СВЧ ионные источники. Генерирование плазмы посредством СВЧ разряда в магнитном поле

Магнитная индукция в месте нахождения зонда составляет около 1300 Гс. Так как ось зонда перпендикулярна вектору магнитной индукции, при ожидаемых параметрах плазмы ( > ,  > 1 эВ) влиянием магнитного поля на зондовые измерения можно пренебречь [15]. Температура электронов в плазме аргона и водорода постепенно возрастает от 3,7 до 6,8 эВ и от 4,5 до 7,3 эВ соответственно при изменении мощности СВЧ излучения от 200 до 1000 Вт. Значения плотности числа электронов приведены на Рис. 11.3. Они в 10—100 раз превышают критическую плотность, которая часто является наибольшей величиной, получаемой с помощью ЭЦР.

В конструкции разрядной камеры можно использовать вместо коаксиального любой другой тип волновода. Круглый волновод, такой как в установке для плазменного травления с использованием СВЧ плазмы, описанной Сузуки [16], подходит для разрядной камеры больших размеров.

11.З. МНОГООБРАЗИЕ СПОСОБОВ ВЫВОДА ПУЧКА

СВЧ плазму можно генерировать в широком диапазоне объемов и форм. Это позволяет использовать разнообразные схемы вывода пучка.

11.3.1. Пучок большого поперечного сечения, выводимый через многоапертурную линзу

Плотность выводимого из плазмы тока  зависит от параметров плазмы следующим образом:

,                        (1)

Здесь  — постоянная Больцмана,  — заряд электрона,  — плотность числа ионов,  — температура электронов и  — масса иона. Поскольку для сильноточного ионного источника необходимы высокая плотность числа и (или) высокая температура электронов, должна обеспечиваться высокая степень поглощения СВЧ энергии. Небольшая часть образующихся ионов диффундирует по направлению к щели и выводится в виде пучка. Мощность, рассеиваемая в виде тепла на стенках разрядной камеры, значительно превышает мощность, расходуемую на ионизацию выводимых ионов.

На рис. 11.1 показана трехэлектродная многоапертурная линза диаметром 50 мм, размещенная в нижней части разрядной камеры. Потенциалы верхнего электрода и разрядной камеры имеют то же значение, что и напряжение ускорения ионов. К среднему электроду прикладывается отрицательное напряжение, чтобы воспрепятствовать проникновению в пучок низкоэнергичных электронов из разрядной камеры. Ионные токи аргона и водорода измеряются с помощью конусообразного цилиндра Фарадея с диаметром эффективной поверхности 40 мм, оснащенного устройством подавления вторичных электронов.

На рис. 11.4 приведены зависимости тока ионов аргона от ускоряющего напряжения. Ток возрастает с ростом ускоряющего напряжения.

Рис. 11.4. Зависимость тока ионов аргона от напряжения ускорения ионов [13]. Давление (мм рт. ст.): 1 — ; 2 — ; 3 — .

Рис. 11.5. Зависимость тока ионов кислорода от мощности СВЧ излучения [17].

Максимальные токи ионов аргона и водорода при 5 кВ составляют 200 и около 400 мА соответственно. Как показано на рисунке, критические напряжения, при которых еще возможно выделить ионы аргона и водорода в виде пучка, составляют около 2,0 кВ и 800В соответственно. Из зондовых измерений были получены значения ширины ионного слоя. В плазме аргона и водорода эти значения составляют соответственно 0,38 и 0,62 мм при поглощаемой мощности 950 Вт и потенциале зонда ― 70 В. Они указывают на различие величин критического напряжения для плазмы аргона и водорода