Источник ионов

 

Изобретение относится к физики заряженных частиц и может быть использовано как источник частиц при легировании и ионной имплантации полупроводников и других материалов. Целью изобретения является увеличение времени непрерывной работы и повышение надежности. Источник ионов содержит анод в виде цилиндра с проточенной полостью для водяного охлаждения . В отверстие, расположенное в центре анода 1, вставлен экспандер, выполненный в виде конуса с углом при вершине О. Внутри конуса выто-. чена цилиндрическая полость заполнения плазмы. Промежуточный электрод 4 оканчивается полюсами с каналом по оси разряда. В полости промежуточного электрода установлен узел испарителя с«набором тепловых экранов. Узел испарителя содержит рабочее вещество В виде тигля. Внутри тигля 8 размещен катод, состоящий из изготовленного из материала тигля цилиндра и диска, закрепленного на торце цилиндра и выполненного из высокотемпературного эмиссионного материала Катод укреплен на траверсе, выполненной с возможностью вертикального перемещения . Промежуточный электрод совместно с узлом испарителя помещен в водоохлаждаемый корпус, на который надета катушка 0-образного магнита. Магнитный поток от катушки замыкается с .помощью внешнего магнитопровода. В экстракторе со стороны, противопот ложной аноду, установлен кольцевой термокатод 17. Экстрактор отделен от анода высоковольтным изолятором. Траверса катода введена в камеру через изолятор.. Вертикальное перемещение траверсы с катодом производится через сильфои. 1 ил. с (Л со СП о: 00 о:

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н О1 J 37/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 15.02.93. Вюл. 1п 6 (21) 3925265/25 (22) 08.07.85 (72) Э.Ф.Чайковский, В.М.Пузиков, А.В.Семенов н Г.К.Трубаев (56) Заявка Японии В 52-12699, кл. Н Ol J 37/08,.1977.

Авторское свидетельство СССР

М 993762, кл. Н Ol J 27/10, 1980. (54) ИСТОЧНИК ИОНОВ (57) Изобретение относится к физике заряженных частиц и может быть использовано как источник частиц при легировании и ионной имплантации полупроводников и других материалов.

Целью изобретения является увеличение времени непрерывной работы и повьппение надежности. Источник ионов содержит анод в виде цилиндра с проточенной полостью для водяного охлаждения. В отверстие, расположенное в центре анода 1, вставлен экспандер, выполненный в виде конуса с углом при вершине 90 . Внутри конуса выто- . чена цилиндрическая полость заполнения плазмы. Промежуточный электрод 0

„„SU„„! 356874 А 1 оканчивается полюсами с каналом по осН разряда. В полости промежуточного электрода установлен узел испарнтеля с -набором тепловых экранов.

Узел испарнтеля содержит рабочее вещество в виде тигля. Внутри тигля 8 размещен катод, состоящий иэ изготовленного иэ магериала тигля цилиндра и диска, закрепленного на торце цилиндра и выполненного из высокотемпературного эмиссионного материала

Катод укреплен на траверсе, выполненной с возможностью вертикального перемещения. Промежуточный электрод совместно с узлом испарителя помещен в водоохлаждаемый корпус, на который надета катушка О-образного магнита.

Магнитный поток от катушки замыкается с .помощью внешнего магнитопровода.

Ь экстракторе со стороны, противоположной аноду, установлен кольцевой термокатод 17. Экстрактор отделен от анода высоковольтным изолятором. Траверса катода введена в камеру через СА,1 изолятор.. Вертикальное перемещение д траверсы с катодом производится через сильфон. l ил.

1 1356

Изобретение относится к источникам ионных пучков типа дуоплазмотрон и может быть использовано как источник частиц при легиронании и нонной имплантации полупроводников и других материалон, при получении различных типов пленочных материалов (диэлектрических, полупронодниковь х, металлических).

Целью изобретения являет"я увеличение времени непрерывной работы и повышение надежности.

На чертеже представлен источник ионов.

Источник ионов содержит анод 1, изготовленный из стали СТ-3 в виде цилиндра с проточенной полостью 2 для водяного охлаждения. В отверстие диаметром 16 мм, выполненное в центре анода 1, вставлен экспандер 3, выполненный в ниде конуса из тантала о

ТВЧ с углом при вершине 90.. Внутри конуса выточена цилиндрическая полость заполнения плазмы (диаметром !

О мм) ° Диаметр отверстия при вершине конуса 1,5-2 мм. Промежуточный электрод 4 изготовлен из стали СТ-3 и оканчивается полюсами с каналом по оси разряда (диаметром 14 и длиной

5 мм). В полости промежуточного электрода 4 устанонлен заключенный в молибденовый корпус 5 узел испарителя, содержащий испаритель 6 с набором тепловых экранов 7, находящихся в контакте между собой и электрически соединяющих промежуточный электрод

4 и анод l. Узел испарителя также содержит устройстно ввода рабочего вещества в виде тигля 8 с толщиной стенок 5 мм из графита с коническим корпусом и каналом, выполненным в его нерпйне (диаметром 3 мм), и плотно прилегающего к внутренней поверхности испарителя 6, внутри тигля 8 размещен катод 9, состоящий из цилиндра

lO (диаметром 7 и высотой 20 мм), изготовленного иэ графита, и диска 1i, укрепленного на торце цилиндра

10 и выполненного из тантала (диаметром 5 и высотой 2 мм). Диаметр диска должен быть меньше. диаметра цилиндра для обеспечения воозможности поджига вакуумной дуги между графитовой частью катода и графитовым тиглем. Высота его должна быть такой; чтобы обеспечивать легкость нагрева до температур эмиссии электронов и в тб же время достаточную механическую проч874 ? ность. Катод 9 укреплен на траверсе

l2, ныполненной с возможностью вертикального перемещения траверсы !2, В к является также токонводом катода 9.

Узел испарителя с перечисленными элементами выполнен как единый узел.

Промежуточный электрод 4 совместно с узлом испарителя помещают в водоохлаждаемь и корпус 13 из стали X18HIOT, на который надета катушка 14 соленоида 0-образного магнита.

Магнитный поток от катушки !4 замыI

15 кается с помощью внешнего магнитопровода 15, изготовленного в виде набора пластинок из железа армко, которые изолированы от анода 1 с помощью фторопластовых пластинок (не

20 приведены). Экстрактор 16 изготовлен из меди н виде конусообразного элеко трода с углом при вершине 1!0 и отверстием диаметром IO мм °

Экстрактор 16 отделен от анода 1

25 накуумным промежутком 5 мм. В экстракторе 16 со стороны, противоположной аноду 1, установлен кольцевой термокатод 17, расположенный так, что фокус змиттируемого им электронЗО ного луча совпадает с выходом канала в корпусе тигля 8, обращенным к аноду I. Экстрактор 16 отделен от анода

1 высоковольтным керамическим изолятором !8. На верхнем фланце источниЗБ ка ионов установлена вакуумная камера 19. Молибденовая траверса 12 катода 9 введена в камеру 19 через керамический изолятор 20, необходимый для обеспечения подключения злектро- . о

40 питания к траверсе 12 и уменьшения теплоотвода от катоца 9. Вертикальное перемещение траверсы !2 с, катодом 9 производится через сильфон 21.

Перед запуском источника установка, 45 в которой он работает, откачинается средствами вакуумной откачки до дант -6 ления 5.1(T — 10 мм рт.ст. Между катодом 9 и промежуточным электродом

4 прикладывается напряжение 30 B.

5О Промежуточный электрод 4, корпус узла 5 испарителя, испаритель 6, набор тепловых экранон и графитный тигель

8 находятся под одинаковыми напряжениями. Напряжение к катоду 9 подво 5 дится через траверсу 12, отделенную от корпуса с помощью керамического изолятора 20. Посредством снльфона

21 путем вертикального перемещения траверсы 12 с катодом 9 между графи6874

l6, Источник ионов, нахоцяшпйся в процессе работы под высоким напряжением, отделен от остально" части ус.5 тановкн керамическим изолятором IS.

По мере работы источника канал промежуточного электрода 4 может зарастать рабочим веществом вследствие конденсации паров углерода. Для npomrгания до требуемоro диаметра используется кольцевой термокатод 17, пучок электронов с которого фокусируется на выходе промежуточного электрода. По мере необходимости включа15 ется ток накала термокатода 17 и ( зииттируемые им электроны под действием высокого (20-25 кВ) напряжения прожигают канал промежуточного электрода 4. го 1

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение надежности и увеличение длительности непрерывной работы источника ионов за счет механической прочности и жесткости конструкции катода, а также снижает количество потребляемой электроэнергии за счет уменьшения на 30Х потребляемой мощности во время запуска источника и

30 обеспечивает большую концентрацию плазмы в канале промежуточного электрода, так как плазменный столб располагается вдоль цилиндрической оси электродов.

Фо.рмула

Источник ионов, содержащий анод с коническим экспандером, промежуточ4р ный электрод с полостью, в которой расположено устройство ввода рабочего вещества в виде тигля с коническим корпусом и каналом, выполненным в его вершине, катод, расположенный

45 в полости тигля, и экстрактор с отверстием; в котором со стороны, противоположной аноду, установлен кольцевой термокатод, расположенный так, что фокус эмиттируемого им электрон50 ного луча совпадает с выходом канала в корпусе тигля, обращенным к аноду, а между коническим корпусом тигля и экспандером анода установлена система экранов, находящихся в контакте

55 Meæäó собой, электрически соединяюФ . щая промежуточный электрод и анод, о т л М ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения времени непрерывной работы и повышения онадежности, з

135 товым цилиндром IO и тиглем S с помощью короткого (0,5 с) их соприкосновения возбуждается вакуумная дуга (20В, 20А).

После возбуждения вакуумной дуги катод отводится от тигля 8 на расстояние 2-3 мм. В процессе стационарного вакуумного разряда происходит эррозия графитовой части катода 9, а также нагрев ка;ода 9 и анода I, в результате чего давление паров углерода в тигле 8 повышается. Вода, циркулирующая в полости 2 анода 1, предотвращает черезмерный перегрев анода 1. При достижении температурой катода 9 температуры, достаточной . для эмиссии электронов из танталового диска II (Т = 2000 К), происходит дополнительная ионизация пара углерода. В результате разогрева катода 9 . область вакуумного разряда распространяется от катодного пятна по всей площади катода 9. При достижении давления паров углерода в графитовом

-2 -з тигле 8.10 — 10 мм рт.ст. режим работы из вакуумного разряда переводится в дуговой в парах углерода (50 В, 8-9А). Одновременно с этим дуга путем приложения напряжения метод катодом 9 и анодом 1 перебрасывается на анод I.

В дальнейшем нагрев тигля 8 и катода 9 производится за счет самой дуги. Включением тока через катушку 14 соленоида производится магнитное сжатие плазмы разряда в канале промежуточного электрода 4. Для достижения необходимой величины магнитного поля (1000 Э) используется внешний магнитопровод 15. При работе источника температура в камере графитового тигля 8 достигается 3000 С. Поэтому графитовый тигель с испарителем помеща-. ют в систему тепловых экранов 7. Тепловые экраны 7 в свою очередь помещают в молибденовый корпус 5, стенки которого плотно прилегают к стенкам водоохлаждаемого корпуса 13. Плазма разряда через канал промежуточного электрода 4 проникает в полость экспандера 3. Извлечение ионного пучка с поверхности плазмы, заполняющей полость экспандера 3, осуществляется с помощью квазипирсовой системы электродов, образуемой тыльной частью анода 1 и экстрактором 16 путем прикладывания высокого (20-25 кВ) напряжения между анодом 1 и экстрактором изобретения

l 3i6874

6 кат д BblTloltHpH в виде цилиндра. иэ ма- реипен диск иэ выс котемперлтурного териала тигля, на торце которого эак- эмиссионного материала.

Составитель К. Вершков

Редактор Т.Лошкарева Техред М.Ходаиич Корректор И. Эрдейи

Заказ 1096

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ССС1? по делам иэобретений и открытий !

13035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4