JPH0693348B2 - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
- Publication number
- JPH0693348B2 JPH0693348B2 JP61064987A JP6498786A JPH0693348B2 JP H0693348 B2 JPH0693348 B2 JP H0693348B2 JP 61064987 A JP61064987 A JP 61064987A JP 6498786 A JP6498786 A JP 6498786A JP H0693348 B2 JPH0693348 B2 JP H0693348B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- grid
- rejector
- filament
- acceleration grid
- Prior art date
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大量のイオンビームを放出するイオン源に関
するものである。
するものである。
イオンビームを放出するイオン源には数多くの種類のも
のが公表されている。第２図に示すのはその一例であり
従来のイオン源である。第２図において、１は熱電子放
出用フィラメント、２は熱電子、３は電子加速用円筒電
極、４はイオン引出し用円板電極、５はイオンビーム、
６は外囲器、７はマグネット、８はフィラメント加熱電
源、９は電子加速直流電源、10はイオン引出し直流電源
である。上記イオン源の動作はつぎの通りである。まず
外囲器６の内部を十分に排気する。フィラメント加熱電
源８によりフィラメント１を加熱し、熱電子２を放出さ
せる。熱電子２はフィラメント１に対して同心状に配置
された円筒電極３、およびこれに電位を与える電子加速
直流電源９によって加速され、外囲器６内部の残留ガス
分子と衝突してこれをイオン化し、プラズマを発生させ
ながら電子加速用円筒電極３に向って飛行する。熱電子
２が飛行する空間にはマグネット７によって、電子加速
用円筒電極３の軸方向に磁界が印加されているために、
熱電子２は上記電子加速用円筒電極３の軸に垂直な平面
内で、かつフィラメント１のまわりに回転運動を起し、
残留ガス気体分子との衝突効率が増加して大量の正イオ
ンが発生する。プラズマ中の正イオンは、イオン引出し
用円板電極４および該電極４に電位を与えるイオン引出
し直流電源10によって、イオン引出し用円板電極４の中
央の孔よりイオンビーム５となって引出される。
のが公表されている。第２図に示すのはその一例であり
従来のイオン源である。第２図において、１は熱電子放
出用フィラメント、２は熱電子、３は電子加速用円筒電
極、４はイオン引出し用円板電極、５はイオンビーム、
６は外囲器、７はマグネット、８はフィラメント加熱電
源、９は電子加速直流電源、10はイオン引出し直流電源
である。上記イオン源の動作はつぎの通りである。まず
外囲器６の内部を十分に排気する。フィラメント加熱電
源８によりフィラメント１を加熱し、熱電子２を放出さ
せる。熱電子２はフィラメント１に対して同心状に配置
された円筒電極３、およびこれに電位を与える電子加速
直流電源９によって加速され、外囲器６内部の残留ガス
分子と衝突してこれをイオン化し、プラズマを発生させ
ながら電子加速用円筒電極３に向って飛行する。熱電子
２が飛行する空間にはマグネット７によって、電子加速
用円筒電極３の軸方向に磁界が印加されているために、
熱電子２は上記電子加速用円筒電極３の軸に垂直な平面
内で、かつフィラメント１のまわりに回転運動を起し、
残留ガス気体分子との衝突効率が増加して大量の正イオ
ンが発生する。プラズマ中の正イオンは、イオン引出し
用円板電極４および該電極４に電位を与えるイオン引出
し直流電源10によって、イオン引出し用円板電極４の中
央の孔よりイオンビーム５となって引出される。
上記従来例のイオン源は、２つの大きな欠点があった。
すなわち、（１）フィラメント１から電子加速用円筒電
極３までの距離が長いため空間電荷効果が大きく、十分
な量の熱電子２を取出すことが困難であり、したがって
大量のイオンビームを取出すことができなかった。
（２）イオン引出し用円板電極４の電界が電子加速用円
筒電極３の内部におよび、フィラメント１と上記電子加
速用円筒電極３との間に形成される電子加速のための電
界分布をくずしてしまい、熱電子２と残留ガス気体分子
との衝突によるプラズマの発生を妨害した。
すなわち、（１）フィラメント１から電子加速用円筒電
極３までの距離が長いため空間電荷効果が大きく、十分
な量の熱電子２を取出すことが困難であり、したがって
大量のイオンビームを取出すことができなかった。
（２）イオン引出し用円板電極４の電界が電子加速用円
筒電極３の内部におよび、フィラメント１と上記電子加
速用円筒電極３との間に形成される電子加速のための電
界分布をくずしてしまい、熱電子２と残留ガス気体分子
との衝突によるプラズマの発生を妨害した。
上記空間電荷効果を抑え、プラズマの正常な発生を促し
て、大量のイオンビームを取出すことを可能にしたもの
である。
て、大量のイオンビームを取出すことを可能にしたもの
である。
本発明は、熱電子発生用のフィラメントおよびその加熱
電源と、上記フィラメントを取囲み上記フィラメントよ
り高い正電位を保持する網目状円筒形の電子加速グリッ
ド、および上記電子加速グリッドを正電位に保つ直流電
源と、上記電子加速グリッドを囲み同心状に配置され、
上記電子加速グリッドに対し負電位に保持されたイオン
加速グリッドと、該イオン加速グリッドを負電位に保つ
直流電源と、上記イオン加速グリッドを取囲み上記イオ
ン加速グリッドに対して正電位を保持し、上方に拡がり
を有する円錐形状のイオンリジェクタと、該イオンリジ
ェクタを正電位に保つ直流電源と、上記イオンリジェク
タの上方近傍にイオンリジェクタの底面と平行に配置さ
れ、上記イオンリジェクタに対し負電位に保持される平
板グリッドと、該平板グリッドを負電位に保つ直流電源
と、上記電子加速グリッドの中心軸と平行に直流磁界を
印加し、上記イオンリジェクタを同心状に取囲む電磁コ
イルを備え、上記フィラメントで発生した熱電子を上記
電子加速グリッドで引出し、気体分子のイオン化に十分
な運動エネルギーまで加速し、上記電子加速グリッドの
網目をくぐり抜けた熱電子を気体分子に衝突させて発生
するイオンを上記イオン加速グリッドで加速し、イオン
加速グリッドの網目をくぐり抜けたイオンをイオンリジ
ェクタで追い返してイオンの飛行軌道を変え、上記イオ
ンを平板グリッドで引出すようにしたため、プラズマの
正常な発生が促進され、大量のイオンビームを発生させ
ることができる。
電源と、上記フィラメントを取囲み上記フィラメントよ
り高い正電位を保持する網目状円筒形の電子加速グリッ
ド、および上記電子加速グリッドを正電位に保つ直流電
源と、上記電子加速グリッドを囲み同心状に配置され、
上記電子加速グリッドに対し負電位に保持されたイオン
加速グリッドと、該イオン加速グリッドを負電位に保つ
直流電源と、上記イオン加速グリッドを取囲み上記イオ
ン加速グリッドに対して正電位を保持し、上方に拡がり
を有する円錐形状のイオンリジェクタと、該イオンリジ
ェクタを正電位に保つ直流電源と、上記イオンリジェク
タの上方近傍にイオンリジェクタの底面と平行に配置さ
れ、上記イオンリジェクタに対し負電位に保持される平
板グリッドと、該平板グリッドを負電位に保つ直流電源
と、上記電子加速グリッドの中心軸と平行に直流磁界を
印加し、上記イオンリジェクタを同心状に取囲む電磁コ
イルを備え、上記フィラメントで発生した熱電子を上記
電子加速グリッドで引出し、気体分子のイオン化に十分
な運動エネルギーまで加速し、上記電子加速グリッドの
網目をくぐり抜けた熱電子を気体分子に衝突させて発生
するイオンを上記イオン加速グリッドで加速し、イオン
加速グリッドの網目をくぐり抜けたイオンをイオンリジ
ェクタで追い返してイオンの飛行軌道を変え、上記イオ
ンを平板グリッドで引出すようにしたため、プラズマの
正常な発生が促進され、大量のイオンビームを発生させ
ることができる。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第１図
は本発明によるイオン源の一実施例を示す構成図であ
る。第１図において、外囲器６内には加熱電源８に接続
された熱電子放射用フィラメント１が設けられ、上記フ
ィラメント１を取囲む同心状の網目状円筒形の電子加速
グリッド21を設け、上記電子加速グリッド21には上記フ
ィラメント１より高い正電位に保つ直流電源９が与えら
れ、上記電子加速グリッド21を囲み同心状にイオン加速
グリッド22が配置され、上記電子加速グリッド21に対し
負電位に保つ直流電源25が接続され、上記イオン加速グ
リッド22の外側には上方に拡がりを有する円錐台形のイ
オンリジェクタ23を設け、イオンリジェクタ23を上記イ
オン加速グリッド22に対し正電位に保つ直流電源26を備
え、上記イオンリジェクタ23の上方近傍にはイオンリジ
ェクタ23の底面と平行に平板グリッド24が配置され、上
記イオンリジェクタ23に対し電源27により負電位に保持
されている。また、上記イオンリジェクタ23を取囲む外
囲器６の外周にはマグネット７が設けられている。
は本発明によるイオン源の一実施例を示す構成図であ
る。第１図において、外囲器６内には加熱電源８に接続
された熱電子放射用フィラメント１が設けられ、上記フ
ィラメント１を取囲む同心状の網目状円筒形の電子加速
グリッド21を設け、上記電子加速グリッド21には上記フ
ィラメント１より高い正電位に保つ直流電源９が与えら
れ、上記電子加速グリッド21を囲み同心状にイオン加速
グリッド22が配置され、上記電子加速グリッド21に対し
負電位に保つ直流電源25が接続され、上記イオン加速グ
リッド22の外側には上方に拡がりを有する円錐台形のイ
オンリジェクタ23を設け、イオンリジェクタ23を上記イ
オン加速グリッド22に対し正電位に保つ直流電源26を備
え、上記イオンリジェクタ23の上方近傍にはイオンリジ
ェクタ23の底面と平行に平板グリッド24が配置され、上
記イオンリジェクタ23に対し電源27により負電位に保持
されている。また、上記イオンリジェクタ23を取囲む外
囲器６の外周にはマグネット７が設けられている。
上記のように構成されたイオン源の動作をつぎに説明す
る。外囲器６の内部を十分に排気したのち、加熱電源８
によってフィラメント１を加熱し熱電子２を放出させ
る。熱電子２は電子加速グリッド21に向って加速され、
上記電子加速グリッド21の網の目を通過する。熱電子２
はさらにイオン加速グリッド22に向って進むが、上記イ
オン加速グリッド22と電子加速グリッド21との間の空間
には上記熱電子２に対する減速電界がかかっているため
に、次第に速度を失って遂に停止し、方向を反転しあら
ためて電子加速グリッド21に向って加速されはじめる。
上記空間を飛行している間に熱電子２は気体分子に衝突
して気体分子をイオン化しプラズマを発生する。上記気
体分子の電子衝撃によるイオン化効率は、熱電子２の運
動エネルギーが70〜150eVの範囲で最も大きいから、上
記の熱電子停止前後で大量の正イオンが発生することに
なる。また上記空間にはマグネット７によって円筒形の
イオン加速グリッド22の軸方向に磁界が印加されている
ため、熱電子２は上記イオン加速グリッド22の軸に垂直
な面内で、電子加速グリッド21のまわりに回転運動を起
し気体分子との衝突確率が増加し、さらに大量の正イオ
ンを発生してプラズマを形成する。プラズマ中の正イオ
ンは上記イオン加速グリッド22に引かれて加速され、イ
オン加速グリッド22の網の目を通過してイオンリジェク
タ23に向う。上記イオン加速グリッド22に対してイオン
リジェクタ23の電位は正であり、イオン引出しを行う平
板グリッド24の電位は負であるから、イオンの飛行軌道
は平板グリッド24に向って偏向され、上記平板グリッド
24の網の目を通過し、イオンビーム５として引出され
る。
る。外囲器６の内部を十分に排気したのち、加熱電源８
によってフィラメント１を加熱し熱電子２を放出させ
る。熱電子２は電子加速グリッド21に向って加速され、
上記電子加速グリッド21の網の目を通過する。熱電子２
はさらにイオン加速グリッド22に向って進むが、上記イ
オン加速グリッド22と電子加速グリッド21との間の空間
には上記熱電子２に対する減速電界がかかっているため
に、次第に速度を失って遂に停止し、方向を反転しあら
ためて電子加速グリッド21に向って加速されはじめる。
上記空間を飛行している間に熱電子２は気体分子に衝突
して気体分子をイオン化しプラズマを発生する。上記気
体分子の電子衝撃によるイオン化効率は、熱電子２の運
動エネルギーが70〜150eVの範囲で最も大きいから、上
記の熱電子停止前後で大量の正イオンが発生することに
なる。また上記空間にはマグネット７によって円筒形の
イオン加速グリッド22の軸方向に磁界が印加されている
ため、熱電子２は上記イオン加速グリッド22の軸に垂直
な面内で、電子加速グリッド21のまわりに回転運動を起
し気体分子との衝突確率が増加し、さらに大量の正イオ
ンを発生してプラズマを形成する。プラズマ中の正イオ
ンは上記イオン加速グリッド22に引かれて加速され、イ
オン加速グリッド22の網の目を通過してイオンリジェク
タ23に向う。上記イオン加速グリッド22に対してイオン
リジェクタ23の電位は正であり、イオン引出しを行う平
板グリッド24の電位は負であるから、イオンの飛行軌道
は平板グリッド24に向って偏向され、上記平板グリッド
24の網の目を通過し、イオンビーム５として引出され
る。
上記のように、電子加速グリッド21がフィラメント１に
接近して配置されているため空間電荷効果が軽減され、
大量の熱電子２の引出しが容易であり、ひいては大量の
イオン形成が可能になる。またイオン加速グリッド22、
平板グリッド24が電子加速グリッド21の外側にあって、
電子加速グリッド21の内部の電界がプラズマの発生を妨
害することがないから、正常なプラズマの発生が促さ
れ、大量のイオン発生につながる。
接近して配置されているため空間電荷効果が軽減され、
大量の熱電子２の引出しが容易であり、ひいては大量の
イオン形成が可能になる。またイオン加速グリッド22、
平板グリッド24が電子加速グリッド21の外側にあって、
電子加速グリッド21の内部の電界がプラズマの発生を妨
害することがないから、正常なプラズマの発生が促さ
れ、大量のイオン発生につながる。
上記のように本発明によるイオン源は、電子と気体分子
との衝突によりプラズマが発生するイオンビームのイオ
ン源において、熱電子を発生するフィラメントおよび該
フィラメントの加熱電源と、上記フィラメントを取囲み
上記フィラメントより高い正電位を保持する網目状円筒
形の電子加速グリッド、および上記電子加速グリッドを
正電位に保つ直流電源と、上記電子加速グリッドを囲み
同心状に配置され、上記電子加速グリッドに対し負電位
に保持されたイオン加速グリッドと、該イオン加速グリ
ッドを負電位に保つ直流電源と、上記イオン加速グリッ
ドを取囲み上記イオン加速グリッドに対して正電位を保
持し、上方に拡がりを有する円錐形状のイオンリジェク
タと、該イオンリジェクタを正電位に保つ直流電源と、
上記イオンリジェクタの上方近傍にイオンリジェクタの
底面と平行に配置され、上記イオンリジェクタに対し負
電位に保持される平板グリッドと、該平板グリッドを負
電位に保つ直流電源と、上記電子加速グリッドの中心軸
と平行に直流磁界を印加し、上記イオンリジェクタを同
心状に取囲む電磁コイルを備えたことにより、空間電荷
効果を軽減し、正常なプラズマの発生を促す電極構成と
したために、大量のイオンビームの取出しが可能なイオ
ン源を得ることができる。
との衝突によりプラズマが発生するイオンビームのイオ
ン源において、熱電子を発生するフィラメントおよび該
フィラメントの加熱電源と、上記フィラメントを取囲み
上記フィラメントより高い正電位を保持する網目状円筒
形の電子加速グリッド、および上記電子加速グリッドを
正電位に保つ直流電源と、上記電子加速グリッドを囲み
同心状に配置され、上記電子加速グリッドに対し負電位
に保持されたイオン加速グリッドと、該イオン加速グリ
ッドを負電位に保つ直流電源と、上記イオン加速グリッ
ドを取囲み上記イオン加速グリッドに対して正電位を保
持し、上方に拡がりを有する円錐形状のイオンリジェク
タと、該イオンリジェクタを正電位に保つ直流電源と、
上記イオンリジェクタの上方近傍にイオンリジェクタの
底面と平行に配置され、上記イオンリジェクタに対し負
電位に保持される平板グリッドと、該平板グリッドを負
電位に保つ直流電源と、上記電子加速グリッドの中心軸
と平行に直流磁界を印加し、上記イオンリジェクタを同
心状に取囲む電磁コイルを備えたことにより、空間電荷
効果を軽減し、正常なプラズマの発生を促す電極構成と
したために、大量のイオンビームの取出しが可能なイオ
ン源を得ることができる。
第１図は本発明によるイオン源の一実施例を示す構成
図、第２図は従来のイオン源を示す構成図である。 １…フィラメント、２…熱電子 ７…電磁コイル ８…フィラメント加熱電源 ９…電子加速グリッド電源 21…電子加速グリッド、22…イオン加速グリッド 23…イオンリジェクタ、24…平板グリッド 25…イオン加速グリッド電源 26…イオンリジェクタ電源 27……平板グリッド電源
図、第２図は従来のイオン源を示す構成図である。 １…フィラメント、２…熱電子 ７…電磁コイル ８…フィラメント加熱電源 ９…電子加速グリッド電源 21…電子加速グリッド、22…イオン加速グリッド 23…イオンリジェクタ、24…平板グリッド 25…イオン加速グリッド電源 26…イオンリジェクタ電源 27……平板グリッド電源
Claims (1)
- 【請求項１】電子と気体分子との衝突によりプラズマが
発生するイオンビームのイオン源において、熱電子を発
生するフィラメントおよび該フィラメントの加熱電源
と、上記フィラメントを取囲み上記フィラメントより高
い正電位を保持する網目状円筒形の電子加速グリッド、
および上記電子加速グリッドを正電位に保つ直流電源
と、上記電子加速グリッドを囲み同心状に配置され、上
記電子加速グリッドに対し負電位に保持されたイオン加
速グリッドと、該イオン加速グリッドを負電位に保つ直
流電源と、上記イオン加速グリッドを取囲み上記イオン
加速グリッドに対して正電位を保持し、上方に拡がりを
有する円錐形状のイオンリジェクタと、該イオンリジェ
クタを正電位に保つ直流電源と、上記イオンリジェクタ
の上方近傍にイオンリジェクタの底面と平行に配置さ
れ、上記イオンリジェクタに対し負電位に保持される平
板グリッドと、該平板グリッドを負電位に保つ直流電源
と、上記電子加速グリッドの中心軸と平行に直流磁界を
印加し、上記イオンリジェクタを同心状に取囲む電磁コ
イルを備えたことを特徴とするイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61064987A JPH0693348B2 (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61064987A JPH0693348B2 (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62222548A JPS62222548A (ja) | 1987-09-30 |
| JPH0693348B2 true JPH0693348B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=13273911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61064987A Expired - Fee Related JPH0693348B2 (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693348B2 (ja) |
-
1986
- 1986-03-25 JP JP61064987A patent/JPH0693348B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62222548A (ja) | 1987-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |