SU1115625A1 - Импульсный микропинчевый источник м гкого рентгеновского излучени - Google Patents

Abstract

ИМПУЛЬСНЫЙ МИКРОПИНЧЕВЫЙ ИСТОЧНИК МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛ ///// ЧЕНИЯ, содержащий анод, заостренный на конце и расположенный в металлической разр дной камере, отличающийс  тем, что, с целью повышени  ресурса работы-и эффективности преобразовани  электрической энергии в энергию рентгеновского излучени  в выбранном диапазоне, анод выполнен в виде полого .цилиндра, внут-, ри которого размещен подвижный стержень , диаметр которого составл ет 0,1-0,5 внешнего диаметра цилиндра и выступает на 0,2-3 мм над краем анода, причем анод и стержень из Отовлены из различных материалов, N-, М-, L- либо К-ионы которых имеют линии излучени  в выбранном диапазоне спектра излучени . . . . , ч X NI ч

Description

Изобретение относитс  к плазменным источникам рентгеновского излучени  и технике сильноточньпс разр дов в плазме, сжимающейс  собственны магнитным полем тока (пинчи), и может быть использовано дл  производства больших интегральных схем в рентгенолитографии, оптоэлектронных схем с субмикронными размерами, элементов и в кристаллографии. Известен источник м гкого рентгеновского излучени , называемый малоиндуктивной вакуумной искрой или мик ропинчевьм разр дом, дл  спектроско пических исследований. В этом источнике используетс  линейчатое тепловое излучение высокотемпературной плазмы, образующейс  в результате локального пинчевани  плазменного канала. При этом в локальной области, называемой плазменной точкой 1-ши микропинчем с характ ньм размером см образуютс  ионы высокой кратности ионизации, интенсивно излучающие, в рентгеновской об ласти спектра. Недостатком этих устройств. вл .етс  малый ресур работы анода (не более 100 разр дов), недостаточна   ркость излучени  дл  практических применений, ограниченные возможности варьировани  спектрального состава излучени . Наиболее близким к предложенному источнику  вл етс  импульсный микропинчевый источник м гкого рентгеновс кого излучени , содержащий анод, заостренный на конце и расположенньй в металлической разр дной камере .. К1Щ преобразовани  электрической энергии в энергию рентгеновского излучени  в диапазоне 0,5-2 нм дл  стального анода равен 1 0,8% и в дес тки раз превышает эффективность источника и рен лаэерно плазменного геновских трубок. Вследствие быстрой эрозии i центральной части анода ресурс источник составл ет лишь 100-300 разр дов, после чего, необходимо развакуумировать камеру дл  смены анода. Это  в л етс  серьезным недостатком дл  применени  его в промьпиленности н л бораторной практике. Кроме того, , необходимость использовани  дополни тельного фильтра, защищающего рентгеновскую маску от плазмы (т.е. дополнительного поглотител ), а также достижени  максимального разрешени  при удалении экспонируемого объекта без потери производительности требует повышени  эффективности этого источника , что в существующей конструкции оказалось невозможным. Наконец, источник не позвол ет широковарьировать спектральные характеристики излучени . Цель изобретени  - повьшгение ресурса работы и эффективности преобразовани  электрической энергии в энергию рентгеновского излучени  в выбранном диапазоне. Эта цель достигаетс  тем, что в импульсном микропинчевом источнике м гкого рентгеновского излучени , содержащем анод,, заостренный на конце и расположенный в металлической разр дной камере, анод выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого размещен подвижный стержень, диаметр которого составл ет 0,1-0,5 от внешнего диаметра цилиндра. Один конец стержн  выводитс  из камеры в устройство, обеспечивающее его продольное перемещение. В процессе работы производ.итс  продольна  подача стержн  так, чтобы второй конец выступал на 0,2-3 мм над краем анода. Величина эрозии: стержн  (экспериментальна ) составл ет в среднем 0,005-0,02 мм за разр д (в зависи .мости от используемого материала), компенсирующа  эрозии скорость осевого передвижени стержн  подбираетс  экспериментально. Это позвол ет увеличить ресурс до 10 разр дов и даже больше в зависимости от величины полной псцачи стержн . Величина эрозии i самого анода (при оптш 1альном диаметре стержн ) не превышает 1/50-1/100 от эрозии стержн , если а.нод изготовлен из достаточно стойкого материала (сталь, вольфрам). Таким образом, за 10 разр дов анод укорачиваетс  на 1-4 мм, что не уменьшает значительно эффективности :.источника. Когда стержень и анод .изготовлены из различных материалов, с целью увеличени  эффективности источ .ника и дл  увеличени  ресурса работ.ы из более стойкого материала изготовл  етс  анод. Экспериментально установ-лено , что положительный эффект (в данном случае увеличение ресурса) до .стигаетс , когда диаметр стержн  №- отверсти  ваноде составл ет 0,1-0,5 от внешнего диаметра анода, оптимальный диаметр стержн  равен 1-1,5 мм при диаметре анода 4 мм. Данна  конструкци  анода дает возможность использовать комбинацию различных металлов , либо сплавов металлов, либо иных материалов, подобранных с таким расчетом, чтобы N, М, L либо К-ионы соответствующих элементов имели интенсивные (резонансные) линии излуче НИН в диапазоне спектра, выбранном дл Практического использовани . IIpи этом за счет увеличени  числа интенсивнЕЛХ линий в данном участке спектра происходит увеличение КПД преобразовани  электрической энергии в рентгеновское излучение этого диапазона. Например, экспериментально установлено, что комбинаци  сталь (анод) + алюминрш (стержень ) увеличивает эффективность на 200% в диапазоне 0,5-2 им, используемым дл  рентгенолитографии, по срав нению с анодами, целиком изготовленными из одного из этих материалов. Аналогично можно осуществить подбор рабочих элементов дл  любого иного участка спектра м гкого рентгеновско го излучени . Така  комбинаци  также увеличивает ресурс работы источника, так как анод изготавливаетс  из более стойкого к эрозии отобранного материала . Кроме того, подбор различных материалов дл  анода и стержн  позвол ет регулировать как спектральный состав излучени  внутри заданного диапазона так и сдвигать или расшир ть диапазон излучени  источника. Например, та же комбинаци  сталь (анод) + алюминий экспериментально изменила состав излучени  в диапазоне 0,5-2 нм по сравнению со сплошным анодом так, что интенсивность жесткого кра  существенно подн лась за счет излучени  К-ионов алюмини . Применение графитового стерж

н  позволило резко увеличить  ркость вблизи 4,5 нм (К-спектр углерода), т.е. расширить диапазон в более м гкую область.

На чертеже изображена конструкци  предложенного микропинчевого источника м гкого рентгеновского излучени  в разрезе.

Источник рентгеновского излучени  состоит из металлического корпуса 1, служащего обратным токопроводом, анода 2 с осевым отверстием, закрепленного в анодном держателе 3, котоности до 10 см , Эта микропинчева  область существует доли наносекунды , после чего разрушаетс . Излучение разр да в рентгеновской области спектра практически целиком определ етс  тепловым (линейчатым) излучением ионов высокой кратности ионизации, образующихс  в микропинчевой области в процессе ее образовани  и разрушени . В целом размер источника не превьшает 0,1 мм, однако разброо положени  его от разр да к разр ду увеличивает эффективный размер источника до 1 мм при оптимальном рый, в свою очередь, отделен от корпуса кольцевым изол тором А. Центральный стержень 5 проходит через анод, анодный держатель и выводитс  в устройство дл  продольной подачи. Инициирование разр да осуществл етс  триггерным электродом 6. Камера откачиваетс  до давлени  мм рт.ст. Устройство работает следующим образом . После зар дки основного и вспомогательного триггерного конденсатора на триггерный электрод с помощью коммутирующей схемы подаетс  высоковольтный импульс 10-20 кв. Между триггерным электродом и корпусом камеры возникает разр д. Образовавша с  плазма вытекает через отверстие в межэлектродное пространство, образу  плазменный катод, из которого выт гиваютс  электрическим полем электроны , бомбардирующие стержень и анод и вызывающие их эрозию i. Облака анодной и катодной плазмы движутс  навстречу друг другу, образу  разр дный канат после смыкани . По мере нарастани  тока до величины 10 А плазменный канал линчуетс  до диаметра 1 мм, после чего вблизи заостренной части анода (конца стержн ) формируетс  перет жка с минимальным радиусом 0,1 мм и характерной длиной 1 мм. Вытекание плазмы из перет жки в осевом направлении приводит к увеличению температуры плазмы в этой области, увеличива  тем самым степень ионизации плазмы. При этом данный участок оказываетс  в услови х когда излучательные потери станов тс  больше джоулева нагрева, что, в свою очередь, приводит к дополнительному локальному сжатию до размера 10 мм, увеличению электронной температуры до 1 кэВ и электронной пло.т5111

соотношении диаметра анода и межэлектродного промежутка.

Использовани  предлагаемой конструкции комбинированного анода с подвижным центральным Ьтержнем обеспечило получение микропинчевой излучающей области в течение до 10 последовательных разр дов с эффективностью не хуже 70% при увеличении  ркости источника на 100-200% в используемом дл  рентгенолитографии участке спектра . Комбинации материалов,из которых изготовлены стержень и анод, например сталь (анод) + алюминий (стержень ), сталь (анод) + титан (стержень ), сталь (анод) + медь (стержень)

56

сплав ВМБ (анод) + сталь (стержень) практичаски увеличивают КГЩ источника в участке 0,5-2 нм, используемом дл  рентгенолитографии, -на 100-200%,

При этом происходит изменение спектрального состава излучени  в данном диапазоне за счет добавлени  линий излучени  другого элемента. Использование графитового стержн  позволило увеличить  ркость источника вблизи 4,5 нм, т,е, расширить диапазон в м гкую сторону, причем преобразовани  электрической энергии в энергию рентгеновского излучени  в этом

случае (т,е, в диапазоне 1-4,5 нм) достигает 8%.

Claims (1)

1. ИМПУЛЬСНЫЙ МИКРОПИНЧЕВЫЙ ИСТОЧНИК МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУ-

   ЧЕНИЯ, содержащий анод, заостренный на конце и расположенный в металлической разрядной камере, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы и эффективности преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения в выбранном диапазоне, анод выполнен в виде полого .цилиндра, внут·.. ри которого размещен подвижный стержень, диаметр которого составляет 0,1-0,5 внешнего диаметра цилиндра и выступает на 0,2-3 мм над краем анода, причем анод и стержень изготовлены из различных материалов, N-, М-, L- либо К-ионы которых имеют <g линии излучения в выбранном диапазоне спектра излучения.