Источник интенсивных ионных пучков

 

Использование: в ускорительной технике и в технологических процессах при имплантации, нанесении покрытий. Сущность изобретения заключается в введении жидкого диэлектрика в конструкцию источника ионов, что позволяет повысить интенсивность генерируемого пучка заряженных частиц за счет концентрации электрического поля на возникающих неоднородностях поверхности эмиттера и ионизации паров жидкости в тлеющем разряде. Источник интенсивных ионных пучков содержит соосно расположенные электрод-экстрактор и эмиттер, выполненный в виде острийных токовводов, смачиваемых диэлектрической жидкостью, давление остаточных паров которой достаточно для зажигания в межэлектродном промежутке тлеющего разряда. 1 ил.

Изобретение относится к электрофизике и может быть использовано в ускорительной технике, плазмохимии, для имплантации частиц, в частности в микроэлектронике и в других технологических процессах.

Известны способы создания ионных пучков с помощью источников типа дуоп- лазмотрон (М. В. Габович, "Физика и техника плазменных источников ионов". М. Атомиздат, 1972 г. стр. 154), а также с помощью источников, где в эмиттере используются жидкие металлы (R. Gomer, "On the Mechanism of Liquid Metal Electron and lon Sources", Appl. Phys. 19, 1979, pp 365-375) или расплавленный диэлектрик (В. Г. Дудников, А. Л. Шабалин "Получение ионных пучков из расплавов диэлектриков в режиме элект- рического эмиттера", Письма в ЖТФ, т. 11, в. 13, стр. 808-812).

Последний источник является наиболее близким к заявляемому и поэтому может рассматриваться как прототип.

Прототип работает в непрерывном режиме с токами масштаба долей миллиампера при величине энергии ионов около 10 кВ. В то же время для эффективного использования источ ника, в частности однократно заряженных ионов углерода (как прототипа, так и дуоплазмотрона), например для создания алмазного покрытия (Т. Miyzawa et al, "Preparation and structure of carbon film deposited by a macc-separated C⁺ ion beam", J. Appl. Phys. 55 (1)- 188-193, 1984) требуется специальная система торможения ионов до энергии 600 эВ. Величины токов ионов углерода с такими энергиями должны быть масштаба десятков миллиампер.

Для решения проблем повышения интенсивности и исключения системы дополнительного торможения предлагается ионный источник, содержащий эмиттер ионов, экстрактор и источник питания. Эмиттер ионов выполнен из жидкого диэлектрика с высоким давлением остаточных паров, со смачи- ваемыми металлическими острийными токовводами, подключенными к источнику питания, напряжение которого достаточно для зажигания тлеющего разряда.

Предлагаемый источник ионов показан на чертеже, где 1 рабочая диэлектрическая жидкость, налитая в объем из изоляционного материала; 2 - металлические анодные токовводы, слабо выступающие над поверхностью жидкости; 3 металлический экстрактор-катод с экстракторной щелью; 4 коллектор ионов.

Работа источника определяется возможностью зажигания тлеющего разряда в промежутке экстрактор 3, токовводы 2. При этом под воздействием приложенного напряжения на по верхности жидкости вблизи токовводов развивается капиллярная неустойчивость, которая приводит к образованию так называемых "конусов Тейлора" (см. выше R. Gomer, Appl. Phys.) и концентрации у их вершины электрического поля. В этом сильном электрическом поле идут интенсивные процессы ионизации паров жидкости и набор энергии образующимися ионами до величины падения напряжения на тлеющем разряде, т.е. примерно 600 эВ.

Повышенная интенсивность работы предлагаемого источни- ка определяется возможностью его масштабирования, а также тем, что практически полностью разрядный ток одновременно является током ускоренных ионов. При давлении паров жидкости в разрядном промежутке ≅ 0,1 мм рт.ст. плотность ионного тока может быть получена масштаба ампера на см².

Формула изобретения

Источник интенсивных ионных пучков, состоящий из источника питания, экстрактора и эмиттера, выполненного в виде острийных токовводов, смачиваемых диэлектрической жидкостью, отличающийся тем, что используют диэлектрическую жидкость, давление остаточных паров которой достаточно для зажигания в межэлектродном промежутке тлеющего разряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1