Ионная эмиссия из тлеющих разрядов с осциллирующими электронами, страница 6

В целом наблюдались те же закономерности, что и при электронной эмиссии. Так например с увеличением индукции магнитного поля эмиссионный ток уменьшался, а его переменная составляющая возрастала. Уменьшение эмиссионного тока наблюдалось также при увеличении диаметра анода (см. рис.7.7) и уменьшении его длины (рис.7.8). В то же время имелись и некоторые отличия по сравнению со случаем отбора электронов. При использовании анода диаметром 3 мм и с длиной несколько

Рис. 7.7. Радиальные распределения плотности тока ионной эмиссии при Р = 0.027 Па, I_d=3A, d_a(mm): 1 - 10, 2 - 3.

Рис. 7.8. Радиальные распределения плотности тока ионной эмиссии при Р = 0.027 Па, I_d=6A, l_a(cm): 1 - 6, 2 - 8.5

большей, чем определенная при электронной эмиссии как оптимальная , уменьшения эмиссионного тока не наблюдалось. Это, скорей всего связано с тем, что эффект экранировки анодом змиссионного отверстия, существенный при сравнимых диаметрах анода и отверстия, не играет сколько-нибудь заметной роли в данном случае.

С увеличением разрядного тока ток ионной эмиссии возрастал примерно пропорционально I_d (См. рис.7.9), так что эффективность  извлечения оставалась величиной практически постоянной.

При наложении слабых магнитных полей генерируемая плазма близка к однородной. Анализ распределений приведённых на рис.7.7-7.9 показал, что отклонение плотности тока от среднего значения в пределах круга диаметром 10 см не превышает ±10%. Такой уровень неоднородности является вполне приемлемым для большинства возможных приложений и таким образом проведенные эксперименты показали, что система типа обращенный магнетрон вполне может быть использована в ионных источниках, предназначенных для генерации пучков большого сечения

С использованием системы типа обращенный магнетрон были проведены эксперименты по получению низкоэнергетичного ионного пучка в непрерывном режиме. Такие пучки широко применяются для очистки поверхностей перед нанесением покрытий. Использовалась эмиттерный электрод со 179 отверстиями диаметром 5 мм. Отбор ионов осуществляется ускоряющим электродом с аналогичным размещением отверстий.

Рис. 7.9. Радиальные распределения плотности тока ионной эмиссии при Р = 0.013 Па, I_d(A): 1 - 3, 2 - 6.

Рис.7.10. Зависимость эффективности извлечения ионов от магнитной индукции при Р = 0.055 Па.

Длина ускоряющего промежутка составляла 2 мм. Ускоряющий электрод также служит для отсечки вторичных электронов, выбиваемых ионами из обрабатываемой детали. С этой целью на него подается отрицательное напряжение ~ 1кВ отноcительно заземленной мишени. Рабочей газ напускается в газоразрядную систему через зазор мезду анодом и катодом и откачивается через эмиссионные отверстия.

Эффективность извлечения при наложении слабых магнитных полей приблизительно равна отношению суммы площадей эмиссионных отверстий к площади катода и составляет величину ~0.07. С увеличением магнитного поля эффективность извлечения заметно снижается (рис.7.10). Существенного изменения эффективности при варьировании давления не наблюдалось. Однако с увеличением давления уменьшается напряжение горения разряда, что приводит к повышению энергетической эффективности. Зависимости a_е(р) приведены на рис. 7.11 для нескольких значений В.

При использовании системы типа обращенный магнетрон  получены непрерывные ионные пучки большого сечения с энергией частиц несколько кэВ и током до 150 мА. Источник с газоразрядной системой такого типа использовался в институте Физики Металлов для очистки подложек перед нанесением покрытий из нитрида титана.

Также были проведены эксперименты по получению более высокоэнергетичных пучков (несколько десятков кэВ) в импульсно-периодическом режиме. Такие пучки часто применяют для ионной имплантации. Длина ускоряющего промежутка в этом
                      

Рис.7.11. Зависимости энергетической эффективности ионного источника от давления при В(мТл): 1- 1.5; 2 - 1/

Рис. 7.12. Радиальные распределения плотности тока в ионном пучке при Р=0.04 Па, В(мТл): 1 - 1, 2 - 0.5.