Рис. 9.9. Вытягивание ионов во фримановском источнике PI 9000. 1 - аноды; 2 нить; 3 - ограничивающие электроды; 4 - диафрагма; 5 - собирающая электростатическая линза (замедляющий электрод); 6 - мениск плазмы; 7 - ионный источник при потенциале предварительного ускорения (+ 20 кВ); 8 – вытягивающий электрод при фокусирующем напряжении (до —30 кВ); 9 - замедляющий электрод (заземлен).
Этот способ был найден эффективным, но не используется в имплантере PI 9000, потому что управление с помощью магнита источника оказалось достаточным [14].
9.5. ВЫТЯГИВАНИЕ ИОННОГО ПУЧКА
Методы, упомянутые в предыдущем разделе, направлены либо на повышение эффективности удержания первичных электронов, либо на изменение однородности интенсивности плазмы по длине источника с целью повышения эффективности вытягивания ионного пучка. Условия вытягивания могут быть оптимизированы только для определенных значений первеанса пучка. Если плотность тока изменяется по длине щели, то оптимальные условия вытягивания не могут быть достигнуты.
Другое важное обстоятельство, которое следует учитывать при вытягивании пучка, — трудность получения больших токов пучка ( > 20 мА). Если используется обычная вытягивающая система, где фактически все напряжение вытягивания обеспечивается высокостабилизированным источником напряжения предварительного ускорения (т. е. потенциал приложен к ионному источнику), то неизменно
218
Глава 9
приходится сталкиваться с серьезными проблемами из-за искрообразования. Если через вытягивающий промежуток проскакивает искра, то высокостабилизированный источник напряжения предварительного ускорения «подпитывает» разряд; его система стабилизации при этом поддерживает постоянное напряжение, несмотря на быстро возрастающий ток разряда. В результате возникают сильные искры, которые могут повредить электронные элементы и увеличить время возвращения к условиям, при которых вытягивающие электроды относительно свободны от искрообразования.
Способ решения этой проблемы, принятый в устройстве PI 9000, состоит в использовании умеренного ( + 20 кВ) напряжения предварительного ускорения одновременно с сильным (до — 30 кВ) смещением на вытягивающем электроде (рис. 9.9). Отрицательное смещение на этом электроде создается обычно для предотвращения оттока электронов к ионному источнику. В таком случае отрицательное смещение, называемое фокусирующим напряжением, составляет значительную часть всего вытягивающего напряжения (до 50 кВ) и создается с использованием последовательно подсоединенного сопротивления между источником питания и электродом. Искры через вытягивающий промежуток гасятся уменьшением фокусирующего напряжения, вызванным возрастанием тока, но энергия пучка, входящего в магнитный анализатор, остается постоянной и определяется напряжением предварительного ускорения. Существует много преимуществ вытягивающей системы такого типа, которые детально описаны в работах [14, 15].
9.6. УПРАВЛЕНИЕ ДУГОЙ
Стабильное управление дугой во фримановском источнике — непростая задача. Существует диапазон токов дуги, обычно до 2 А, где управление относительно легко осуществляется обычными методами, с использованием температуры нити в качестве главного управляемого параметра. Когда требуется максимальная производительность источника, могут оказаться необходимыми более высокие токи дуги при таком режиме управления, при котором тепловая инерционность нити приводит к проблемам со стабильностью.
Необходим такой метод управления, при котором отклик не ограничен относительно медленным влиянием тока нити на ее температуру. Метод, использованный в устройстве PI 9000, включает следующие три способа управления.
1. Быстрое управление достигается увеличением или уменьшением
Фримановские ионные источники
219
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.