JPH05242820A - 2次放出の高い係数の材料から構成され或いはその材料によって被覆された電離室付イオン発生器 - Google Patents
2次放出の高い係数の材料から構成され或いはその材料によって被覆された電離室付イオン発生器Info
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- JPH05242820A JPH05242820A JP4253034A JP25303492A JPH05242820A JP H05242820 A JPH05242820 A JP H05242820A JP 4253034 A JP4253034 A JP 4253034A JP 25303492 A JP25303492 A JP 25303492A JP H05242820 A JPH05242820 A JP H05242820A
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- Japan
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- ion generator
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/02—Tubes in which one or a few electrodes are secondary-electron emitting electrodes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 イオン発生装置のエネルギー収率と質量収率
を改良する。 【構成】 イオン発生装置において、電離室11は適当
なガラスのような2次放出の高い係数の材料で被覆した
壁11Aによって構成する。
を改良する。 【構成】 イオン発生装置において、電離室11は適当
なガラスのような2次放出の高い係数の材料で被覆した
壁11Aによって構成する。
Description
【0001】本発明はイオン発生器に有利に利用できる
電離室の新しい設計に関する。特に、しかも例外なく、
本発明による電離室は、高エネルギーと質量収量増加の
ために宇宙技術の分野で利用される。イオン発生装置
(またイオン発生器、イオン源、イオンガス等)は表面
処理(イオンエッチング、クリーニング、物質の堆積、
イオン移植等)、化学物理分析(例えば、固体表面にお
ける水晶の型と配列の測定)の工業的分野において幅広
く利用される。宇宙分野においてこのような装置はイオ
ンエンジンとして使用され、地球上では模擬電離層プラ
ズマの発生のために使用される。
電離室の新しい設計に関する。特に、しかも例外なく、
本発明による電離室は、高エネルギーと質量収量増加の
ために宇宙技術の分野で利用される。イオン発生装置
(またイオン発生器、イオン源、イオンガス等)は表面
処理(イオンエッチング、クリーニング、物質の堆積、
イオン移植等)、化学物理分析(例えば、固体表面にお
ける水晶の型と配列の測定)の工業的分野において幅広
く利用される。宇宙分野においてこのような装置はイオ
ンエンジンとして使用され、地球上では模擬電離層プラ
ズマの発生のために使用される。
【0002】イオン発生用の公知の装置は図1に模式的
に示されている。これは電離室1と抽出装置2から成
り、ガス或いは蒸気状態の物質から所望の化学型の正イ
オンがそれ自体公知の色々の技術によって獲得され、電
離室に導入される。このようなイオンはそのとき電離室
から抽出され、集束されて抽出装置2のレンズに向かっ
て加速される。その装置における他の部品については、
本発明の詳細な説明とは関係がないのでここでは言及し
ない。プラズマは電離室において発生され、イオンビー
ムの形成のために使用される正イオンを含有している。
そして自由電子は、適当に加速されると、他のイオンと
自由電子を製造するのに中性子のイオン化をすることが
できる。この方法は自由電子を加速するための電子エネ
ルギーをともなう抽出イオンの代りとして中性子を連続
的に供給することによって維持される。その電子エネル
ギーの色々な技術によって供給される最も普通に行われ
ているものは連続的な電流放電と高周波或いはマイクロ
波の発射である。
に示されている。これは電離室1と抽出装置2から成
り、ガス或いは蒸気状態の物質から所望の化学型の正イ
オンがそれ自体公知の色々の技術によって獲得され、電
離室に導入される。このようなイオンはそのとき電離室
から抽出され、集束されて抽出装置2のレンズに向かっ
て加速される。その装置における他の部品については、
本発明の詳細な説明とは関係がないのでここでは言及し
ない。プラズマは電離室において発生され、イオンビー
ムの形成のために使用される正イオンを含有している。
そして自由電子は、適当に加速されると、他のイオンと
自由電子を製造するのに中性子のイオン化をすることが
できる。この方法は自由電子を加速するための電子エネ
ルギーをともなう抽出イオンの代りとして中性子を連続
的に供給することによって維持される。その電子エネル
ギーの色々な技術によって供給される最も普通に行われ
ているものは連続的な電流放電と高周波或いはマイクロ
波の発射である。
【0003】イオン発生器の動作を決める最も重要なフ
ァクタにはエネルギー収率、即ち、ビームにおけるイオ
ンエネルギーとその装置を作動するために消費されるエ
ネルギーとの比と、質量収率、即ち時間単位の抽出イオ
ンの質量と流入される中性子の量との比がある。エネル
ギー収率は電離室のプラズマの維持に必要なエネルギー
によって逆の作用を受ける。何故なら、このエネルギー
は加速されたビームにおけるイオンによって得られる最
終エネルギーに役に立っていないからである。
ァクタにはエネルギー収率、即ち、ビームにおけるイオ
ンエネルギーとその装置を作動するために消費されるエ
ネルギーとの比と、質量収率、即ち時間単位の抽出イオ
ンの質量と流入される中性子の量との比がある。エネル
ギー収率は電離室のプラズマの維持に必要なエネルギー
によって逆の作用を受ける。何故なら、このエネルギー
は加速されたビームにおけるイオンによって得られる最
終エネルギーに役に立っていないからである。
【0004】質量収率はその装置から放出する中性子の
流出量によって逆の作用を受け、その装置はそれにつづ
いて抽出装置2の近くにおける電荷交換の現像が生ずる
のである。それが抽出装置の最大のエロージョンの原因
であり、しかも特に推進剤の使用に好ましくない。質量
収率の改善は概してエネルギー収率の低下をひき起す。
というのはイオン化のより高い割合は、より大きなエネ
ルギーを費してのみ獲得でき、しかもこれは推進剤の使
用に好ましい傾向であるからであり、その結果その装置
の自立性は宇宙利用において特に重要である。
流出量によって逆の作用を受け、その装置はそれにつづ
いて抽出装置2の近くにおける電荷交換の現像が生ずる
のである。それが抽出装置の最大のエロージョンの原因
であり、しかも特に推進剤の使用に好ましくない。質量
収率の改善は概してエネルギー収率の低下をひき起す。
というのはイオン化のより高い割合は、より大きなエネ
ルギーを費してのみ獲得でき、しかもこれは推進剤の使
用に好ましい傾向であるからであり、その結果その装置
の自立性は宇宙利用において特に重要である。
【0005】現に公知の装置においては、電離室の壁は
金属例えば、鋼、モリブデンからなり、或いは、もし壁
が絶縁体でなければいけない場合には石英から構成され
る。絶縁体を使用するのは電離室に対して電極間或いは
コイル外側を通じて無線周波数エネルギーの転位をとも
なって生ずる電離室におけるプラズマの励磁に必要であ
るからである。すべて既に引用した場合においては、電
離室の壁上の電子はその装置の動作を制限する重要な要
素を構成する。電離室の壁の特性を修正することによっ
て上記両収率を改善することが可能であることが、現在
の所解明されている。(そしてこれは本発明の基本とな
るものである。)事実、壁に衝突するイオンと電子は組
換え現象、結果的に電荷の消失を受け易いであろう、も
し壁が電気的に導体であれば特にその可能性は高く、し
かもこれらの壁が絶縁材料から構成されていたとしても
役に立たないものでもない。
金属例えば、鋼、モリブデンからなり、或いは、もし壁
が絶縁体でなければいけない場合には石英から構成され
る。絶縁体を使用するのは電離室に対して電極間或いは
コイル外側を通じて無線周波数エネルギーの転位をとも
なって生ずる電離室におけるプラズマの励磁に必要であ
るからである。すべて既に引用した場合においては、電
離室の壁上の電子はその装置の動作を制限する重要な要
素を構成する。電離室の壁の特性を修正することによっ
て上記両収率を改善することが可能であることが、現在
の所解明されている。(そしてこれは本発明の基本とな
るものである。)事実、壁に衝突するイオンと電子は組
換え現象、結果的に電荷の消失を受け易いであろう、も
し壁が電気的に導体であれば特にその可能性は高く、し
かもこれらの壁が絶縁材料から構成されていたとしても
役に立たないものでもない。
【0006】本発明の課題は公知技術を凌駕した多くの
利点を獲得するために、特殊材料により構成され或いは
被覆された壁を有する電離室にある。そのことは、以下
の本文を読めば、当業者は明確に理解できるであろう。
本発明の課題は、放電に直面する壁を有する電離室にあ
り、その内部の電子は2次放出の高い係数材料から構成
され、或いは、その材料によって被覆されている。
利点を獲得するために、特殊材料により構成され或いは
被覆された壁を有する電離室にある。そのことは、以下
の本文を読めば、当業者は明確に理解できるであろう。
本発明の課題は、放電に直面する壁を有する電離室にあ
り、その内部の電子は2次放出の高い係数材料から構成
され、或いは、その材料によって被覆されている。
【0007】有利な実施例では、その表面はガラスから
構成される。ビスマス、鉛、セシウム等のような物質
は、熱膨脹係数、熱伝導率、電導率、その他の物理的及
び(又は)化学的及び(又は)機械的性質をその装置に
関してまたその電離室が動作する状況に関して最適化す
るようにガラス要素に付着される。一実施例によれば、
電離室は2次放出の係数を増加することが可能な例え
ば、セシウム、ビスマス或いは鉛のような材料を被覆し
た内側表面を有することができる。さらに別の本発明の
課題は上記のように限定された電離室よりなるイオン発
生器にある。
構成される。ビスマス、鉛、セシウム等のような物質
は、熱膨脹係数、熱伝導率、電導率、その他の物理的及
び(又は)化学的及び(又は)機械的性質をその装置に
関してまたその電離室が動作する状況に関して最適化す
るようにガラス要素に付着される。一実施例によれば、
電離室は2次放出の係数を増加することが可能な例え
ば、セシウム、ビスマス或いは鉛のような材料を被覆し
た内側表面を有することができる。さらに別の本発明の
課題は上記のように限定された電離室よりなるイオン発
生器にある。
【0008】本発明は実施例に示す発明の詳細な説明及
び添付図面から明瞭に理解できるであろう。図1は既述
の通常の溶解液の略図である。図2は本発明による装置
の実施例の略図である。電子倍率器の分野における理論
及び実験データから以下のことが解明された。電子が垂
直に対してθの角度における2次放出の高い係数(例え
ば、ガラス)を有する材料の表面に衝突するエネルギー
Vを有するとき、放出される2次電子の平均数は
び添付図面から明瞭に理解できるであろう。図1は既述
の通常の溶解液の略図である。図2は本発明による装置
の実施例の略図である。電子倍率器の分野における理論
及び実験データから以下のことが解明された。電子が垂
直に対してθの角度における2次放出の高い係数(例え
ば、ガラス)を有する材料の表面に衝突するエネルギー
Vを有するとき、放出される2次電子の平均数は
【0009】 に等しい。ここで、 Vm (0) θ=0°の時、δが最大のエネルギー ガラスの場合、Vm (0)は300eVと400eVの
間の値である。 δm (0) θ=0°のδの最大値。ガラスの場合、δ
m (0)は凡そ3 α 材料係数は約0.62(ガラスに対して) β 0.55と0.65の間のパラメータ(ガ
ラスに対して)もし、V≦Vm (0)(イオン発生器の
一般的な値である。)
間の値である。 δm (0) θ=0°のδの最大値。ガラスの場合、δ
m (0)は凡そ3 α 材料係数は約0.62(ガラスに対して) β 0.55と0.65の間のパラメータ(ガ
ラスに対して)もし、V≦Vm (0)(イオン発生器の
一般的な値である。)
【0010】上記公式から以上のことが理解できる。即
ちクセノンガスがイオン化されるときの15eVの次数
の例として示されるように、自由電子のエネルギーが最
低の場合にでも、正常投射に対するδの値はほぼ0.8
である。この値は投射電子のエネルギーがより高ければ
高く、最大値はV=Vm (0)に対してほぼ3である。
2次放出の高い係数を有する絶縁材料を使用すればかな
りの予想もつかない利益をもたらすであろう。もし、イ
オン発生器の電離室の壁として使用すれば、その壁にお
いて低レベルの電子しか消失しない。何故なら、それが
消失する代りに、壁に衝突するそれぞれの電子はイオン
化行程を常時継続される第2次電子の放出の平均放出と
なる。結果的に最終分析におけるイオン発生器のエネル
ギーと質量の収率は増加される。
ちクセノンガスがイオン化されるときの15eVの次数
の例として示されるように、自由電子のエネルギーが最
低の場合にでも、正常投射に対するδの値はほぼ0.8
である。この値は投射電子のエネルギーがより高ければ
高く、最大値はV=Vm (0)に対してほぼ3である。
2次放出の高い係数を有する絶縁材料を使用すればかな
りの予想もつかない利益をもたらすであろう。もし、イ
オン発生器の電離室の壁として使用すれば、その壁にお
いて低レベルの電子しか消失しない。何故なら、それが
消失する代りに、壁に衝突するそれぞれの電子はイオン
化行程を常時継続される第2次電子の放出の平均放出と
なる。結果的に最終分析におけるイオン発生器のエネル
ギーと質量の収率は増加される。
【0011】有利な実施例においては本発明はガラス壁
を有する電離室から構成される。上記説明によればガラ
スは金属だけでなく水晶と比較して有利であり、これら
の材料よりは2次放出のより高い係数と(イオンと電子
がその表面上において組み換えられている可能性を表
す)組み換えのより低い係数を有するものである。それ
はまたガラスの組成に少量の他の物質(通常、金属或い
は金属酸化物)を加えることが可能である。このよう
に、熱膨脹、熱伝導、電導の各係数のような所望のいく
つかの物理的特性を修正することもできる。特にビスマ
ス、鉛等が好適である、適当な材料の薄い層をガラスの
表面に被覆することによってそのときの2次放出の係数
のかなりの増大が図られる。それ故、ガラスを使用する
ことによってイオン発生器の設計において通常の材料を
使用するよりももっと大きな可撓性と選択の範囲が提供
されることは明らかである。そしてよりよい実施と低コ
ストでこの装置を製造することができる。
を有する電離室から構成される。上記説明によればガラ
スは金属だけでなく水晶と比較して有利であり、これら
の材料よりは2次放出のより高い係数と(イオンと電子
がその表面上において組み換えられている可能性を表
す)組み換えのより低い係数を有するものである。それ
はまたガラスの組成に少量の他の物質(通常、金属或い
は金属酸化物)を加えることが可能である。このよう
に、熱膨脹、熱伝導、電導の各係数のような所望のいく
つかの物理的特性を修正することもできる。特にビスマ
ス、鉛等が好適である、適当な材料の薄い層をガラスの
表面に被覆することによってそのときの2次放出の係数
のかなりの増大が図られる。それ故、ガラスを使用する
ことによってイオン発生器の設計において通常の材料を
使用するよりももっと大きな可撓性と選択の範囲が提供
されることは明らかである。そしてよりよい実施と低コ
ストでこの装置を製造することができる。
【0012】本発明及び図2の模式的縦断面を示した例
によれば、符号11で示される電離室はガラス製或いは
放電室の側面にガラスを被覆した壁11Aを有し、ガラ
ス或いは均等物は物理的化学的かつ機械的特性に関して
適当な型式のものである。これらの壁は内部にセシウム
或いは2次放出の係数を増すことができる他の材料で被
覆される。そしてガラスは鉛、ビスマス或いは他の物質
と化合できる。室11は適当なガス入口ライン13を通
じてイオン化されるようにガスを受容する。電気エネル
ギーを室内部に転位する装置は電離室の周囲に位置し、
無線周波数発生器15Aから繋がるコイル15のような
例で、模式的に示されている。金属要素15はまた2次
放出の高い係数の材料で被覆されており、電気的に連続
した電圧発生器19に接続されていて、所望の電位にお
ける電離室のプラズマを維持する。このようにしてイオ
ン21のビームにエネルギーを供給するため、イオン2
1のビームは抽出され集束されて抽出装置23によって
加速される。前記金属要素17の形は平たく、ライン1
3の出口に面する所まで拡大される。そして電離室内の
一様なガスの流れを作るべくディフューザとして作用さ
せるために穴を有する。前記要素はまたプラズマに対し
てさらされている金属表面とこれと関連する損失をでき
るだけ制限するためにワイヤー形状にされる。しかも2
次放出の高い係数の材料で被覆されているのである。図
面は本発明の実際の説明をするのに単に準備した例のみ
を示すものであることは理解されるであろう。本発明は
発明の範囲を逸脱しない限りにおいて如何なる変更も許
容されるものである。
によれば、符号11で示される電離室はガラス製或いは
放電室の側面にガラスを被覆した壁11Aを有し、ガラ
ス或いは均等物は物理的化学的かつ機械的特性に関して
適当な型式のものである。これらの壁は内部にセシウム
或いは2次放出の係数を増すことができる他の材料で被
覆される。そしてガラスは鉛、ビスマス或いは他の物質
と化合できる。室11は適当なガス入口ライン13を通
じてイオン化されるようにガスを受容する。電気エネル
ギーを室内部に転位する装置は電離室の周囲に位置し、
無線周波数発生器15Aから繋がるコイル15のような
例で、模式的に示されている。金属要素15はまた2次
放出の高い係数の材料で被覆されており、電気的に連続
した電圧発生器19に接続されていて、所望の電位にお
ける電離室のプラズマを維持する。このようにしてイオ
ン21のビームにエネルギーを供給するため、イオン2
1のビームは抽出され集束されて抽出装置23によって
加速される。前記金属要素17の形は平たく、ライン1
3の出口に面する所まで拡大される。そして電離室内の
一様なガスの流れを作るべくディフューザとして作用さ
せるために穴を有する。前記要素はまたプラズマに対し
てさらされている金属表面とこれと関連する損失をでき
るだけ制限するためにワイヤー形状にされる。しかも2
次放出の高い係数の材料で被覆されているのである。図
面は本発明の実際の説明をするのに単に準備した例のみ
を示すものであることは理解されるであろう。本発明は
発明の範囲を逸脱しない限りにおいて如何なる変更も許
容されるものである。
【図1】通常の溶解液の略図である。
【図2】本発明による装置の実施例の略図である。
1 電離室 2 抽出装置 11 電離室 11A 壁 13 ガス入口ライン 15 コイル 15A 無線周波数発生器 17 金属要素 19 電圧発生器 21 イオン 23 抽出装置
Claims (4)
- 【請求項1】 放電に面する壁と、その内部電子からな
り、2次放出の高い係数の材料から構成され或いはその
材料によって被覆されたことを特徴とする電離室付イオ
ン発生器。 - 【請求項2】 前記壁がそれらの表面は少なくともガラ
ス製であることを特徴とする請求項1に記載の電離室付
イオン発生器。 - 【請求項3】 該装置及び作動される前記室内の状況に
関して、ビスマス、鉛、セシウム等のような種々の物質
がガラス組成物に熱膨脹係数、熱伝導率、電導率、及び
他の物理的及び(又は)化学的及び(又は)機械的性質
を最適化するように付加されることを特徴とする請求項
2に記載の電離室付イオン発生器。 - 【請求項4】 2次放出係数の増加ができるビスマス、
鉛、セシウム或いはその種のもののような材料で被覆し
た内側面を有することを特徴とする請求項1或いは2に
記載の電離室付イオン発生器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT91A000248 | 1991-10-11 | ||
| ITFI910248A IT1252811B (it) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Generatore di ioni con camera di ionizzazione costruita o rivestita con materiale ad alto coefficiente di emissione secondaria |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05242820A true JPH05242820A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=11349817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4253034A Pending JPH05242820A (ja) | 1991-10-11 | 1992-09-22 | 2次放出の高い係数の材料から構成され或いはその材料によって被覆された電離室付イオン発生器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5434469A (ja) |
| EP (1) | EP0537123A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05242820A (ja) |
| IT (1) | IT1252811B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001159387A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-06-12 | Astrium Gmbh | 高周波イオン源及び高周波イオン源の作動方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3268180B2 (ja) * | 1994-11-18 | 2002-03-25 | 株式会社東芝 | イオン発生装置、イオン照射装置、及び半導体装置の製造方法 |
| US5969470A (en) * | 1996-11-08 | 1999-10-19 | Veeco Instruments, Inc. | Charged particle source |
| DE10058326C1 (de) * | 2000-11-24 | 2002-06-13 | Astrium Gmbh | Induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Elektronenquelle mit reduziertem Leistungsbedarf durch elektrostatischen Einschluss von Elektronen |
| WO2007018575A2 (en) * | 2004-11-12 | 2007-02-15 | Thorrn Micro Technologies, Inc. | Ion generation by the temporal control of gaseous dielectric breakdown |
| CN101107444B (zh) * | 2005-01-24 | 2011-06-15 | 文蒂瓦公司 | 电流体动力泵和包括电流体动力泵的冷却装置 |
| US20100177519A1 (en) * | 2006-01-23 | 2010-07-15 | Schlitz Daniel J | Electro-hydrodynamic gas flow led cooling system |
| CN101894725B (zh) * | 2010-07-09 | 2011-12-14 | 清华大学 | 离子源 |
| US9048190B2 (en) * | 2012-10-09 | 2015-06-02 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for processing substrates using an ion shield |
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| US4298817A (en) * | 1979-08-13 | 1981-11-03 | Carette Jean Denis | Ion-electron source with channel multiplier having a feedback region |
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| JPS59151737A (ja) * | 1983-02-17 | 1984-08-30 | Semiconductor Res Found | イオン源 |
| JPS60262333A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-25 | Toshiba Corp | マルチパクタ−荷電粒子源 |
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-
1991
- 1991-10-11 IT ITFI910248A patent/IT1252811B/it active IP Right Grant
-
1992
- 1992-09-22 JP JP4253034A patent/JPH05242820A/ja active Pending
- 1992-10-05 EP EP92830557A patent/EP0537123A1/en not_active Withdrawn
- 1992-10-08 US US07/958,513 patent/US5434469A/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2001159387A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-06-12 | Astrium Gmbh | 高周波イオン源及び高周波イオン源の作動方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0537123A1 (en) | 1993-04-14 |
| ITFI910248A0 (it) | 1991-10-11 |
| US5434469A (en) | 1995-07-18 |
| ITFI910248A1 (it) | 1993-04-11 |
| IT1252811B (it) | 1995-06-28 |
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