JPH0695480B2 - Ion neutralizer - Google Patents
Ion neutralizerInfo
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- JPH0695480B2 JPH0695480B2 JP27152986A JP27152986A JPH0695480B2 JP H0695480 B2 JPH0695480 B2 JP H0695480B2 JP 27152986 A JP27152986 A JP 27152986A JP 27152986 A JP27152986 A JP 27152986A JP H0695480 B2 JPH0695480 B2 JP H0695480B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、高速原子線を発生させるために、イオンの
電荷を効率よく中和させるイオン中和器に関するもので
ある。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion neutralizer for efficiently neutralizing the charge of ions in order to generate a fast atom beam.
[従来の技術] 第2図は、これまで発表された中和器の概略構成図であ
る。図中、1は中央部分が太くなつた円筒形の外囲器、
2は熱電子放出用の円形フイラメント、3はイオンビー
ム、4は高速原子線、5はフイラメント2を加熱するた
めの電源、6は直流バイアス電源である。このイオン中
和器の動作は以下のとおりである。[Prior Art] FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a neutralizer disclosed so far. In the figure, 1 is a cylindrical envelope with a thick central portion,
Reference numeral 2 is a circular filament for emitting thermoelectrons, 3 is an ion beam, 4 is a fast atom beam, 5 is a power source for heating the filament 2, and 6 is a DC bias power source. The operation of this ion neutralizer is as follows.
フイラメント2は外囲器1の中心軸の周りに張られてお
り、かつ外囲器1の中央の太くなつた部分に収められて
いる。電源5,6以外の構成要素を真空容器に収める。電
源5によつて円形フイラメント2を加熱し、多量の熱電
子を放出させる。外囲器1は直流電源6によつて、フイ
ラメント2よりも数V低い電位にバイアスされている。
したがつてフイラメント2から放出した熱電子は、外囲
器1の器壁から反発をうけて、外囲器1の中心軸付近に
集中し、そこに高密度の電子雲を形成する。この電子雲
にイオンビーム3を入射させると、イオン・電子の衝突
・再結合が起きてイオンビーム3は高速原子線4に変換
される。電子再結合の際のイオン・電子衝突において
は、電子の質量がイオンよりも遥かに小さいために、イ
オンの運動エネルギーは殆ど損失することなく、そのま
ま原子に受け継がれて高速原子線4が誕生する。The filament 2 is stretched around the central axis of the envelope 1, and is housed in the thick and central portion of the envelope 1. Put the components other than the power supplies 5 and 6 in a vacuum container. The circular filament 2 is heated by the power source 5 to emit a large amount of thermoelectrons. The envelope 1 is biased by the DC power supply 6 to a potential lower than the filament 2 by several volts.
Therefore, the thermoelectrons emitted from the filament 2 are repelled by the wall of the envelope 1 and are concentrated near the central axis of the envelope 1 to form a high-density electron cloud there. When the ion beam 3 is incident on this electron cloud, collision / recombination of ions / electrons occurs, and the ion beam 3 is converted into a fast atom beam 4. In ion-electron collision at the time of electron recombination, the mass of the electron is much smaller than that of the ion, so that the kinetic energy of the ion is hardly lost and is inherited by the atom as it is to form the fast atom beam 4. .
[発明が解決しようとする問題点] 上記従来形のイオン中和器においては、電子雲密度の調
節は、フイラメント2の加熱電源2とバイアス電源6で
行うわけであるが、十分な電子雲密度が得られず、ひい
ては効率よく高速原子を発生させることが困難であつ
た。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional ion neutralizer described above, the electron cloud density is adjusted by the heating power source 2 and the bias power source 6 of the filament 2, but a sufficient electron cloud density is obtained. However, it was difficult to efficiently generate high-speed atoms.
本発明の目的は、高密度の電子雲を形成し、効率よく高
速原子線を発生させるイオン中和器を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide an ion neutralizer that forms a high-density electron cloud and efficiently generates a fast atom beam.
[問題点を解決するための手段] 本発明は、円筒形の陽極と、この陽極の中心軸に沿つて
設置された針状陰極と、陽極の中心軸に沿つて磁力線を
印加するように、陽極の外側に設置された磁石と、陽極
と陰極の間に電圧を印加するための放電用直流電圧電源
から構成されることを特徴とするものである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a cylindrical anode, a needle-shaped cathode installed along the central axis of the anode, and a magnetic field line applied along the central axis of the anode. It is characterized by comprising a magnet installed outside the anode and a discharge DC voltage power supply for applying a voltage between the anode and the cathode.
本発明はグロー放電に磁界を印加することによつて、高
密度の電子雲を形成させることを最大の特徴とするもの
であつて、熱電子フイラメントとバイアス電圧で電子雲
の高密度化を図る従来法とは、電極構成が根本的に異な
る。The greatest feature of the present invention is to form a high-density electron cloud by applying a magnetic field to the glow discharge. The density of the electron cloud is increased by thermionic filament and bias voltage. The electrode configuration is fundamentally different from the conventional method.
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示す図である。図中、3お
よび4は第2図の同番号と同一の構成要素を示すもので
ある。また、21は円筒形陽極、22は針状陰極、23は磁
石、24は放電用直流高圧電源である。[Embodiment] FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention. In the figure, 3 and 4 indicate the same components as the same numbers in FIG. Further, 21 is a cylindrical anode, 22 is a needle cathode, 23 is a magnet, and 24 is a DC high voltage power supply for discharge.
針状陰極22は円筒形陽極21の中心軸に合致するように設
置されている。磁石23は例えばリング状の磁石であつ
て、磁力線が、円筒形陽極21の中心軸にほぼ平行に入る
ように円筒形陽極21を取り巻いて設置されている。24以
外の構成要素は、真空容器に収められる。The needle-shaped cathode 22 is installed so as to match the central axis of the cylindrical anode 21. The magnet 23 is, for example, a ring-shaped magnet, and is installed so as to surround the cylindrical anode 21 so that the magnetic force lines are substantially parallel to the central axis of the cylindrical anode 21. Components other than 24 are housed in a vacuum container.
上記の構成からなるイオン中和器の動作は次のとおりで
ある。The operation of the ion neutralizer having the above configuration is as follows.
真空容器内に、例えばアルゴンガスを10-4Torr程度注入
し、直流高圧電源24によつて、陽極21・陰極22間に直流
高電圧を印加すれば、陽極21・陰極22間にグロー放電が
発生しプラズマが形成される。この放電において、陰極
22から放出した電子は、陽極21に向かつて加速される
が、この運動方向に対して垂直に磁力線が印加されてい
るために、電子は円運動をしながら飛行する。電子の速
度が小の程、円運動の回転半径は小さいから、陰極22の
付近では回転半径が非常に小さく、電子の空間密度は極
めて高くなる。電子密度の高い空間にイオンビーム3が
入射すると、イオン・電子間で衝突・再結合が起きて高
速原子線が生成される。陽極21の内部のアルゴンガス圧
が高い場合には、イオン・電子の衝突のほかに、イオン
・ガス分子の衝突が生じて、運動エネルギーの低い高速
原子が生成してしまうが、この例のようなガス圧では、
ガス分子の平均自由行程は数10cm以上であるから、イオ
ン・ガス分子の衝突確率は無視できる程に小さい。な
お、注入するガスを酸素にすれば、酸素の高速原子線が
得られることは言うまでもない。In a vacuum vessel, for example, argon gas is injected at about 10 −4 Torr, and a high voltage DC power supply 24 applies a high DC voltage between the anode 21 and the cathode 22 to cause glow discharge between the anode 21 and the cathode 22. It is generated and plasma is formed. In this discharge, the cathode
The electrons emitted from 22 are once accelerated toward the anode 21, but the electrons fly in a circular motion because the magnetic lines of force are applied perpendicularly to this motion direction. Since the radius of gyration of the circular motion is smaller as the velocity of the electron is smaller, the radius of gyration is very small in the vicinity of the cathode 22 and the space density of the electron is extremely high. When the ion beam 3 is incident on a space having a high electron density, collisions / recombination occurs between ions and electrons, and a high-speed atomic beam is generated. When the argon gas pressure inside the anode 21 is high, collisions of ions and gas molecules occur in addition to collisions of ions and electrons, and high-speed atoms with low kinetic energy are generated. With a gas pressure of
Since the mean free path of gas molecules is several tens of centimeters or more, the collision probability of ions and gas molecules is so small that it can be ignored. Needless to say, if oxygen is used as the gas to be injected, a fast atom beam of oxygen can be obtained.
本発明においては、高速原子の生成効率を支配する電子
雲密度を制御するフアクターとして、注入ガス圧、放電
電圧、磁界強度の3つがあつて自由度が高い上に、磁界
強度を強めることによつて、電子雲密度を高めて効率よ
く高速原子線を発生させることができる。In the present invention, three factors, that is, injection gas pressure, discharge voltage, and magnetic field strength, are provided as factors for controlling the electron cloud density that controls the generation efficiency of fast atoms. Then, the electron cloud density can be increased to efficiently generate a fast atom beam.
[発明の効果] 本発明によれば、電子雲密度を制御する際の自由度が高
く、磁界強度を強めることによつて電子雲密度を高めて
効率よく高速原子線を発生させることができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the degree of freedom in controlling the electron cloud density is high, and the electron cloud density can be increased by increasing the magnetic field strength to efficiently generate a high-speed atomic beam.
高速原子線は、高速のイオンビームと同様に、スパツタ
蒸着による薄膜形成、スパツタエツチングによる微細パ
ターン加工、二次イオン質量分析による材料評価に利用
することができる。特に、高速原子線は非荷電性である
ために、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム法が
不得意とするプラスチツクス、セラミツクスなどの絶縁
物を対象とする場合にも威力がある。その意味におい
て、大量の高速原子を生成するイオン中和器が得られる
ことは、加工、分析の能率向上に非常に有益である。The fast atom beam can be used for thin film formation by sputter deposition, fine pattern processing by sputter etching, and material evaluation by secondary ion mass spectrometry, similarly to the fast ion beam. In particular, since the fast atom beam is non-chargeable, it is effective not only for metals and semiconductors but also for insulators such as plastics and ceramics, which are not good at the ion beam method. In that sense, obtaining an ion neutralizer that produces a large amount of fast atoms is very useful for improving the efficiency of processing and analysis.
第1図は本発明の一実施例として示したイオン中和器の
概略構成図、第2図は従来のイオン中和器の概略構成図
である。 3……イオンビーム、4……高速原子線、21……円筒形
陽極、22……針状陰極、23……磁石、24……放電用直流
高圧電源。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion neutralizer shown as an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional ion neutralizer. 3 ... Ion beam, 4 ... Fast atom beam, 21 ... Cylindrical anode, 22 ... Needle cathode, 23 ... Magnet, 24 ... DC high-voltage power supply for discharge.
Claims (1)
によつて、イオンの電荷を中和し高速原子線を発生させ
るイオン中和器において、円筒形の陽極と、この陽極の
中心軸に沿つて設置された針状陰極と、陽極の中心軸に
沿つて磁力線を印加するように、陽極の外側に設置され
た磁石と、陽極と陰極の間に電圧を印加するための放電
用直流高圧電源から構成されることを特徴とするイオン
中和器。1. An ion neutralizer for neutralizing the charge of ions to generate a high-speed atom beam by injecting an ion beam into an electron cloud. A cylindrical anode and a central axis of the anode are provided. A needle-like cathode installed alongside the magnet, a magnet installed outside the anode so that magnetic field lines are applied along the central axis of the anode, and a DC high voltage for discharge for applying a voltage between the anode and the cathode. An ion neutralizer characterized by being composed of a power supply.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27152986A JPH0695480B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Ion neutralizer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27152986A JPH0695480B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Ion neutralizer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63125000A JPS63125000A (en) | 1988-05-28 |
| JPH0695480B2 true JPH0695480B2 (en) | 1994-11-24 |
Family
ID=17501334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27152986A Expired - Lifetime JPH0695480B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Ion neutralizer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695480B2 (en) |
-
1986
- 1986-11-14 JP JP27152986A patent/JPH0695480B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63125000A (en) | 1988-05-28 |
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