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JPS63143800A - High speed atomic beam source - Google Patents

High speed atomic beam source

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Publication number
JPS63143800A
JPS63143800A JP28886486A JP28886486A JPS63143800A JP S63143800 A JPS63143800 A JP S63143800A JP 28886486 A JP28886486 A JP 28886486A JP 28886486 A JP28886486 A JP 28886486A JP S63143800 A JPS63143800 A JP S63143800A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
anode
atomic beam
electrons
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP28886486A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH06101395B2 (en
Inventor
一敏 長井
房男 下川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は取り出し効率の高い高速原子線を放出する線源
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a radiation source that emits a high-speed atomic beam with high extraction efficiency.

[従来の技術] 第3図を参照して従来発表されている気体原子の高速原
子線を発生する高速原子線源のうち運動エネルギーが0
.5〜10keVのアルゴン原子を放射する高速原子線
源の一例を説明する。
[Prior art] Among the high-speed atomic beam sources that generate high-speed atomic beams of gaseous atoms, which have been previously published with reference to Figure 3, kinetic energy is 0.
.. An example of a fast atomic beam source that emits 5 to 10 keV argon atoms will be described.

図中、1は両端面を有する円筒状陰極、2はリング状陽
極である。陰極1の両端面は薄い金属板で作製されてい
る。3は0.5〜10kVの直流高圧電源、4は陰g!
1の1つの端面に取り付けられたガス導入孔、5はアル
ゴンガス、6はプラズマ、7は陰極1の他の端面に穿た
れた高速原子線放出孔、8は高速原子線である。
In the figure, 1 is a cylindrical cathode having both end faces, and 2 is a ring-shaped anode. Both end surfaces of the cathode 1 are made of thin metal plates. 3 is a 0.5-10kV DC high voltage power supply, 4 is a negative g!
1 is a gas introduction hole attached to one end face of cathode 1; 5 is argon gas; 6 is plasma; 7 is a fast atomic beam emission hole bored in the other end face of cathode 1; 8 is a fast atomic beam.

以上の構成要素のうちの直流高圧電源3以外を真空容器
(図示せず)に入れる。真空容器中の空気を十分に排気
した後にガス導入孔4からアルゴンガス5を円筒状陰極
1の内部に導入する。陽極2が正電位、陰極1が負電位
となるように直流高圧電源3から、直流高電圧を印加す
る。この印加により、陰8i1の両端面とそれらの間に
ある陽極2との間に各々グロー放電が起こり、プラズマ
6が発生してアルゴンイオンと電子が生成される。
Of the above components, except for the DC high voltage power supply 3, are placed in a vacuum container (not shown). After the air in the vacuum container is sufficiently exhausted, argon gas 5 is introduced into the cylindrical cathode 1 through the gas introduction hole 4. A DC high voltage is applied from a DC high voltage power supply 3 so that the anode 2 has a positive potential and the cathode 1 has a negative potential. By this application, glow discharge occurs between both end faces of the negative 8i1 and the anode 2 located between them, plasma 6 is generated, and argon ions and electrons are generated.

これらの放電において、高速原子線放出孔7を有する側
の端面から放出された電子は、陽極2に向かって加速さ
れ、十分な運動エネルギーを得てアルゴンガス分子と衝
突してアルゴンガスをイオン化する。
In these discharges, electrons emitted from the end face on the side having the high-speed atomic beam emission hole 7 are accelerated toward the anode 2, gain sufficient kinetic energy, collide with argon gas molecules, and ionize the argon gas. .

さらに、陽極2に達した電子は陽極2の中央の穴を通過
して、陰極1のガス導入孔4が取り付けられた側の端面
に向かって減速され始め、この端面の近傍に達した電子
は速度を失い、反転してあらためて陽極2に向かって加
速され始める。
Furthermore, the electrons that have reached the anode 2 pass through the hole in the center of the anode 2 and begin to be decelerated toward the end face of the cathode 1 on the side where the gas introduction hole 4 is attached, and the electrons that have reached the vicinity of this end face are It loses speed, reverses, and begins to accelerate toward the anode 2 again.

以上のように、電子は陽極2を中心に陰極1の両端面の
間を高周波振動し、この過程で多数のアルゴンイオンを
生成する。
As described above, electrons vibrate at high frequency between the opposite end surfaces of the cathode 1 with the anode 2 as the center, and in this process, a large number of argon ions are generated.

また、陰極1の両端近傍の空間は、高周波振動電子の折
り返し点であるために、低速の電子か多数存在する空間
である。また、この空間は陰極2の両端面の器壁に衝突
したイオンによって放出される低速の二次電子が多数存
在する空間でもある。
Further, the space near both ends of the cathode 1 is a turning point of high-frequency oscillating electrons, and is therefore a space in which a large number of low-speed electrons exist. Further, this space is also a space in which a large number of low-speed secondary electrons emitted by ions colliding with the vessel walls on both end faces of the cathode 2 exist.

電子とアルゴンガス分子との衝突によって生成されたア
ルゴンイオンは、陰極1の両端面に向かって加速され、
この両端面付近の空間に突入して、そこに多数存在する
低速の電子と再結合してアルゴン高速原子が誕生する。
Argon ions generated by the collision between electrons and argon gas molecules are accelerated toward both end faces of the cathode 1,
Argon enters the space near both end faces and recombines with the many slow electrons there, creating high-speed argon atoms.

イオンと電子の衝突に際しては、電子の質量はイオンの
それに比べて無視し得る程に小さいために、イオンの運
動エネルギーが損なわれることはなく、高速原子の運動
エネルギーはイオンのそれと同程度になる。
When an ion and an electron collide, the kinetic energy of the ion is not lost because the mass of the electron is negligible compared to that of the ion, and the kinetic energy of the fast atom becomes comparable to that of the ion. .

このような過程で形成された高速原子は、陰極1の1つ
の端面に穿たれた高速原子線放出孔7から高速原子線8
となって放出される。たとえば、直流高圧電源3を1k
Vにすれば加速されたイオンは陰極1の両端面の近傍に
達し、このイオンは約1 keVの運動エネルギーを有
しているので、高速原子線8の運動エネルギーも約1 
keVとなる。
The fast atoms formed in this process are ejected from the fast atom beam 8 through the fast atom beam emission hole 7 drilled in one end face of the cathode 1.
and is released. For example, if the DC high voltage power supply 3 is 1k
If the voltage is set to V, the accelerated ions will reach the vicinity of both end faces of the cathode 1, and since these ions have a kinetic energy of about 1 keV, the kinetic energy of the fast atomic beam 8 will also be about 1 keV.
keV.

[発明が解決しようとする問題点1 以上のような従来の高速原子線源においては、原子から
イオンを生成するのに必要な電子を放出する陰極の端面
が平板で構成されている。このためにプラズマは円筒状
陰極の内部全体に広がるので、高密度のプラズマの発生
が困難である。したがって、大出力の高速原子線を取り
出すことが容易ではない。
[Problem to be Solved by the Invention 1] In the conventional high-speed atomic beam source as described above, the end face of the cathode, which emits electrons necessary for generating ions from atoms, is composed of a flat plate. For this reason, the plasma spreads throughout the interior of the cylindrical cathode, making it difficult to generate high-density plasma. Therefore, it is not easy to extract a high-power, high-speed atomic beam.

さらに、高速原子線放出孔を有する陰極端面は、通常、
薄い金属板で作られているために、高速原子およびイオ
ンの衝撃を受はスパッタして消耗し、長時間にわたって
高速原子線を取り出すことに問題があった。
Furthermore, the cathode end face with fast atomic beam emission holes is usually
Because it is made of a thin metal plate, the beam that receives the bombardment of high-speed atoms and ions is spattered and consumed, which poses a problem in extracting high-speed atomic beams over a long period of time.

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、大出力の高速
原子線を長時間にわたって取り出すことのできる、取り
出し効率のよい高速原子線源を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a high-speed atomic beam source that can extract high-power high-speed atomic beams over a long period of time and has good extraction efficiency.

[問題点を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明の高速原子線源は
、複数のホローカソードで構成された第1の陰極と、ハ
ネカム構造を持ち第1の陰極と中心軸をほぼ同一にして
対向する第2の陰極と、第1および第2の陰極の間に配
設され、ほぼ中央に開口部を有する陽極と、陽極と陰極
との間に接続された直流高圧電源とを具備したことを特
徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the fast atomic beam source of the present invention includes a first cathode composed of a plurality of hollow cathodes, and a first cathode having a honeycomb structure. A second cathode facing each other with substantially the same central axis, an anode disposed between the first and second cathodes and having an opening approximately in the center, and a direct current connected between the anode and the cathode. It is characterized by being equipped with a high voltage power supply.

[作 用] 本発明においては、一方の陰極を複数のホローカソード
で構成することによりプラズマ密度が上がる。また、高
速原子放出孔を兼ねた他方の陰極をハネカム構造とする
ことにより、高速原子放出孔のスパッタによる消耗を防
ぐことができる。
[Function] In the present invention, plasma density is increased by configuring one cathode with a plurality of hollow cathodes. Further, by forming the other cathode which also serves as a fast atom emission hole into a honeycomb structure, it is possible to prevent the fast atom emission hole from being consumed by sputtering.

[実施例] 第1図を参照して、本発明の詳細な説明する。[Example] The present invention will be described in detail with reference to FIG.

図において、3は直流高圧電源、8は高速原子線である
。21は例えばステンレススチールなど、耐熱性の材料
からなる中空円筒状のホローカソードを複数集合させて
構成した陰極である。22は高速原子線放出孔を有する
ハネカム構造の陰極、23は陽極である。これらの動作
は以下のとおりである。
In the figure, 3 is a DC high-voltage power supply, and 8 is a high-speed atomic beam. Reference numeral 21 denotes a cathode constructed by assembling a plurality of hollow cylindrical hollow cathodes made of a heat-resistant material such as stainless steel. 22 is a honeycomb-structured cathode having a high-speed atomic beam emission hole, and 23 is an anode. These operations are as follows.

直流高圧電源3以外の構成要素を真空容器(図示せず)
に収めて十分に排気した後、たとえばアルゴンガスを、
真空容器内の真空度が10−2〜1O−5Torrに達
するまで導入する。次いで、陽極23が正電位、陰極2
1および22が負電位となるように、放電用直流高圧電
源3によって直流高電圧を印加する。陰極21と22と
は同電位となるように短絡されている。
Components other than DC high voltage power supply 3 are placed in a vacuum container (not shown)
After evacuating sufficiently, e.g. argon gas,
The introduction is continued until the degree of vacuum within the vacuum container reaches 10-2 to 10-5 Torr. Then, the anode 23 is at a positive potential and the cathode 2 is at a positive potential.
A high DC voltage is applied by the DC high voltage power source 3 for discharge so that 1 and 22 have a negative potential. The cathodes 21 and 22 are short-circuited so that they have the same potential.

この高電圧印加によって、陰極21と陽極23との間お
よび陰極22と陽極23との間でグロー放電が起こりプ
ラズマが発生してアルゴンイオンと電子が生成される。
By applying this high voltage, glow discharge occurs between the cathode 21 and the anode 23 and between the cathode 22 and the anode 23, generating plasma and generating argon ions and electrons.

以下、従来例の場合と同様に、陰極21から放出された
電子は、陽極23に向かって加速され、陽極23の中央
開口部を通過して陰極22に達し、ここで速度を失って
反転し、あらためて陽Vi23に向かって加速され始め
る。陰極21を構成する各ホローカソードの内面には、
多くの電子か斜めに入射し、そのために各ホローカソー
ドは多くの2次電子を放出する。その結果放電電流は増
加し、陰極21は赤熱され、熱電子をも放出する。
Hereinafter, as in the case of the conventional example, the electrons emitted from the cathode 21 are accelerated toward the anode 23, pass through the central opening of the anode 23, reach the cathode 22, where they lose speed and reverse. , it begins to accelerate again toward positive Vi23. On the inner surface of each hollow cathode constituting the cathode 21,
Many electrons are incident obliquely, so each hollow cathode emits many secondary electrons. As a result, the discharge current increases, the cathode 21 becomes red hot, and also emits thermoelectrons.

このように多量に生成された電子は、陽極23の中央の
開口部を介して陰極21と22との間を高周波振動し、
この過程で多数のアルゴンイオンを生成する。発生した
アルゴンイオンは、陰極22に向かって加速され、十分
な運動エネルギーを得るに到る。この運動エネルギーは
、陽極23と陰極22との間の放電維持電圧が、たとえ
ば1kVのときは、1 keV程度の値となる。
The electrons generated in large quantities in this way oscillate at high frequency between the cathodes 21 and 22 through the central opening of the anode 23,
This process generates a large number of argon ions. The generated argon ions are accelerated toward the cathode 22 and acquire sufficient kinetic energy. This kinetic energy has a value of about 1 keV when the discharge sustaining voltage between the anode 23 and the cathode 22 is, for example, 1 kV.

また、陰極1の両端近傍の空間は、高周波振動電子の折
り返し点であるために、低速の電子が多数存在する空間
である。
Further, the space near both ends of the cathode 1 is a turning point of high-frequency oscillating electrons, and is therefore a space in which a large number of low-speed electrons exist.

ア この空間に突入してきたプルボンイオンは低速電子と衝
突・再結合してアルゴン原子となる。
The pulbon ions that have entered this space collide with slow electrons and recombine to become argon atoms.

イオンと電子の衝突に際しては、電子の質量はイオンの
それに比べて無視し得る程に小さいために、イオンの運
動エネルギーが損なわれることはなく、高速原子の運動
エネルギーはイオンそれと同程度になる。
When an ion and an electron collide, the mass of the electron is negligible compared to that of the ion, so the kinetic energy of the ion is not lost, and the kinetic energy of the fast atom becomes comparable to that of the ion.

このため、イオンの運動エネルギーはそのまま原子に受
は継がれ、高速原子線8となって放出される。
Therefore, the kinetic energy of the ions is directly transferred to the atoms and is emitted as a high-speed atomic beam 8.

本発明においては、複数のホローカソードを使用するこ
とにより、プラズマ密度を上げているので多量のイオン
が生成される。また陰極を兼ねた高速原子線放出孔をハ
ネカム構造として高い開口率を維持している。これら2
つの理由により、大出力の高速原子線の放出が可能とな
るうえに、スパッタによる高速原子線放出孔の消耗を防
いでいる。
In the present invention, by using a plurality of hollow cathodes, the plasma density is increased and a large amount of ions are generated. The high-speed atomic beam emission hole, which also serves as a cathode, has a honeycomb structure to maintain a high aperture ratio. These 2
For two reasons, it is possible to emit a high-power high-speed atomic beam, and the fast-atomic beam emission hole is prevented from being consumed by sputtering.

以上の実施例では中央に穴を有する陽極の場合を説明し
たが、第2図に示すように陽極中央の穴にグリッドを設
けると、一方の陰極からでた電子は陽極の周縁部に向か
わずに中央部を通って、他方の電極へ向かうことができ
、一層の効果が得られる。
In the above example, the case of an anode with a hole in the center was explained, but if a grid is provided in the hole in the center of the anode as shown in Fig. 2, the electrons emitted from one cathode will not be directed toward the periphery of the anode. can be directed to the other electrode through the central part, resulting in even greater effects.

[発明の効果] 以上説明したように本発明においては、複数のホローカ
ソードで構成された陰極を用いているので、プラズマの
発生効率がよく、従来の線源よりも効率よく高速原子線
を取り出すことができる。
[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, since a cathode composed of a plurality of hollow cathodes is used, plasma generation efficiency is high and high-speed atomic beams can be extracted more efficiently than conventional radiation sources. be able to.

陰極を兼ねた高速原子線放出孔をハネカム構造としであ
るので開口率が高く、そのためスパッタによる放出孔の
消耗を防ぐことができる。
Since the high-speed atomic beam emission hole, which also serves as a cathode, has a honeycomb structure, the aperture ratio is high, and therefore it is possible to prevent the emission hole from being consumed by sputtering.

また、高速原子線は高速のイオンビームと同様に、スパ
ッタ蒸着による薄膜形成、スパッタエツチングによる微
細パターン加工、および二次イオン質量分析による材料
評価等に利用することができる。
Furthermore, like high-speed ion beams, high-speed atomic beams can be used for thin film formation by sputter deposition, fine pattern processing by sputter etching, and material evaluation by secondary ion mass spectrometry.

さらに、高速原子線は非荷電性であるので、金属や半導
体ばかりでなく、イオンビーム法による加工2分析等が
通用できないプラスチックやセラミック等の絶縁物を対
象とする場合にも有効であり、加工1分析等の能率向上
に非常に有益である。
Furthermore, since high-speed atomic beams are uncharged, they are effective not only for processing metals and semiconductors, but also for processing insulating materials such as plastics and ceramics for which processing 2 analysis using the ion beam method cannot be applied. 1. This is extremely useful for improving the efficiency of analysis, etc.

す斜視図、 第3図は従来の高速原子線源を示す斜視図である。perspective view, FIG. 3 is a perspective view showing a conventional fast atomic beam source.

3・・・直流高圧電源、 8・・・高速原子線、 21.22・・・陰極、 23・・・陽極。3...DC high voltage power supply, 8...High-speed atomic beam, 21.22... cathode, 23... Anode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 複数のホローカソードで構成された第1の陰極と、 ハネカム構造を持ち該第1の陰極と中心軸をほぼ同一に
して対向する第2の陰極と、 前記第1および第2の陰極の間に配設され、ほぼ中央に
開口部を有する陽極と、 該陽極と前記陰極との間に接続された直流高圧電源と を具備したことを特徴とする高速原子線源。
[Scope of Claims] A first cathode composed of a plurality of hollow cathodes; a second cathode having a honeycomb structure and facing the first cathode with substantially the same central axis; A fast atomic beam source comprising: an anode disposed between two cathodes and having an opening approximately in the center; and a DC high voltage power supply connected between the anode and the cathode.
JP28886486A 1986-12-05 1986-12-05 Fast atom beam source Expired - Lifetime JPH06101395B2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432342A (en) * 1993-04-20 1995-07-11 Ebara Corporation Method of and apparatus for generating low-energy neutral particle beam

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432342A (en) * 1993-04-20 1995-07-11 Ebara Corporation Method of and apparatus for generating low-energy neutral particle beam

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JPH06101395B2 (en) 1994-12-12

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