Источник ионов

Изобретение относится к ионно-плазменной технологии и может быть использовано при разработке источников ионов. Технический результат - повышение эффективности работы источника ионов путем обеспечения температуры ионизируемого рабочего вещества, достаточной для получения необходимого давления паров и ионизации этого вещества. Источник ионов содержит разрядную камеру, являющуюся анодом, которая имеет отверстие для входа разрядного газа и отверстие для выхода получаемых ионов, катод, магнит и ионизируемое рабочее вещество. Ионизируемое рабочее вещество выполнено в виде пластины и размещено в зоне разряда разрядной камеры источника ионов на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала, на стороне, которая обращена к катоду. Для получения ионов в источнике ионов в качестве ионизируемого рабочего вещества использована монокристаллическая пластина кремния, которая размещена в зоне разряда разрядной камеры и закреплена на подложке из тантала, на стороне, которая обращена к катоду. Упругость паров кремния в разрядной камере, достаточная для получения максимального количества ионов , обеспечивается при температуре подложки более 1600°C. Ток ионов кремния в таком источнике в три-четыре раза больше, чем в источнике ионов, который выбран за прототип. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к ионно-плазменной технологии и может быть использовано при разработке источников ионов.

Известны источники ионов, в которых в разрядную камеру источника подаются газообразные соединения вещества или пары, содержащие необходимое вещество. Пары необходимого вещества получают путем испарения веществ или соединений, содержащих эти вещества в тиглях, размещенных вне разрядной камеры - Solid State Technology, 1974, v. 17, №11, p. 36, Fig. 1, или в тиглях из кварца, размещенных в разрядной камере - Solid State Technology, 1974, v. 17, №11, p. 36, Fig 2.

Количество ионов основного вещества в разрядной камере этих источников составляет лишь малую часть всех имеющихся в разрядной камере ионов.

Наиболее близким, взятым за прототип является источник ионов (патент на изобретение №1269688), содержащий разрядную камеру, являющуюся анодом, имеющую вход для разрядного газа и выход для получаемых ионов, катод, магнит и ионизируемое рабочее вещество, размещенное в разрядной камере в тигле из тугоплавкого металла. Максимальная достигаемая температура в этих тиглях не превышает 1600°C и не обеспечивает возможность получения необходимого давления паров многих тугоплавких веществ. - Физические величины. Справочник, под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова, Москва, Энергоатомиздат, 1991 год, с. 255-258.

Известно, что для получения максимального количества необходимых ионов вещества в разрядной камере нужно испарять и ионизировать само это вещество, а давление паров должно быть порядка 1 Па. - Ионная имплантация. X. Риссел, Ругге, под редакцией М.И. Гусевой, Москва «Наука», 1983 г., с. 101.

Задачей, которая ставилась при разработке данного изобретения, является повышение эффективности работы источника ионов за счет увеличения количества необходимых ионов в разрядной камере.

Технический результат, который требуется достигнуть при разработке данного изобретения, - обеспечение температуры ионизируемого рабочего вещества, достаточной для получения необходимого давления паров и ионизации этого вещества.

Технический результат достигается за счет того, что источник ионов содержит разрядную камеру, которая является анодом и имеет отверстие для входа разрядного газа и отверстие для выхода получаемых ионов, катод, магнит и ионизируемое рабочее вещество, причем ионизируемое рабочее вещество выполнено в виде пластины и размещено в зоне разряда разрядной камеры источника ионов на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала, на стороне, которая обращена к катоду.

На фигуре представлен разработанный источник ионов.

Источник ионов содержит разрядную камеру, являющуюся анодом - 1, катод - 2, магнитную катушку - 3, отверстие для входа разрядного газа - 4 и отверстие для выхода получаемых ионов - 5. Ионизируемое рабочее вещество размещено в зоне разряда разрядной камеры и представляет собой пластину - 6, закрепленную на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала 7 (например, тантала), на стороне, которая обращена к катоду.

Источник работает следующим образом.

Между анодом - 1 и катодом - 2 подается напряжение, включается питание катода, через входное отверстие - 4 подается разрядный газ. Между анодом и катодом возникает разряд. Закрепленная на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала - 7 (например, тантала), на стороне, которая обращена к катоду, пластина ионизируемого рабочего вещества - 6 помещается в зону разряда разрядной камеры источника ионов. Пластина - 6 разогревается за счет бомбардировки ее ионами разрядного газа, а также за счет поглощения ею энергии излучения катода - 2. При достижении температуры пластины - 6, достаточной для ее испарения и ионизации, подача газа не обязательна, так как ток разряда поддерживается ионами испаренного вещества. Повышение температуры ионизируемого рабочего вещества обеспечивается тем, что пластина - 6 размещена в зоне разряда разрядной камеры на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала -7 и открыта для лучевой обработки, кроме того, нет потери мощности на разогрев тигля ввиду его отсутствия. В полученной ионизированной плазме основную часть ионов составляют ионы ионизируемого рабочего вещества - 6 и лишь малую часть - ионы, распыляемые из катода - 2 (например, ионы вольфрама), подложки - 7 (например, ионы тантала), элементов конструкции источника ионов (например, ионы молибдена) и ионы элементов оставшегося разрядного газа. Магнитное поле магнитной катушки - 3 многократно увеличивает степень ионизации рабочего вещества - 6. Выход ионов осуществляется через отверстие - 5.

Источник опробован для получения ионов . В качестве ионизируемого рабочего вещества в нем использована монокристаллическая пластина кремния, исполненная, например, в виде «ласточкина хвоста» и закрепленная на электрически соединенной с катодом подложке из тантала, на стороне, которая обращена к катоду. Подложка с монокристаллической пластиной кремния помещается в зону разряда разрядной камеры источника ионов. В качестве разрядного газа используется четыреххлористый кремний. Упругость паров кремния в разрядной камере, достаточная для получения максимального количества ионов , обеспечивается при температуре подложки более 1600°C. Ток ионов кремния в таком источнике в три-четыре раза больше, чем в источнике ионов, выбранном за прототип.

Источник опробован также, для получения ионов (требуемая температура порядка 1700°C) и (требуемая температура порядка 1900°C). В качестве ионизируемого рабочего вещества в них были использованы тугоплавкие материалы - пластины титана и ванадия соответственно. Разработанный источник может быть использован также для увеличения тока получаемых ионов веществ с температурой испарения менее 1600°C.

Технический результат, который заключается в обеспечении температуры ионизируемого рабочего вещества, достаточной для получения необходимого давления паров получаемых ионов и ионизации рабочего вещества (более 1600°C), достигнут. При этом ионизируемое рабочее вещество выполнено в виде пластины и размещено в зоне разряда разрядной камеры источника ионов, на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала, на стороне, которая обращена к катоду.

Эффективность разработанного источника ионов повысилась, количество необходимых ионов в разрядной камере значительно увеличилось. Задача, которая ставилась при разработке данного изобретения, решена полностью.

Источник ионов, содержащий разрядную камеру, которая является анодом и имеет отверстие для входа разрядного газа и отверстие для выхода получаемых ионов, катод, магнит и ионизируемое рабочее вещество, отличающийся тем, что ионизируемое рабочее вещество выполнено в виде пластины и размещено в зоне разряда разрядной камеры источника ионов на электрически соединенной с катодом подложке из тугоплавкого материала, на стороне, которая обращена к катоду.