Ионная пушка

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к втоРскомю свидетельств (61} Дополнительное к авт. csun-ву (22) Заявлено20.07.73 (21) 1946142/25 с присоединением заявки №(23) Приоритет

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 496868 г (51) М, Кл.

Н ol Х Э/04

Гасударственный комитет

Севвтв Мииистрев СССР вв деявм изобретений и вткрытий (53) УД,К 621,387,424 (088.9) (43} Опублнковано25.07.77 Бюллетень № 27 (4б) Дата опубликования описания,12.09.77 (72) Авторы изобретения

В, Н. Злобин, Д. A. Носков и Ю. А. Йибаев

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоалектроннки (71) Заявитель (54} ИОННАЯ ПУШКА

Изобретение относится к электронно ион-.

Ной и ускорительной технике и может найти применейие для легирования твердых веществ, в частности полупроводниковых материалов, в ускорителях ионов и в других устройствах, где требуется использовать однородные по массам ионные пучки.

Известны ионно-лучевые установки, сосD тоящие из ионных источников, систем ус- 10 корения и фильтрации ионов по массам, Недостатками таких установок являются большой вес и габариты, обусловленные весом и габаритами магтцттного масс-фильтра а также сложностью ионного источника, кото- 1и рая является следствием критичности пропускной способности магнитных сепараторов к моноэнергетичности пучка. Известные установки включают низковольтный дуговой ионный источник с испарителем вне раз- «и) рядной камеры, секционированную ускорительную трубку с делителем напряжении по секциям и электромагни1-масс-фильтр для выделения нужного массового компонента ионного пучка, потребляюцше значительную g5

2.. мощность, . и требующие сложных систем питания

Цель изобретения уменьшение анергс потребления, веса и габаритов и, упрощение конструкции установки.

Для атого в предлагаемом устройстве источник ионов выцолнен в виде разрядной камеры с осцилляцией электронов в маг нитном поле, снабженной экстракторо. ., коаойными катодами и анодом, изготовленным из рабочего вещества, системы фильтраций ионов по массе выполнена в виде динамн ческого квадрупольного масс-фильтра, со» держащего цилиндрический, алектрически соединенный с акстрактором и охватываю. ший разрядную камеру акран с эмиссионным отверстием на выходном торце, и четыре одинаковых стержня, симметрично расположенных относительно оси пушки и размещенных внутри экрана между экстрактором и Выходным торцом экрана, а в качестве электродов системы ускорения служат акран и корпус пушки.

Применение динамического высокочао тотного масс фильтра в сочетании с простым

496868

1Î

45

60 жуткаа жточником ионов позволило конструктивно объединить эти узлы в единый блок и поместить в общий экран. Выходная диафрагма экрана образует с ускоряющим электродом, 6оединенным с корпусом пушки, удаленный от плазменной границы ускоряющий промежуток, что способствует повышению электр рической прочности последнего.

Пуедлагаемая ионная пушка имеет малые габариты и вес, потребляет сравнительно .малую мощность, проста по конструкции и в обслуживании и может работать при aNсоких ускоряющих налряжениях без секционирования ускоряющего прсмежуч ка.

Ахроматичность высокочастотного квадру польного масс-фильтра, т. е. некритичность его характеристик к энергетическому разбросу ионов в лучке, допускает работу предлагаемого устройства без экстрактора, что еще более упрощает конструкцию и псьвышаэт надежность работы пушки, так как ликвидируется лотенциальный промежуток вблизи плазмы. В ионном источнике ионный лучок формируется в области катодного па- деним потенциала. Благодаря тому, что высоковольтный квадрупольный масо-фильтр обладает фокусирующим действием для ионов основного массивного компонента и дефокусируюшим для прочих компонентов, предлагаемое устройство характеризуется боль шой экономичностью рабочего вещества и высокой чистотой ионного пучка нч выходе, На чертеже изображено цредлагаемсе устройство, .

Анод-испаритель 1 .газорозрядной камеры 2 имеет форму полого цилиндра, состоит из металла, ьоны которого требуется получить, и помещен в магнитное поле, создаваемое постоянными ферритовыми маг интами 3. Для получения ионов нескольких металлов анод-испаритель изготовляют в виде соосно расположенных ксчец из сост ветствующих металлов, Катоды 4, однсвре менно являющиеся полюсными наконечниками, закреплены на магнитопроводе 5, иэготовленном в виде полого цилиндра из магнитомягксго материала. Магнитопровод закреплен на катодном держателе 6, мастсивном стержне из металла с большой тел лопроводностью, проходящем через проходной пзолятор 7. Отвод тепла через катод ный держатель обеспечивает стабильную рабочую температуру ферритовых магнитов и наружной поверхности разрядной камеры.

К проходному изолятору крепится внешний экран 8, в котором закреплен экстсактор & и расположены пслеобразующие стержни массфильтра 10. Все вводы 11 электропитания проходят внутри экрана к проход ному изолятору. Экран является общей тсчкой источников питания разрядов, экстракции и масо-фильтра, кроме того, на него подается ускоряющее напряжение относительно корпуса пушки 12. Ускоряющий проме жуток 13 образован торцом экрана и диафрагмой корпуса. Пуи;ка может работать s без экстрактора, Чистота фильтрации ионного лучка зависит от числа колебаний, совершаемых ионом во время движения в высокочастотном квадру польном поле, Таким образом, чистота пуч ка при заданной энергии ионов повышается с увеличением длины фильтрующего канала.

С другой стороны, вследствие расталкивающего действия пространственного заряда пучка и влияния поперечных скоростей ионов токопрохождение для основного масса вого компонента уменьшается по мере увеличения длины канала. Следовательно, для предлагаемой пушки существует оптимальное соотношение между величиной максимальной энергии ионов, поступающих в фильтрующий канал, и геометрическими сб отношениями между элементами конструкции. При входных условиях, характерных для предлагаемой конструкции, оптималь ным является отношение длины пслеобразу ющих стержней к радиусу апертуры массфильтра, равное 40, при равенстве рвдиу. сов апертуры и радиуса стержней.

Ионная и;шка работает следующим сб разом, После получения вакуума в объеме пуш ки 10 - 10 тор между катодами и ано дом-испарителем подается постоянное на-. пряжение 2 5 кВ, и в камере зажигается высоковольтный разряд, значительная часть энергии {50%) которого выделяется на аноде, что приводит к разогреву .послед него до температуры, при которой парциаль ное давление паров металла составляет

-3

10 тор. Пары металла ионизируются в разряде, и ионы под действием поля экстрактора извлекаются из камеры и постулают в канал масо-фильтра. При отсутствии экстрактора ионы попадают в фильтрующи1 канал под действие сил электрического поля разрядной камеры, При движении в фильтрующем канале пучок ионов подвергается действию квадрупольного высокочастотного поля и разделяется по массам.

Ионы определенной массы„для которых пр данной частоте и амплитуде высокочастот ного поля а канале масс -фильтра существ ю-. фокусирующие условия, проходят в вькходную диафрагму и в ускоряющем проме-, жутке приобретают необходимую энергию.

Ионы других масс уходят на стержни или на экран, не достигая ускоряющего прсмэ»

496868

Фнлввл Гц!Г! Г!вте п", i . ужгоров, ул. Г!роектнвн, в

Фоумула изобретения

1. Ионная пушка, содержащая корпус, источник ионов, систему ускорения и систему фильтрации ионов по массе, о т л и ч а .ю щ я с я тем, что, с целью уменьшения энергопотребления, веса и габаритов и упрощения конструкции, источ ник ионов выполнен в виде разрядной каме ры с осцнлляцией электронов s магнитном поле, снабженной кстрактором, колодными катодами и анодом, изготовленным нз рабо чего вещества, система фильтрации ионов По массе выполнена в виде динамического квадрупольного масс-фильтра, содержащего цилиндрический, электрически соединенный

UHHHI IH Заказ 2587/47

1 с екстрактором и обхватывающий раар щну1в камеру экран с эмиссионным отверстием йа выходном торце и четыре одинаковык стержня, c: ììåòðè÷íî расположенных ов» .носительно оси пушки и размещенных внут ри экрана между экстрактором и выходным торцом экрана, а в качестве электродов системы ускорения служат экран и корпус пушки.

1О

2. Ионная пушка по п, 1, о т л и ч а. ю щ а я с я тем, что стержни масо-фильтра установлены таким образом н имеют такие размеры, что расстояние между ними равно их диаметру, а длина стеры ей в сорок раэ превышает указанный диаметр.

Тираж 976 Подписное