Описание конструкции и технологии установки для ионной имплантации «ВИТА», страница 2

1 - нить накала (катод); 2 - анод; 3 - газоразрядная камера; 4 - тигель;   5, 6 - магнит; 7, 8 - система электростатических линз; 9 – токопроводящая термопара; 10 – атомы рабочего вещества; 11- электроны; 12-ионы 

нейтральных атомов рабочего вещества, поступающего в газоразрядную камеру происходит в результате их взаимодействия с потоком первичных электронов, испускаемых термокатодом. Для увеличения эффективности ионизации в газоразрядной камере и увеличения потока извлекаемых ионов, источнику требуется внешнее магнитное поле, создаваемое электромагнитом. Вытягивание ионного пучка происходит поперек оси разряда электростатическим полем системы, ускоряющего и фокусирующего электроды. Рабочее вещество в газоразрядную камеру поступает в результате испарения из тигля в случае работы на конденсированных веществах, или через систему газонапуска – при работе на газах.

    Система электропитания ионного источника и водяного охлаждения предназначена для полуавтоматического ввода источника в режим, поддерживания заданных параметров в рабочем режиме, полуавтоматического выключения после выполнения заданной программы. Все цепи ионного источника, находящегося под потенциалом ускоряющего напряжения, питаются от отдельных разделительных трансформаторов с целью исключения их взаимовлияния в процессе работы; регулирующие элементы (тиристоры) подключены со стороны первичных обмоток трансформаторов.

Источник снабжен двумя контурами водяного охлаждения: первый охлаждает конструктивные элементы источника, находящиеся под потенциалом ускоряющего напряжения (50кВ), второй – остальные элементы, находящиеся под потенциалом «Земли».

Оба контура питаются от станции водяного охлаждения с оборотной деионизированной водой с теплообменником, использующим обычную техническую воду. Расход воды на охлаждение ионного источника должен составлять не менее 10 л/мин.

Для обеспечения «чистого» вакуума в системе откачки применяются криосорбционные ловушки охлаждаемые жидким азотом.

Система электропитания содержит элементы блокировок и защиты. При отсутствии охлаждающей воды в контурах охлаждения имплантера и давления в вакуумной системе выше предельного, в случае открытия дверей высоковольтного отсека и кожухов, закрывающих токоведущие силовые цепи, блокируется включением фидерного силового контактора.

В частном случае в качестве имплантируемого элемента выбран Yb,    

Плазменный ускоритель предназначен для обработки деталей потоком заряженных частиц с энергиями до 400 эВ и плотностями составляющей ионного тока до 10 мА/см².

Основными элементами ПУ является: коаксиальная магнитная система с катушкой намагничивания; полая диэлектрическая камера, расположенная между полюсами магнитной системы; анод, являющейся одновременно газораспределителем, расположенный в глубине камеры; источник электронов – катод – компенсатор и поджигающий электрод, расположенный недалеко от среза канала. Нейтральные атомы выходят из отверстий в аноде, попадают под действие электронов. Образующиеся ионы подхватывают электрическим полем, ускоряются и выходят из разрядного канала, имея направленную энергию.

В рабочей камере имплантера производится обработка деталей, которые подаются в зону обработки и перемещаются в этой зоне по определенному закону.

Имплантер оснащен «карусельным» устройством подачи деталей, рассчитанным на установку 24-х изделий. Конструкция «карусели» может обеспечивать три способа проведения ионной имплантации:

а) с вращением детали в «карусели» по окружности и вокруг собственной   оси (планетарный механизм вращения), что обеспечивает равномерное модифицирование всей поверхности детали;

б) с вращением детали в центре «карусели»;

в) позиционная обработка детали без вращения.

Система газонапуска имплантера состоит из трех одинаковых ветвей напуска газа ионного источника и двух плазменных ускорителей. Каждая из  ветвей содержит следующие элементы: баллоны с рабочем газом, редуктор давления, фильтр, высоковольтную развязку линий, пьезоклапан.

Коммутационная аппаратура ветви включает вентили баллонов и ручной вентиль для откачки при техническом обслуживании. К ручным элементам относится и редуктор, устанавливаемый при наладке установке. Управление рабочей линией осуществляется посредством клапанов и пьезоклапана азотного питателя.

Газонапускная система охвачена независимыми контурами автоматического регулирования, устанавливающими необходимое количество подаваемого газа (раздельно по каждой ветви) в зависимости от тока разряда в имплантере.

Количество подаваемого в источники газа контролируется по вакуумметрам в соответствующих объемах, напряжению на пьезоклапане, а также по току разряда и ионному току источника И1 или по току разряда плазменного ускорителя ПУ1, ПУ2.

Тигель представляет собой бицилиндрическую печь, которая размещается внутри ионного источника. Тигель позволяет получать пары  рабочих твердых веществ, парообразование которых начинается до 1000° С.

Количество парообразования рабочего вещества контролируется по вакуумметрам в соответствующих объемах, силе тока подаваемое на тигель, а также по току разряда и ионному току источника И.