Катодний вузол іонного джерела пеннінгівського типу

Катодний вузол іонного джерела пеннінгівського типу, що включає катод, з'єднаний з позитивним виводом регульованого і стабілізованого дже 3 25891 та щільністю струму більше 150мкА/см 2 протягом тривалого часу для забезпечення умов технологічного процесу нанесення покриттів методом іонностимульованого осадження. Задача повинна вирішуватися шляхом підвищення часу роботи розжареного до робочої температури емісійного нагрівача при зниженні робочої напруги між ним і катодом. Поставлена задача вирішується у пропонуємому катодному вузлі іонного джерела Пеннінга, який також як і вузол, прийнятий за прототип, включає катод, з'єднаний з позитивним виводом регульованого і стабілізованого джерела постійної напруги, негативний вивід якого з'єднаний з емісійним електронагрівачем у вигляді розжарюваного дроту, з'єднаним з джерелом його живлення і розташованим на відстані від катоду. Відрізняється від прототипу пропонуємий катодний вузол тим, що емісійний електронагрівач розміщено в герметичній камері, яка знаходиться під тиском не більш ніж 2·10-5Па, однією із стінок якої є катод у вигляді пластини з високоемісійним покриттям із низькою роботою виходу, зверненим до об'єму розрядної камери іонного джерела. Внаслідок того, що дріт розжарювання знаходиться в ізольованому об'ємі, під тиском не більш ніж 2·10-5Па, він протягом тривалого часу може бути розжареним до необхідної температури емісії електронів. При цьому його можна розташувати на малій відстані від катоду, і потрібна емісія з катоду досягатиметься при достатньо низькій напрузі та потужності. Тобто досягатиметься висока стійкість до електричних пробоїв. До того ж, завдяки ізоляції об'єму, де розташовано дріт розжарювання, від розрядної камери, в якості робочої речовини в розрядній камері стає можливим використовувати більш різноманітний перелік газів, включаючи агресивні. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами. На Фіг.1 приведена структурна схема запропонованого катодного вузла. На Фіг.2 приведений графік залежності температури катоду від стр уму електронів емісії дроту розжарювання при напрузі між емісійним нагрівачем і катодом 300V. На Фіг.3 наведений графік залежності струму емісії з катоду від його температури. Розглянемо варіант практичного виконання, пропонуємого катодного вузла. Цей катодний вузол іонного джерела Пеннінга включає катод 1, в якості якого використовується молібденова пластина з високоемісійним покриттям LаВ6 із низькою роботою виходу. Поверхня катоду з таким покриттям звернена до об'єму розрядної камери 2. Катод з'єднаний з позитивним виводом регульованого і стабілізованого джерела постійної напруги 3, із межами регулювання від 0 до 300В. Негативний вивід цього джерела з'єднаний з емісійним електронагрівачем у вигляді розжарюваного дроту 4, виготовленого із вольфраму. Цей нагрівач розміщено в герметичній камері 5, на відстані від катоду 1. Камера 5 знаходиться під тиском не більш ніж 2·10-5Па. Катод 1 є стінкою цієї камери. Розжарювальний дріт з'єднаний з джерелом перемінного 4 струму 6. Катод 1 з'єднаний також із негативним виводом джерела постійного струму 7, позитивний вивід якого з'єднаний з корпусом розрядної камери 2. Конструктивно катодній вузол представляє собою герметичну циліндричну камеру з кварцового скла завтовшки не менше 3мм та ввареними в неї молібденової пластини з покриттям LаВ6 і електродів живлення емісійного нагрівача. Катодний вузол працює наступним чином. Після заповнення камери 2 робочим газом включають джерело змінного струму 6 емісійного нагрівача 4 для розжарювання дроту. За допомогою джерела постійного струму 3 створюють напругу прискорюючого поля між емісійним нагрівачем 4 і катодом 1, щоб прискорені електрони, бомбардували катод і розжарювали його до необхідної температури емісії з нього електронів. За допомогою джерела постійного струму 7 створюють електричне поле, яке прискорює електрони, які емітуються із покриття з LаВ6 на поверхні катоду 1. Ці електрони іонізують робочий газ у камері 2 і забезпечують високу щільність розрядного струму. Іони з камери 2 витягуються і формуються електричним полем і направляються на поверхню виробів для отримання відповідного покриття (на Фіг.1 не показано). Покриття LaB6. дає можливість отримати таку щільність струму емісії електронів, яка вже при температурі катоду 950°С забезпечує високу ступінь іонізації робочого газу та підвищення щільності розрядного і іонного струму. Так як дріт накалювання 4 знаходиться в ізольованому об'ємі камери 5 під тиском не більше 2·10-5Па, а також на малій відстані від катоду 1, то це дозволяє підтримувати необхідну температур у емісії катода при достатньо низькій напрузі та потужності (P=60W) протягом тривалого часу, забезпечувати високу стійкість до електричних пробоїв. В якості робочих газів в камері 2 можливо застосовувати різноманітні гази, включаючи агресивні, бо вони не впливають на тривалість роботи емісійного нагрівача, який знаходиться в герметичній камері 5. Основні характеристики, пропонуємого катодного вузла, наведені на графіках (див. Фіг.2, та Фіг.3). Як можна бачити (див. Фіг.2) вже, при струмі емісії 200мА з дроту розжарювання, температура катоду з високоемісійним покриттям досягає близько 900°С (напруга між емісійним нагрівачем і катодом становила при цьому 300В). Ця температура цілком достатня щоб забезпечити потужний струм електронів в розрядну камеру з шару LаВ6 на поверхні катоду. Дійсно, (див. Фіг.3) при температурі 900°С емісійний струм електронів з катоду становить 70мА і різко зростає при подальшому підвищенні температури (залежність струму емісії від температури катоду виміряна при напрузі розряду 600В). Такі параметри катодного вузла дозволяють отримувати таку щільність електронів в розрядній камері, яка значно підвищує ступінь іонізації атомів робочого газу. Подальший розігрів катоду відбувається за рахунок іонного бомбардування його поверхні що спонукає різке зростання емісії електронів (до 5А/см 2). Стабілізуючи температур у катоду, регулюванням струму емісії розжарювального дроту, тиском робочого газу та напру 5 25891 гою розряду, досягають високу стабільність струму розряду, внаслідок чого отримують оптимальні параметри струму п учка іонів. Джерела інформації: 1. М.Д.Габович «Физика и техника плазменных Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 6 источников ионов». Москва. Атомиздат, 1972г. стр.110. 2. В.В.Симонов и др. «Оборудование ионной имплантации». Москва. Радио и связь. 1988г. стр.56, (прототип). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601