Источник ионов

 

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий газоразрядную каиеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повы .9 шения КПД источника и устойчивости работы, введена магнитная система создания продольного магнитного поля , газоразрядная камера и контрагирующая диафрагма .выполнены из ди-. электрического материала, а анод в виде полого тора. с отверстиями 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 я тем,что,с целью повышения коэффициента ионизации рабочего газа, магнитная система выполнена в виде основного соленоида, установленного (Л на газоразрядной камере, и дополнительного соленоида меньшего, чем основной , диаметра, установленного за анодом. 10 4i СП 00 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (5 () Н 01 J 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2! ) 3673294/24-25 (22) 19. 12.83 (46) 15.03.85. Вюл. У 10 (72) А.В.. Трофимов и В.M. Чутко (53) 621.385(088.8)

{56) 1. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. Атомиздат, 1972, с. 78.

2. Авторское свидетельство СССР

9 258476, кл. Н 01 J .37/08, 1968 (прототип). (54)(57) 1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий. газоразрядную камеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего газа, о т л и ч а-. ю шийся тем, что, с целью повыВ

„„SU„„1145383 А шения КПД источника и устойчивости работы, введена магнитная система создания продольного магнитного поля, газоразрядная камера и контрагирующая диафрагма выполнены из ди-. электрического материала, а анад— в виде полого тора.с отверстиями в стенке, оси которых направлены иаЪ встречу друг другу, при этом полость анода соединена с системой подачи рабочего газа.

2. Источник по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения ко эффициента ионизации рабочего газа, магнитная система выполнена в виде основного соленоида, установленного на газоразрядной камере, и дополнительного соленоида меньшего, чем основной, диаметра, установленного эа анодом.

1145383

Устройство относится к ионным источникам, вакуумной плазменной технологии, корпускулярной диагностики и может использоваться для травления поверхностей и ионной имплан\

l тации.

Известен ионный источник, содержащий ускорительные сетчатые электроды, горячий катод. Источник работает в диапазоне энергий от нескольких килоэлектровольт и выше.

Ускорение ионов производится между сетчатыми ускорительными электродами, а приготовление плазмы (ионов) осуществляется. путем зажигания вспомогательного дугового разряда при наличии горячего катода (1) .

Недостатками такого источника являются сложность конструкции и энергопитания, большие габариты, высокий нижний предел энергии ионов, непригодный во.многих случаях для плазменной технологии. Нанболее близким техническим решением к изобретению является источник ионов, содержащий гаэоразрядную камеру, в которой установлены анод, контрагирующая диафрагма и плоский катод с эмиссионным отверстием, а также систему подачи рабочего га.за (21 .

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 ИЩ и устойчивости работы..

Цель достигается тем, что в источнике ионов, содержащем газораэрядную 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

55 стенке, оси которых направлены навстречу друг к другу, при этом полость соединена с системой подачи рабочего газа.

Кроме того, магнитная система может ать 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

1 на гаэоразрядной 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 напряжения возникает разряд. Под действием электрического поля происходит движение заряженных частиц, Движение электронов и ионов в различных частях газоразрядной камеры 1 различно. В прикатодной области электрон, эмиттированный катодом,2, движется вдоль магнитной силовой линии и достигает прианодной полости, которую можно назвать ионизационной. Здесь он по" падает в область действия скрещенйых магнитного и электрического полей и совершает сложное движение на пути к аноду S вызывая ионизацию рабочего rasa, вытекающего из отверстий 6 в аноде S. Образовавшийся ион движется в радиальном направлении к оси источника, где подхватывается продольным электрическим по1145383

Составитель В. Обухов

Редактор N. Недолуженко Техред З,Палий Корректор В. Гирняк

Заказ 1179/38 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

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

В экспериментах был испытан источник диаметром 60 мм в диапазоне

0,5-2 кВ, работающий ня аргоне. При потребляемой мощности 50 Вт ионный ток составил 200 мкА при плотности тока 1 мА/ем . Исследование вольтамперных характеристик показало, что источник устойчив6 работает в указанном диапазоне напряжений при расходах газа 0,1-0,3 см /с.

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

Предлагаемое устройство позволя1н .ет повысить плотность ионного тока в 23 раза и тем самым повысить КПД источника, расширить диапазон устойчивой работы-по напряжению до

0,5 кэВ. Конструкция источника ц проста.

Нри использовании источника для травления стекол быпи получены приеипимые для практики скорости травления.