JPH0361298B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はホローカソード放電型イオン源に関す
るものである。

従来の技術 従来、イオン源は種々の形式のものが知られて
おり、例えば熱フイラメントを用いたイオン源で
は、熱フイラメントから出た電子を加速し、この
電子を導入ガスと衝突させてプラズマを生成し、
それに基づくイオンを発生するようにしている。
熱フイラメントは放電の陰極を成しており、そし
て通常タングステンフイラメントを用いているた
め、流入するプラズマイオンの衝撃によるスパツ
タリングや使用する放電ガス或いはその分解物と
の化学反応により消耗したり断線し、寿命が比較
的短かい。また熱フイラメントを支持している電
気絶縁物の表面が飛来するスパツタされた粒子や
フイラメントから蒸発する粒子で覆われ、電気を
導通するようになる。このような理由は熱フイラ
メントは比較的短期間で定期的に交換する必要が
ある。

そこでこのような熱フイラメントに伴なう欠点
を解消するため高度にイオン化されたプラズマの
生成手段として知られたホローカソード放電を利
用したイオン源が提供されてきた。この種のホロ
ーカソード放電型イオン源は、高温にすることが
できるため多くの高融点金属のイオンを作ること
ができること、小さなプラズマ体積中で驚異的な
電流密度と効率とを得ることができること、カソ
ード面積を大きくとれ寿命が長いこと等の利点を
もつている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような公知のホローカソー
ド放電型イオン源においてはホローカソードは通
常SUS製であり、そのため電子のエミツシヨン
が悪いこと、カソード面積が大きいため放電させ
るのに大きな電力を必要とすること、高温安定性
がよくないこと、真空ポンプに対する負荷が大き
いこと等の問題点がある。

ところで低電圧で大きな電流密度を得ることの
できる電子放射材料として炭化物エミツタが知ら
れており、例えば特公昭41−12171号公報にはタ
ングステンのような金属製の尖頭体にジルコニウ
ムを蒸着し、ジルコニウムの層を炭素と化合させ
て成る炭化物ポイントエミツタの製造法が開示さ
れており、また特公昭55−9775号公報には、Ti、
Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta中の一つまたこれらの二
種以上の複合素の炭化物の単結晶を用いた炭化物
エミツタが開示されている。さらに特公昭56−
31046号公報には、侵入型炭化物形成金属単体ま
たはその合金から成るエミツタ素材を高融点物質
から成る支持体に固定し、この固定工程の前また
は後にエミツタ素材をチツプ状に成形し、その後
チツプ状エミツタ素材を加熱下で炭化水素気体と
接触させてその表層に金属炭化物層を形成するこ
とから成る炭化物ポイントエミツタの製造法が開
示されており、そして特公昭56−31047号公報に
は、侵入型炭化物形成金属単体またはその合金か
ら成るエミツタ素材金属で高融点物質から成る基
体の少なくとも一部を被覆し、エミツタ素材金属
の被覆を加熱下で炭化水素気体と接触させてその
表面に金属炭化物層を形成することから成る炭化
物エミツタの製造法が開示されている。しかし炭
化物は硬くて脆いため上述のような公知のものや
方法では炭化物を加工したり、表面層の炭化処理
を必要とするので比較的形状の単純な例えばポイ
ントエミツタ等では未だしもイオン源のカソード
のように構造が複雑でこみ入つたものになると実
際上加工上の困難さや製造工程が複雑となるため
に実質的にそのま適用することができない。

そこで本発明の目的は、上述のような低電圧で
大きな電流密度を得ることのできる電子放射材料
の特性を利用して従来のホローカソード放電型イ
オン源に伴なう上述の問題点を解決することにあ
る。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明によれ
ば、面積の大きなカソードとこのカソードに対し
て電気的に絶縁して設けたアノードとの間ホロー
カソード放電によりプラズマを生成してイオンを
発生するようにしたホローカソード放電型イオン
源においてタンタル、タングステン等の基板にチ
タンを被着し、その上にTiCを被着したカソード
を筒状にして熱シールド部材中に装着したことを
特徴としている。

作 用 このように構成したホローカソード放電型イオ
ン源では、タンタル板上に被着されるTi層は通
常厚さ0.3μｍ程度に形成され、その上に厚さ20μ
ｍ程度にTiC層が被着される。Ti層およびTiC層
の形成は適当な成膜技術手段例えば真空蒸着やス
パツタリング技術を用いて行なうことができる。
薄いTi層を介在させてタンタル板上にTiC層を被
着させることによつてタンタル基板と表面のTiC
層との堅固で十分な付着を保証することができ
る。またTiC層は従来の炭化物エミツタの場合の
ように基体上に固着した炭化物形成金属（例えば
Ti）を炭化処理せずに直接被着させているので
基板全体にわたつて均一かつ一様に所望の厚さに
容易に形成することができる。

実施例 以下添附図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

第１，２図には本発明によるホローカソード放
電型イオン源の要部を示し、１は円筒形のホロー
カソードで、このホローカソード１はタンタル基
板２の一表面にほぼ0.3μｍ程度の厚さにTi層３を
被着し、その上にほぼ20μｍ程度の厚さでTiC層
４を被着したものを円筒状にすることによつて構
成され、この場合ホローカソード１を円筒状に保
持するため直径0.5φのタングステンワイヤ５を用
いて周囲を束ねており、また基板材料としては必
ずしもタンタル板に限定するものではなく必要に
よりその他の金属材料（例えばタングステン等）
を用いることができる。このようにして構成され
た円筒状のホローカソード１の両端には絶縁部材
６を介してアノード７（図面にはその一方のみを
示す）が取付けられる。こうして形成されたカソ
ード組立体は符号８，９で示すモリブデン製の二
重構造の熱シールド内に挿置される。またホロー
カソード１および二重の熱シールド８，９には軸
線方向に平行にイオン引出し用スリツト１０が設
けられている。なおアノード７の構造および配置
を変えてイオンの引出しを端壁側から行なうよう
にしてもよい。図面には示してないが当然放電ガ
ス導入手段およびカソード表面物質供給手段が設
けられる。

このように構成したイオン源の動作においてホ
ローカソード１の表面のTiC４は仕事関数が
2.63eVと低く、高温安定性をもち、スパツタリ
ング率が低くしかも化学的に活性なガスに対して
安定であるので、低い電力で長時間にわたつて安
定した放電を得ることができる。

発明の効果 以上説明してきたように本発明によれば、ホロ
ーカソードイオン源におけるホローカソードを、
タンタルのような基板上にTiを被着し、その上
にTiCを被着したものを筒状にして熱シールド部
材中に装着しているので、従来公知の炭化物エミ
ツタの製造法のように複雑で手間のかかる工程を
用いずに簡単にかつ容易にTiCホローカソードを
得ることができると共に、低電力で放電させるこ
とができ、しかも熱シールド部材を設けているの
で高温安定性がよく、寿命を飛躍的にのばすこと
ができ、そしてポンプ系の負荷を軽減させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を概略的に示す部分
断面平面図、第２図は第１図の矢印−から見
た横断面図である。 図中、１：ホローカソード、２：タンタル基
板、３：Ti層、４：TiC層、５：タングステンワ
イヤ、６：絶縁部材、７：アノード、８，９：二
重の熱シールド、１０：イオン引出用スリツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 面積の大きなカソードとこのカソードに対し
   て電気的に絶縁して設けたアノードとの間のホロ
   ーカソード放電によりプラズマを生成してイオン
   を発生するようにしたホローカソード放電型イオ
   ン源において、タンタル、タングステン等の基板
   にチタンを被着し、その上にTiCを被着したカソ
   ードを筒状にして熱シールド部材中に装着したこ
   とを特徴とするホローカソード放電型イオン源。