Високочастотне джерело іонів

Высокочастотный источник ионов, содержащий газоразрядную камеру, присоединенную к системе газонапуска, индуктор, подключенный к ВЧ-системе питания, систему постоянных магнитов, охватывающую газоразрядную камеру и ионно-оптическую систему, отличающийся тем, что система постоянных магнитов выполнена в виде двух параллельных магнитных колец, между которыми размещено ферритовое кольцо, установленных соосно ионно-оптической системе. (13) 32420 (11) UA ческую систему, систему газонапуска, индуктор и ВЧ-систему питания [2]. Недостатком такого источника является то, что плазма находится в постоянном контакте со стенками разрядной камеры и ионно-оптической системой. Примеси, поступающие со стенок камеры и ионно-оптической системы, ухудшают разряд, поток извлекаемых из источника ионов уменьшается. Также происходит потеря части ионного потока на конструктивных элементах ионнооптической системы. Все это приводит к потере яркости пучка (яркость данного источника не выше 3×109 А.м–2.рад–2). Наиболее близким техническим решением к изобретению является высокочастотный источник ионов, содержащий газоразрядную камеру, присоединенную к системе газонапуска, индуктор, подключенный к ВЧ-системе питания, систему постоянных магнитов, охватывающую газоразрядную камеру и ионо-оптическую систему [К. Леунг и др. Мультипольный источник ионов Н с ВЧ возбуждением. – Приборы для научных исследований, 1991, № 1, с. 52.]. В данном источнике система постоянных магнитов, выполненная в виде 20 столбиков самарий – кобальтовых магнитов, окружающих газоразрядную камеру, формирует в ней конфигурацию магнитного поля с продольным линейным каспом. Недостатком такого источника является то, что плазма находится в постоянном контакте с ионно (19) Изобретение относится к области получения ионных пучков в вакууме и может быть использовано в электронной и ускорительной технике, плазменной технологии, в частности, в высокоэнергетичных ионных микрозондах (МЗ) – прецизионных установках, позволяющих получать на мишени микронные и субмикронные ионные пучки с энергиями 1–10 Мэв и токами 10–15 – 10–9 А [1]. Основным параметром источников ионов МЗ, определяющим размеры пучка на мишени (разрешение МЗ) при заданном токе пучка, является яркость (В). В современных ВЧ-источниках ионов В~109 – 5×109 А.м–2.рад–2. В частности, яркость ВЧисточника, применяемого в качестве инжектора Мельбурнского, МЗ 5×109 А.м–2.рад–2 при токе пучка протонов 9 мкА. При такой яркости с помощью существующих фокусирующих систем на мишени удается сформировать протонный пучок диаметром 1 мкм при токе пучка 100 пкА [1]. Потребности сегодняшнего дня поставили задачу построения МЗ с разрешением не хуже, чем 0,1 мкм при токе пучка 100 пкА. Повысить разрешающую способность МЗ можно за счет повышения яркости источника ионов. Для ядерного микроанализа нужны высокояркостные, высокоэффективные ВЧ-источники ионов Не++, а для ионной имплантации источники ионов С+, О+. Известен высокочастотный источник ионов, содержащий газоразрядную камеру, ионно-опти C2 _______________________ 32420 оптической системой и газоразрядной камерой. Как следствие – происходит распыление конструктивных элементов ионно-оптической системы, особенно вытягивающего электрода. Вытягивающий электрод является одним из основных поставщиков металла в плазму, что приводит к металлизации внутренней поверхности газоразрядной камеры и в конечном итоге к обрыву разряда. Примеси, поступающие с конструктивных элементов ионно-оптической системы и газоразрядной камеры, ухудшают разряд, поток извлекаемых из источника ионов уменьшается. Также происходит потеря части ионного потока непосредственно на конструктивных элементах ионно-оптической системы. Все это приводит к потере яркости пучка (яркость данного источника не выше 3×109 А×м-2 ×рад-2). В основу изобретения поставлена задача создать такой ВЧ-источник ионов, в котором применение системы постоянных магнитов, выполненной в форме двух параллельных магнитных колец, между которыми размещено ферритовое кольцо, установленных соосно ионно-оптической системе, позволило бы увеличить яркость источника. Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором представлен вариант конструктивной схемы высокочастотного источника ионов. Источник состоит из газоразрядной камеры 1, предназначенной для удержания внутри нее газа низкого давления, индуктора 2, предназначенного дл ВЧ-пробоя газа, ВЧ-системы питания 3, предназначенной для запитки индуктора, ионнооптической системы 4 для вытягивания и формирования ионного пучка, системы газонапуска 5, предназначенной для напуска газа в газоразрядную камеру, системы постоянных магнитов, выполненной в форме двух параллельных магнитных колец 6 и 8, между которыми размещено ферритовое кольцо 7, предназначенной для создания конфигурации магнитного поля магнитной ловушки типа пробкотрон. Источник работает следующим образом. После откачки газоразрядной камеры 1 и напуска газа системой газонапуска 5, индуктор 2 запитывается ВЧ-системой питания 3 высокочастотным напряжением. При подаче высокого давления на вытягивающие электроды ионно-оптической системы 4, через апертуру вытягивающего электрода из плазмы извлекается и формируется ионный пучок. Система постоянных магнитов, выполненная в форме двух параллельных магнитных колец, между которыми размещено ферритовое кольцо, установленных соосно ионно-оптической системе, создает внутри газоразрядной камеры постоянное магнитное поле, соответствующее пробочной конфигурации магнитной ловушки. При ВЧ-пробое газа в постоянном магнитном поле, ионы внутри пробочной ловушки будут перемещаться по магнитным силовым линиям и отражаться от пробок, за исключением частиц, уходящих через апертуру вытягивающего электрода ионно-оптической системы. Примером конкретной реализации может быть высокояркостный, высокоэффективный ВЧисточник протонов для ядерного микроанализа. Такой источник был реализован в ИПФ НАНУ путем применения в существующем ВЧ-источнике ионов [2] вышеописанной системы постоянных магнитов. Система постоянных магнитов выполнена в форме двух параллельных магнитных колец (марки КС) и ферритового кольца (марки 2000 НН), размещенного между ними. Все кольца имеют одинаковую форму и размеры (прямоугольное сечение, внешний диаметр кольца 72 мм, внутренний диаметр 40 мм, высота 16 мм). Система постоянных магнитов установлена соосно ионнооптической системе на расстоянии 35 мм от вытягивающего электрода ионно-оптической системы. Измеренная яркость модернизированного ВЧ-источника (т.е. с такой системой постоянных магнитов) не менее чем в 3 раза выше традиционного ВЧ-источника. Система постоянных магнитов, выполненная в форме двух параллельных магнитных колец, между которыми размещено ферритовое кольцо, создает внутри газоразрядной камеры постоянное магнитное поле, соответствующее пробочной конфигурации магнитной ловушки (пробкотрон). Магнитные кольца создают магнитные пробки. Ферромагнитное кольцо предназначено для обеспечения требуемого пробочного соотношения пробкотрона. Система постоянных магнитов установлена соосно ионно-оптической системе для того, чтобы частицы, образованные в пробкотроне, распространялись по оси ионно-оптической системы. Введение такой системы постоянных магнитов с конфигурацией магнитного поля открытой магнитной ловушки типа пробкотрон, приводит к снижению взаимодействия замагниченной плазмы со стенками разрядной камеры из-за того, что коэффициент диффузии плазмы с наложением постоянного магнитного поля на несколько порядков ниже коэффициента диффузии плазмы без магнитного поля. Все это приводит к снижению поступления примесей в плазму со стенок камеры, повышению степени ионизации плазмы, повышению плотности плазмы и, как следствие, к повышению яркости. Из-за того, что внутри пробкотрона ионы буду перемещаться по магнитным силовым линиям и отражаться от пробок, за исключением частиц, уходящих через апертуру вытягивающего электрода ионно-оптической системы, создание конфигурации магнитного поля открытой магнитной ловушки типа пробкотрон, образованной системой постоянных магнитов, выполненной в форме двух параллельных магнитных колец, между которыми размещено ферритовое кольцо, установленных соосно ионно-оптической системе, приводит к снижению взаимодействия плазмы с вытягивающим электродом ионно-оптической системы, к снижению поступления примесей в плазму с вытягивающего электрода ионно-оптической системы, к увеличению потока ионов, проходящего через апертуру вытягивающего электрода, и, как следствие, к повышению яркости источника. По сравнению с прототипом данный источник ионов имеет такие преимущества: 1) более высокую яркость (выше 5×109 А×м-2х храд-2), что позволяет повысить разрешающую способность МЗ, 2) имеется возможность реализовать высокояркостные режимы работы ВЧ-источника Не++, 2 32420 для ядерного микроанализа, и источников ионов С+ и О+, для ионной имплантации, 3) более высокий ресурс ВЧ-источника. Помимо указанных возможностей, рассмотренный ВЧ-источник ионов обладает такими достоинствами, как стационарный режим работы, стабильность параметров пучка, высокая степень ионизации газа, малые габариты источников, систем генерации и ввода ВЧ-мощности. Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с про тотипом заключается в снижении в несколько раз затрат на переборку ускорительных комплексов и плазменно-технологических установок, на сооружение сложных дорогостоящих ионно-оптических систем, в несколько раз повышается разрешающая способность высокоэнергетических ионных микрозондов. Применение высокоэффективных высокояркостных источников Не++, Не+, С+, О+ позволяет увеличить производительность созданных на их базе аналитических приборов и плазменнотехнологических установок. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3