Пристрій управління іонним джерелом

Пристрій управління іонним джерелом, що містить сіткову систему електродів екстракції, роз 3 Фіг.6 - прямокутні імпульси негативної полярності зі змінюваним робочим циклом; Фіг.7 - двополярний сигнал з різними амплітудами напруг позитивного й негативного імпульсів; Фіг.8 - двополярний сигнал з різними затримками між позитивним та негативним імпульсами; На Фіг.9 зображено осцилограму вихідних сигналів пристрою; На Фіг.10 та 11 зображено енергетичні спектри іонів, отримані при частоті модулювання плазми 5 кГц та при частоті модулювання плазми 35 кГц відповідно. На структурній схемі пристрою управляння (Фіг.1) зображено джерела постійної напруги 1-4, підключені до мосту, складеного із транзисторів 58, при цьому, роботою керованих джерел напруги й транзисторів (за допомогою драйверів 9-12) управляє мікроконтролер 13, що має також цифрові виводи 14 для управління ВЧ-джерелом. Виводи пристрою під'єднані до трисіткової системи електродів 15, при цьому два цих з електродів з'єднані з виводами транзисторного мосту, а третій - з землею пристрою. На структурній схемі іонного джерела з підключеним пристроєм управління (Фіг.2) зображено пристрій управління 16, виводи якого з'єднані з ВЧ-джерелом 17, яке за допомогою індуктора 18 створює плазму, з якої за допомогою трисіткової системи електродів 15, напруга на яку подається з пристрою, витягуються пучки іонів. Пристрій управління іонним джерелом працює наступним чином. Для регулювання струму іонного джерела використовується метод добування із плазми імпульсно модульованого ВЧ імпульсного розряду іонів за допомогою триелектродної системи екстракції й подачею на електроди знакозмінних імпульсів напруги екстракції й прискорення. Створення негативних іонів в об'ємі плазми відбувається за рахунок процесів дисоційованого прилипання холодних електронів з енергією порядку 1 еВ до коливально-збуджених молекул. При цьому перетин реакції дисоційованого прилипання зростає при "прилипанні" електронів до молекул з високими коливальними ступенями свободи. Одержання молекул реактивного газу з високим коливальним рівнем відбувається як за рахунок зіткнень молекул з електронами, так і за рахунок рекомбінації двох атомів газу на поверхні електродів. Процес утворення негативних іонів може бути посилений, якщо електрод, що зазнає бомбардування, виконаний з оксидного матеріалу з малою роботою виходу. Змінюючи частоту й робочий цикл модулювання високочастотних імпульсів живлення розряду, а також синхронно частоту, робочий цикл, амплітуду імпульсів і їх полярність на електродах системи формування пучка досягається робота іонного джерела в режимах створення пучків як позитивних, так і негативних іонів, а також пучків нейтральних частинок. Центральний елемент системи - мікроконтролер згідно зі своєю програмою надсилає імпульси 57737 4 на ВЧ-джерело та драйвери з різною частотою та затримками між ними. При цьому на виводах пристрою отримуються знакозмінні імпульси напруги з різними: частотою, амплітудою, робочим циклом та співвідношенням між тривалістю імпульсів, що подаються на систему електродів екстракції та прискорення. Завдяки використанню декількох керованих джерел напруги й наявності в складі пристрою мікроконтролера на кожному з виходів пристрою можливе одержання всіх форм вихідного сигналу (Фіг.3-8). Регулювання амплітуди напруг на виводах пристрою змінює енергію іонів пучка; зміна робочого циклу імпульсів управляє середнім струмом пучків іонів; зміна співвідношення між позитивними й негативними імпульсами та частота модулювання плазми регулюють зарядний склад одержуваного пучка іонів. Приклад практичного застосування корисної моделі. Керовані джерела постійної напруги були створені на базі блоків OSC-008 компанії ONE та конверторів напівмостового типу, побудованих на мікросхемах IR2153. В якості управляючого мікроконтролера була використана мікросхема AtMega128. Отримані напруги подавались на транзисторний міст, створений на MOSFETтранзисторах STW8N90, роботою яких управляв мікроконтролер, використовуючи драйвери HCPL316. Створений пристрій дозволив отримати знакозмінні імпульси з амплітудою напруги від 0 до 350 В, регулюючи робочий цикл в межах від 0 до 100% та співвідношення між позитивними та негативними імпульсами у всьому діапазоні. Можливий діапазон частоти вихідних напруг - від постійної напруги до 100 кГц. На Фіг.9 зображено осцилограму, що була отримана на створеному приладі. Перший та другий канали відповідають напругам на сітках системи електродів екстракції, а четвертий - імпульсно модульований ВЧІ-розряд, що створює плазму, з якої витягуються іони. На Фіг.10 зображено енергетичний спектр іонів, що був отриманий при частоті модулювання плазми 5 кГц, робочому циклі 50%, напрузі на сітці екстракції "мінус" 40 В, напрузі на сітці прискорення "мінус" 40 В, при цьому майже всі іони в пучку позитивні. На Фіг.11 зображено енергетичний спектр іонів, при частоті модулювання плазми 35 кГц, робочому циклі 50%, напрузі на сітці екстракції "мінус" 98 В, напрузі на сітці прискорення "плюс" 45 В. Близько половини з отриманих частинок є нейтральними. Джерела інформації: 1. Пат. RU №1044187, H01J27/24, H01J27/02. Способ получения отрицательных ионов, - опубл. 07.05.1992. 2. Пат. US № 5942854, H01J27/02, Н05Н1/24. Electron-beam Excited Plasma Generator with Side Orifices in the Discharge Chamber / Makoto Ryoji, Masakuni Tokai, Yukitaka Mori, Takeshi Hasegawa, Masahito Ban; Заявник та патентовласник Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha. - №09/090402; заявл. 04.06.1999; опубл. 24.08.1999. 5 57737 6 7 57737 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 57737 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601