consiste à extraire et à accélérer des ions positifs hors d'un plasma au moyen de grilles polarisées négativement, puis à neutraliser le flux desdits ions positifs ainsi obtenu par un faisceau d'électrons auxiliaire pour former un faisceau plasma électriquement neutre. Bien entendu, cette première méthode présente l'inconvénient de nécessiter une source auxiliaire d'électrons.
Une autre méthode est celle qui fait l'objet des documents WO 2007/06591 5 et WO 201 0/060887 et qui consiste à extraire et à accélérer des ions positifs et des ions négatifs hors d'un plasma au moyen d'au moins deux grilles respectivement polarisées négativement et positivement et à combiner le flux desdits ions positifs et le flux desdits ions négatifs pour former un faisceau plasma électriquement neutre. Cette méthode présente l'avantage d'une recombinaison extrêmement rapide des ions positifs et des ions négatifs (de l'ordre de 5x10 8 cm3/s), surtout si ceux-ci proviennent d'une même source, mais peut être délicate à mettre en œuvre par suite de la présence simultanée de grilles ayant des polarisations opposées. Encore une autre méthode (voir par exemple les documents EP1 220 272 A1 et US 5 1 56 703) consiste à extraire et à accélérer les ions positifs et les particules chargées négativement hors du plasma en soumettant une grille d'extraction et d'accélération à des potentiels de polarisation alternativement positifs et négatifs. Dans cette méthode, ladite grille extrait du plasma et accélère alternativement les particules positives (c'est-à-dire les ions positifs) et les particules négatives (qui peuvent être des ions négatifs ou des électrons), lesdites particules positives et négatives se combinant ensuite pour neutraliser leurs charges. Toutefois, l'expérience a montré que, en pratique, la qualité de neutralité électrique du faisceau plasma ainsi obtenu n'était pas optimale.
L'objet de la présente invention est de perfectionner cette dernière méthode connue, afin d'obtenir une meilleure neutralité électrique pour le faisceau plasma.
A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la formation d'un faisceau plasma par extraction et accélération de particules électriquement chargées, hors d'un plasma et à l'aide d'au moins une grille d'extraction et d'accélération soumise à des potentiels de polarisation alternativement positifs et négatifs, est remarquable en ce que :
on détecte la qualité de la neutralité électrique dudit faisceau plasma ; et
on règle lesdits potentiels de polarisation de façon que ledit faisceau plasma soit au moins approximativement électriquement neutre.
La présente invention met à profit le fait que le nombre des particules positives et négatives extraites et accélérées dépend de la durée et de l'amplitude des potentiels positifs et négatifs appliqués à ladite grille d'extraction et d'accélération. Il en résulte que, par réglage de la durée et/ou de l'amplitude des potentiels positifs et/ou des potentiels négatifs de polarisation, on agit, conformément à l'invention, sur la qualité de la neutralité électrique du faisceau plasma. Un tel réglage peut être réalisé en temps réel, grâce par exemple à l'analyse de courants de grille ou au moyen d'une sonde externe observant ledit faisceau plasma.
Afin d'améliorer encore la qualité de la neutralité électrique du faisceau plasma, il est avantageux que la fréquence de l'alternance des potentiels positifs et négatifs de polarisation soit une radiofréquence comprise entre quelques kHz et quelques MHz, c'est-à-dire que la durée d'application d'un potentiel positif ou d'un potentiel négatif sur ladite grille d'extraction et d'accélération soit comprise entre quelques ms et quelques s. En effet, l'expérience a montré qu'une telle fréquence favorisait la combinaison des particules positives et négatives.
Dans le cas où ledit plasma est puisé, il est également avantageux que cette suite alternée des potentiels positifs et négatifs de polarisation soit synchronisée avec les pulsations du plasma et que les ions positifs soient extraits du plasma pendant les pulsations de celui-ci, alors que les particules négatives sont extraites dans les intervalles entre lesdites pulsations.
La suite alternée des potentiels positifs et négatifs de polarisation peut présenter toute forme continue appropriée, par exemple sinusoïdale. Cependant, de préférence, elle se présente sous la forme d'une suite de créneaux rectangulaires à fronts raides, dans lesquels le temps de montée est de l'ordre du temps de transit des ions, ou plus rapide.
De préférence, les potentiels positifs et négatifs utilisés pour la polarisation de ladite grille d'extraction et d'accélération s'élèvent à plusieurs centaines de volts, par exemple 400 volts. La présente invention concerne de plus un dispositif pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus. Un tel dispositif selon l'invention, qui comporte un générateur de plasma pourvu d'au moins une grille pour l'extraction et l'accélération de particules électriquement chargées hors dudit plasma, ainsi que des moyens de polarisation électrique de ladite grille, engendrant des potentiels de polarisation alternativement positifs et négatifs, est remarquable en ce qu'il comporte un capteur délivrant un signal représentatif de la qualité de la neutralité électrique dudit faisceau plasma et en ce que lesdits moyens de polarisation électrique sont commandés par ledit capteur de façon que ledit faisceau plasma soit au moins approximativement électriquement neutre.
Un tel capteur peut être une sonde, par exemple du type à induction, observant ledit faisceau plasma ou bien un détecteur de courant dans une grille dudit dispositif. A cet effet, il est avantageux que :
en aval de la grille d'extraction et de polarisation soit disposée au moins une grille supplémentaire mise à la masse ou à un potentiel légèrement négatif ; et
ledit détecteur de courant électrique surveille la présence d'un éventuel courant dans ladite grille supplémentaire.
De préférence, lesdits moyens de polarisation électrique comporte un commutateur rapide de type MOSFET, commutant alternativement deux polarités opposées.
Le dispositif à générateur plasma conforme à la présente invention peut comporter de plus des moyens de synchronisation des moyens de polarisation électrique avec les pulsations du plasma.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un exemple de réalisation du dispositif conforme à la présente invention.
La figure 2 est le diagramme temporel d'un exemple de polarisation électrique connue appliquée à la grille d'extraction et d'accélération du dispositif de la figure 1 .
La figure 3 est le diagramme temporel d'un exemple schématique de polarisation électrique conforme à la présente invention, appliquée à la grille d'extraction et d'accélération du dispositif de la figure 1 .
La figure 4 est le schéma synoptique d'une variante de réalisation du dispositif conforme à la présente invention.
La figure 5 est un diagramme temporel illustrant schématiquement la polarisation électrique variable appliquée à la grille d'extraction et d'accélération du dispositif de la figure 4.
Le dispositif à générateur plasma I, conforme à la présente invention et représenté schématiquement sur la figure 1 , comporte un cœur de plasma 1 alimenté en gaz ionisable A2 par une alimentation 2, ledit gaz A2 étant ionisé sous l'action d'un champ électrique continu à radiofréquence RF schématisé en 3. Ainsi, dans le cœur de plasma 1 est engendré un plasma continu comprenant des ions positifs A + , des ions négatifs A" et des électrons e .
Le dispositif à générateur plasma I comporte une grille 4 au contact du plasma pour être apte à extraire et à accélérer les ions positifs A+ et les ions négatifs A" du plasma se trouvant dans la zone adjacente 5, après élimination des électrons e", par exemple par un filtre magnétique 6. En aval de la grille d'extraction et d'accélération 4 est disposée une grille 7 mise à la masse ou à un potentiel légèrement négatif (par exemple de l'ordre de - 10V) . Entre les grilles 4 et 7 pourrait être disposée une grille intermédiaire 8 polarisée négativement. La grille 4 pourrait être remplacée par une électrode interne dans le cœur de plasma 1 , les potentiels de polarisation étant alors appliqués à cette électrode interne et les grilles 8 et 7 étant utilisées comme auparavant.
La grille d'extraction et d'accélération 4 est polarisée alternativement de façon positive et de façon négative par un dispositif de polarisation électrique 9, comprenant par exemple un commutateur rapide de type MOSFET apte à commuter rapidement deux polarités électriques opposées, sans dépassements de potentiel importants, « rapidement » signifiant de l'ordre du temps de transit des ions.
Un exemple connu de signal de polarisation B à haute tension + HT, -HT (par exemple de l'ordre de 400 V), susceptible d'être appliqué à la grille 4, est représenté sur le diagramme de la figure 2, qui représente la tension V (en ordonnées) en fonction du temps t (en abscisses) .
Le signal de polarisation B est constitué d'une suite alternée de créneaux rectangulaires positifs à fronts raides b + (entre 0 et + HT) et de créneaux rectangulaires négatifs à fronts raides b- (entre 0 et -HT) . Dans ce signal de polarisation B, tous les créneaux positifs de polarisation b -i- présentent des amplitudes a et des durées d égales et il en est de même pour les créneaux négatifs b-, qui, par ailleurs, sont identiques auxdits créneaux positifs, à la polarité près.
Si, dans l'hypothèse idéale où le filtre 6 serait parfait, de sorte qu'aucun électron ne se trouverait dans la zone 5 adjacente à la grille d'extraction et d'accélération 4, et où on appliquerait à cette dernière grille le signal de polarisation B :
à l'apparition soudaine d'un créneau positif b -i- sur la grille 4 au contact du plasma de la zone 5, il se formerait une gaine négative qui accélérerait les ions positifs A+ et bloquerait les ions négatifs A" ; inversement, à l'apparition soudaine d'un créneau positif b- sur ladite grille 4, il se formerait une gaine positive qui accélérerait les ions négatifs A" et bloquerait les ions positifs A + . Ainsi, dans cette hypothèse idéale, à la sortie du générateur I apparaîtraient donc alternativement (mais presque simultanément) autant d'ions positifs A+ que d'ions négatifs A", qui se combineraient et formeraient le faisceau plasma PB électriquement neutre.
Toutefois, dans la réalité, pour différentes causes (par exemple du fait que le filtre magnétique 6 n'est pas parfait), des électrons e" se retrouvent dans la zone 5 adjacente à la grille d'extraction et d'accélération 4 et, donc, à la sortie du dispositif à générateur plasma, de sorte que le faisceau plasma PB, résultant de la polarisation de la grille 4 par le signal de polarisation B ne peut être électriquement neutre.
Pour remédier à cet inconvénient, conformément à la présente invention, le dispositif de polarisation électrique 9 est commandable et est apte à engendrer un signal de polarisation B' constitué par une suite de créneaux rectangulaires positifs b' + et négatifs b'- d'amplitude a' et de durée d' variables.
De plus, le dispositif I comporte une sonde 1 2, par exemple du type à induction, apte à détecter un défaut de neutralité électrique du faisceau PB et à agir sur le dispositif de polarisation électrique commandable 9 pour que celui-ci fasse varier l'amplitude a' et/ou la durée d' des créneaux positifs b' + et/ou des créneaux négatifs b'-, afin de faire disparaître ce défaut de neutralité. Ainsi, la neutralité électrique du faisceau plasma PB peut être assurée en temps réel.
Sur la figure 3, on a représenté un exemple de suite de tels créneaux b' + et b'- d'amplitude a' et de durée d' différentes, adaptées à la neutralisation électrique du faisceau plasma PB. En variante, la sonde 1 2 peut être remplacée par un détecteur de courant électrique 1 3, surveillant, par exemple, la présence d'un éventuel courant dans la grille 7.
De plus, afin d'améliorer encore plus la neutralité électrique du faisceau plasma PB, dans le générateur plasma I de la figure 1 , le champ électrique d'ionisation RF est puisé à une fréquence bien plus faible que la fréquence d'allumage et, comme cela est symbolisé par la ligne 10 de la figure 1 , le fonctionnement du dispositif de polarisation électrique 9, c'est- à-dire l'émission du signal de polarisation B', est synchronisé avec ledit champ électrique d'ionisation puisé RF, de façon que les ions positifs A + soient extraits du plasma pendant les pulsations de celui-ci et que les ions négatifs A" soient extraits dans les intervalles entre lesdites pulsations, les électrons e" dans la zone 5 étant rapidement perdus pendant ces intervalles.
Le dispositif à générateur plasma II, conforme à la présente invention et représenté schématiquement sur la figure 4, comporte un cœur de plasma 21 alimenté en gaz électropositif X par une alimentation 22. Ce gaz électropositif X est ionisé par un champ électrique à radiofréquence RF schématisé en 23 et produit des ions positifs X+ et des électrons e". Les particules chargées, c'est-à-dire les ions positifs X+ et les électrons e", sont extraites et accélérées par une grille 24, au contact du plasma. Une grille (ou un jeu de grilles) 25, mise à la masse ou à un potentiel légèrement négatif, coopère avec la grille 24.
Cette grille d'extraction et d'accélération 24 est polarisée par un dispositif de polarisation électrique 26, du type du dispositif 9 décrit ci- dessus, apte à émettre un signal B" constitué par une suite de créneaux positifs b" + et de créneaux négatifs b"- d'amplitude a" et de durée d" variables. De façon semblable à ce qui a été décrit ci-dessus à propos du dispositif I, les ions positifs X+ sont extraits et accélérés pendant les créneaux positifs b" + et les électrons e- sont extraits et accélérés pendant les créneaux négatifs b"-. Etant donné les différences de masse et de mobilité entre les ions positifs X+ et les électrons e", la durée et l'amplitude des créneaux négatifs b"- sont très inférieures à celles des créneaux positifs b" + , comme cela est illustré sur la figure 5.
De plus, le dispositif II comporte une sonde 27, par exemple du type à induction (ou un détecteur 28 surveillant la présence de courant électrique dans la grille 25), apte à détecter un défaut de neutralité électrique du faisceau PB et à agir sur le dispositif de polarisation électrique commandable 26 pour que celui-ci fasse varier l'amplitude a" et/ou la durée d" des créneaux positifs b" + et/ou des créneaux négatifs b"-, afin de faire disparaître tout défaut de neutralité électrique du faisceau plasma PB.
Ainsi, à la sortie du dispositif à générateur plasma II, apparaissent des ions X+ et des électrons e" qui, en se combinant, forment un faisceau plasma PB électriquement neutre, sans l'aide d'une source d'électrons auxiliaire.
Comme décrit précédemment à propos du dispositif à générateur plasma I, une ligne 10 peut assurer la synchronisation du signal B" avec le champ électrique d'ionisation puisé RF.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé pour la formation d'un faisceau plasma (PB) par extraction et accélération de particules électriquement chargées, hors d'un plasma et à l'aide d'au moins une grille d'extraction et d'accélération (4, 24) soumise à des potentiels de polarisation alternativement positifs et négatifs,
caractérisé en ce que :
- on détecte la qualité de la neutralité électrique dudit faisceau plasma (PB) ; et
- on règle lesdits potentiels de polarisation de façon que ledit faisceau plasma (PB) soit au moins approximativement électriquement neutre.
2. Procédé selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que la neutralité électrique dudit faisceau plasma est obtenue au moins en partie par réglage de la durée d'application desdits potentiels positifs et/ou négatifs sur ladite grille d'extraction et d'accélération (4, 24) .
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que la neutralité électrique dudit faisceau plasma est obtenue au moins en partie par réglage de l'amplitude desdits potentiels positifs et/ou négatifs sur ladite grille d'extraction et d'accélération (4, 24) .
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que la fréquence de l'alternance des potentiels positifs et négatifs est une radiofréquence comprise entre quelques KHZ et quelques MHz.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le plasma est puisé, caractérisé en ce que la suite alternée des potentiels positifs et négatifs est synchronisée avec les pulsations du plasma, les ions positifs étant extraits du plasma pendant lesdites pulsations, alors que les particules négatives sont extraites dans les intervalles entre lesdites pulsations.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que la suite alternée des potentiels positifs et négatifs forme une courbe continue.
7. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce ladite courbe continue est formée de créneaux rectangulaires à fronts raides, alternativement positifs et négatifs.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que lesdits potentiels de polarisation sont de l'ordre de 400 volts.
9. Dispositif pour la formation d'un faisceau plasma (PB) comportant un générateur de plasma pourvu d'au moins une grille (4, 24) pour l'extraction et l'accélération de particules électriquement chargées hors dudit plasma, ainsi que des moyens de polarisation électrique (9, 26) de ladite grille, engendrant des potentiels de polarisation alternativement positifs et négatifs,
caractérisé en ce qu'il comporte un capteur ( 1 2, 1 3, 27, 28) délivrant un signal représentatif de la qualité de la neutralité électrique dudit faisceau plasma et en ce que lesdits moyens de polarisation électrique (9, 26) sont commandés par ledit capteur ( 1 2, 1 3, 27, 28) de façon que ledit faisceau plasma (PB) soit au moins approximativement électriquement neutre.
10. Dispositif selon la revendication 9,
caractérisé en ce que ledit capteur est une sonde à induction ( 1 2, 27) apte à détecter un défaut de neutralité électrique dudit faisceau plasma (PB) .
1 1 . Dispositif selon la revendication 9,
caractérisé en ce que : - en aval de la grille d'extraction et de polarisation (4, 24) est disposée au moins une grille supplémentaire (7, 25) mise à la masse ou à un potentiel légèrement négatif ; et
- ledit capteur est un détecteur de courant électrique ( 1 3, 28) surveillant la présence d'un éventuel courant dans ladite grille supplémentaire (7, 25) .
1 2. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 1 1 ,
caractérisé en ce que lesdits moyens de polarisation électrique (9, 26) comportent un commutateur rapide de type MOSFET.
1 3. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 1 2, dans lequel le plasma est puisé,
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 10) de synchronisation desdits moyens de polarisation électrique (9, 26) avec les pulsations dudit plasma.
14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 1 3,
caractérisé en ce lesdits moyens de polarisation électrique (9, 26) délivrent des potentiels positifs et négatifs de l'ordre de 400 volts.
PCT/FR2011/052090 2010-09-30 2011-09-14 Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma WO2012042143A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11773074.7A EP2622947B1 (fr) 2010-09-30 2011-09-14 Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma neutre
JP2013530777A JP5926267B2 (ja) 2010-09-30 2011-09-14 プラズマビームを形成するための方法及び装置
US13/825,913 US9398678B2 (en) 2010-09-30 2011-09-14 Method and device for forming a plasma beam

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1057890 2010-09-30
FR1057890A FR2965697B1 (fr) 2010-09-30 2010-09-30 Procede et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012042143A1 true WO2012042143A1 (fr) 2012-04-05

Family

ID=43920129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2011/052090 WO2012042143A1 (fr) 2010-09-30 2011-09-14 Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9398678B2 (fr)
EP (1) EP2622947B1 (fr)
JP (1) JP5926267B2 (fr)
FR (1) FR2965697B1 (fr)
WO (1) WO2012042143A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013217059B3 (de) * 2013-08-27 2014-11-20 Pascal Koch Elektrisches Triebwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2015159208A1 (fr) 2014-04-17 2015-10-22 Ecole Polytechnique Dispositif de formation d'un faisceau quasi-neutre de particules de charges opposees
CN111526654A (zh) * 2020-05-09 2020-08-11 航宇动力技术(深圳)有限公司 一种准中性等离子体束流引出装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3046520B1 (fr) 2015-12-30 2018-06-22 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Systeme de generation de faisceau plasma a derive d'electrons fermee et propulseur comprenant un tel systeme
JP7186234B2 (ja) * 2018-02-07 2022-12-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 堆積装置、フレキシブル基板をコーティングする方法、及びコーティングを有するフレキシブル基板
GB2599933B (en) * 2020-10-15 2023-02-22 Iceye Oy Spacecraft propulsion system and method of operation

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156703A (en) 1987-03-18 1992-10-20 Hans Oechsner Mthod for the surface treatment of semiconductors by particle bombardment
EP1220272A1 (fr) 1999-07-14 2002-07-03 Ebara Corporation Source de faisceaux
WO2004002201A1 (fr) 2002-06-19 2003-12-31 The Australian National University Generateur de faisceau de plasma
WO2005003717A2 (fr) * 2002-11-12 2005-01-13 California Institute Of Technology Systeme detecteur chimique
US20060019477A1 (en) * 2004-07-20 2006-01-26 Hiroji Hanawa Plasma immersion ion implantation reactor having an ion shower grid
EP1672966A2 (fr) * 2004-12-20 2006-06-21 Lockheed Martin Corporation Systèmes et procédés à jet de plasma
WO2007065915A1 (fr) 2005-12-07 2007-06-14 Ecole Polytechnique Propulseur a plasma electronegatif
WO2010060887A1 (fr) 2008-11-28 2010-06-03 Ecole Polytechnique Propulseur a plasma electronegatif a injection optimisee

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01100923A (ja) * 1987-10-14 1989-04-19 Hitachi Ltd イオン処理装置
US5192393A (en) * 1989-05-24 1993-03-09 Hitachi, Ltd. Method for growing thin film by beam deposition and apparatus for practicing the same
JPH11298303A (ja) * 1998-03-16 1999-10-29 Hitachi Ltd パルスバイアス電源装置
JP2002289585A (ja) * 2001-03-26 2002-10-04 Ebara Corp 中性粒子ビーム処理装置
JP4073174B2 (ja) * 2001-03-26 2008-04-09 株式会社荏原製作所 中性粒子ビーム処理装置
JP4073204B2 (ja) * 2001-11-19 2008-04-09 株式会社荏原製作所 エッチング方法
JP2006049817A (ja) * 2004-07-07 2006-02-16 Showa Denko Kk プラズマ処理方法およびプラズマエッチング方法
KR100653073B1 (ko) * 2005-09-28 2006-12-01 삼성전자주식회사 기판처리장치와 기판처리방법
JP2007204324A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Tokyo Denpa Co Ltd 高純度酸化亜鉛単結晶の製造方法および高純度酸化亜鉛単結晶

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156703A (en) 1987-03-18 1992-10-20 Hans Oechsner Mthod for the surface treatment of semiconductors by particle bombardment
EP1220272A1 (fr) 1999-07-14 2002-07-03 Ebara Corporation Source de faisceaux
WO2004002201A1 (fr) 2002-06-19 2003-12-31 The Australian National University Generateur de faisceau de plasma
WO2005003717A2 (fr) * 2002-11-12 2005-01-13 California Institute Of Technology Systeme detecteur chimique
US20060019477A1 (en) * 2004-07-20 2006-01-26 Hiroji Hanawa Plasma immersion ion implantation reactor having an ion shower grid
EP1672966A2 (fr) * 2004-12-20 2006-06-21 Lockheed Martin Corporation Systèmes et procédés à jet de plasma
WO2007065915A1 (fr) 2005-12-07 2007-06-14 Ecole Polytechnique Propulseur a plasma electronegatif
WO2010060887A1 (fr) 2008-11-28 2010-06-03 Ecole Polytechnique Propulseur a plasma electronegatif a injection optimisee

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013217059B3 (de) * 2013-08-27 2014-11-20 Pascal Koch Elektrisches Triebwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2015159208A1 (fr) 2014-04-17 2015-10-22 Ecole Polytechnique Dispositif de formation d'un faisceau quasi-neutre de particules de charges opposees
CN111526654A (zh) * 2020-05-09 2020-08-11 航宇动力技术(深圳)有限公司 一种准中性等离子体束流引出装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2622947B1 (fr) 2014-11-12
FR2965697B1 (fr) 2014-01-03
US20130300288A1 (en) 2013-11-14
EP2622947A1 (fr) 2013-08-07
JP5926267B2 (ja) 2016-05-25
US9398678B2 (en) 2016-07-19
FR2965697A1 (fr) 2012-04-06
JP2013539185A (ja) 2013-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2622947B1 (fr) Procédé et dispositif pour la formation d'un faisceau plasma neutre
CA2318586C (fr) Spectrometrie de masse depuis des surfaces
CN102939638B (zh) 开口阱质谱仪
JP4664315B2 (ja) イオントラップ及びイオントラップ内のイオン開裂方法
EP3146204B1 (fr) Dispositif de formation d'un faisceau quasi-neutre de particules de charges opposees
US6455845B1 (en) Ion packet generation for mass spectrometer
FR2531570A1 (fr) Source d'ions negatifs et procede utilisant cette source pour reduire des electrons non voulus d'un flux de sortie
US8461554B1 (en) Apparatus and method for charge neutralization during processing of a workpiece
EP1676290A1 (fr) Canon a electrons a anode focalisante, formant une fenetre de ce canon, application a l' irradiation et a la sterilisation
FR2726729A1 (fr) Dispositif de production d'un plasma permettant une dissociation entre les zones de propagation et d'absorption des micro-ondes
TW201442077A (zh) 用於處理基底的系統與方法
EP0155875A1 (fr) Dispositif de production d'ions d'une espèce déterminée utilisant pour les séparer d'autres ions, une sélection en énergie, application à l'implantation ionique
EP0184475B1 (fr) Procédé et dispositif d'allumage d'une source d'ions hyperfréquence
EP0064003B1 (fr) Dispositif de traitement d'un échantillon par faisceau électronique impulsionnel
FR2472830A1 (fr) Dispositif de commande de conduction electrique en mode a champs croises en plasma
Goltsov et al. Is efficiency of gain generation in Li III 13.5-nm laser with 0.25-/spl mu/m subpicosecond pulses the same as with 1/spl mu/m?
FR2624319A1 (fr) Dispositifs de protection contre la foudre a emission ionique
JP5333072B2 (ja) イオントラップ装置
Milosavljević et al. Gas-phase spectroscopy of a protein
WO2017115023A1 (fr) Système de génération de faisceau plasma à dérive d'électrons fermée et propulseur comprenant un tel système
FR2999796A1 (fr) Dispositif d'optique electronique
JP2019021550A (ja) イオン化装置及びそれを用いた質量分析装置
CA3029365A1 (fr) Dispositif d'amplification de puissance
CN115989558A (zh) 电子激活的解离设备和方法中内部碎裂的减少
Lehr et al. Emergence of the Positive Column in an Atmospheric Air Discharge

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11773074

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011773074

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013530777

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13825913

Country of ref document: US