Источник ионов

 

Изобретение относится к ионным источникам и может найти применение в радиационной физике для модификации физико-хпмических свойств материалов методом ионной имплантации. Цель изобретения - повьпаение эффективности источника за счет управления химическим составом пучка ускоренных ионов. Торцовая поверхность катода сформирована из отдельных элементов, выполненных из различных материалов: напротив каждого элемента расположен соответствующий коммутирующий электрод,, отделенный от катода кольцевым изолято ром, причем расстояние d от места положения коммутирующего электрода до ближайшего края соответствующего элемента удовлетворяет условию , где V - скорость перемещения катодного пятна, по поверхности электрода, С - длительность разрядного импульса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН (191 1111 (51)5 H 01 J 3 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. В»

1(46) 30. 09. 90. Бюл. Р 36 (21) 4067391/31-25 (22) 07.04 ° 86 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) Н.М.Арзубов, В.А.Ваулин, Г,П.Исаев, А.И.Рябчиков, В.М.Хлоповских и А.Л.Ыипилов (53) 533.9(088.8) (56) Дороднов А.М. Технологические плазменные ускорители. МТФ, 1978, т. 48, в. 9, с. 1858-1870.

Авторское свидетельство СССР

9 1267818, кл. Н 01 J 3/04, 1983.. (54) ИСТОЧНИК ИОНОВ (57) Изобретение относится к ионным источникам и может найти применение в радиационной физике для модификации физико-хнмических свойств материалов методом ионной имплантации. Цель изобретения — повьппение эффективности источника за счет управления химическим составом пучка ускоренных ионов.

Торцовая поверхность катода еформирована из отдельных элементов, выполненных из различных материалов: напротив каждого элемента расположен соответствующий коммутирующий электрод,. отделенный от катода кольцевым изолято ром, причем расстояние d от места рас положения коммутирующего электрода до ближайшего края соответствующего элемента удовлетворяет условию д>ЧГ, где

Ч - скорость перемещения катодного пятна. по поверхности электрода, 3 длительность разрядного импульса.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1395024 устройство может найти применение р радиационной физике, для модификации физико-химических свойств полу.проводников, диэлектриков, металлов и сплавов методом ионной имплантации.

Цель изобретения — управление составом ионного потока.

На фиг. 1 изображена конструкция источника ионов; на фиг. 2 — рабочая

1 поверхность катода с поджигающими электродами в плане.

Источник ионов содержит катод анод 2, диэлектрическое кольцо 3, мелконструктурную сетку 4, дополнительные элементы 5, ускоряющий электрод 6, источнчк 7 питания основного разряда, высоковольтный источник 8 ускоряющего напряжения, поджигающие электроды 9, емкостной накопитель 10, резистор 11, 20 блок 12 питания и коммутации поджигающего импульса.

Источник установлен в вакуумном объеме с давлением Р е 10 мм рт.ст. и содержит цилиндрический катод 1, 25 коаксиально с ним расположенный анод 2, Высоковольтный источник 8 ускоряющего напряжения включен между анодом 2 и ускоряюшим электродрм 6.

Источник 7 питания основного разряда включен параллельно емкостному накопителю 10 и электрически соединен с одной стороны с анодом 2, а с другой стороны через резистор 11 и блок 12 питания и коммутации поджигающего импульса — с катодом 1.

Рабочая поверхность катода 1 сформирована из отдельных дополнительных элементов 5, выполненных иэ различных материалов, Дополнительные элементы 5 представляют собой пластины, например, в виде общих частей. кругов радиусами

К и r, причем центра круга радиусом r находится на окружности радиусом R.

Напротив точки элемента 5, совпадающей с центром окружности радиусом К, расположены поджигающие электроды 9, каждый из которых электрически соеди. нен с блоком 12 питания и коммутации поджигающих импульсов. Диэлектрическое кольцо 3 электрически разделяет поджигающие электроды 9 и катод 1, Торцовая поверхность анода 2 закрыта мелкоструктурной сеткой 4.

Источник ионов работает следующим 55 образом. При подаче с блока питания и.коммутации на электрод 9 поджигающего импульса длительностью - 1-10 мкс и амплитудой 2-5 кВ по поверхности диэлектрического кольца 3 происходит пробой промежутка между поджйгающим электродом 9 и дополнительным элементом 5, расположенным напротив него.

Образовавшаяся после пробоя плазма после расширения создает дуговой разряд между данным дополнительным элементом 5 и анодом 2 за счет энергии, запасенной, например, в емкостном накопителе 1ф. В этом случае амплитуда тока разряда определяется величиной зарядного напряжения и значением сопротивления резистора Rp 11.

Длительность формируемого импульса ионного пучка определяется длительностью разряда между анодом 2 и дополнительным элементом 5:о =R С.

Плазма, образующаяся эа счет дугового разряда, при расширении выходит через мелкоструктурную сетку 4 в уско" ряющий зазор, образованный сеткой 4 и ускоряющим электродом 6. Под действием электрического поля, создаваемого высоковольтным источником 8 ускоряющего напряжения, осуществляется ускорение ионов иэ плазмы. Сетка 4 формиI рует плазменную границу, с которой отбирается .ток. Источником плазмы является катодное пятно, образованное на дополнительном элементе 5. Во время горения дугового разряда гатодное пятно перемещается по поверхности дополнительного элемента 5 со скоростью Ч, слабо зависящей от вида материала катода. Таким образом, за время горения дуги катодное пятно перемещается на расстояние 1=V E. Поэто.,му чтобы катодное пятно эа время горения дуги не успевало перемещаться за пределы рабочей поверхности дополнительного элемента 5, выполненного из определенного материала, и тем самым исключалась воэможность генерации плазмы нежелательных со" седних материалов катода 1 и других дополнительных элементов.5, расстояние d от точки возникновения катод" ного пятна в любую сторону дополнительного элемента 5 должно удовлетворять условию й» 1.

Обеспечивая с помощью блока 12 питания и коммутации поджигающего импульса поочередную подачу поджигающих импульсов на различные поджигающие электроды 9, последовательно формируют катодные пятна и соответственно генерируют плазму из различных

3 13950 материалов дополнительных элементов 5, что обеспечивает формирование управ.ляемого -no элементному составу пучка ускоренных ионов.

Формула изобретения

1. Источник ионов, содержащий цилиндрический комбинированный катод, сформированный из отдельных элементов разного химического состава, коаксиально с ним расположенный анод, поджигающий электрод, источник ускоряющего напряжения, источник питания раз-15 ряда, блок питания и коммутации поджигающего электрода, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью управления составом ионного потока, введеУ ны дополнительные поджигающие элект" роды, установленные в плоскости торцовой поверхности катода напротив

24

4 соответствующих элементов, прилегающих к общей. цилиндрической образующей катода, и отделенные от катода кольцевым изолятором, причем расстояние d вдоль торцовой, поверхности катода от точки, лежащей на цилиндрической образующей катода напротив любого из поджигающих электродов, до ближайшего края соответствующего элемента удовлетворяет условию d3» V i, где Vскорость перемещения. катодного пятна,.

- длительность импульса основного разряда.

2. Источник ионов по и. 1, о г - . л и ч а ю шийся тем, что,отдельные элементы разного химического состава имеют рабоче поверхность в форме части круга радиусом r, центр которого расположен на цилиндрической .образующей катода напротив соот" ветствующего доджигающего электрода.

1395024

Составитель О.Семенов

Техред И.Ходаннч Корректор И.Шароши

Редактор В.Федотов тираж 406 Подписное

BHNQTH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3334

Лрои волс ненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4