Распространение пучков с большим нормированным первеансом, страница 7

Потенциал пучка измерялся посредством определения скорости иона в пучке. Эта скорость в свою очередь измерялась по скорости распространения малой высокочастотной модуляции пучка; последняя определялась из фазовых сдвигов между сигналами с двух зондов, вводимых в пучок.

При этих измерениях вследствие того, что по плазме пучка распространялась быстрая волна, возникали помехи, но эти помехи можно было исключить, измеряя фазовые сдвиги между последовательными максимумами в пучке, когда две волны были сфазированы. Таким образом, можно было измерить потенциал пучка с точностью до 5 В, что давало возможность определить из (6.23) электронную температуру с точностью не хуже 1 эВ.

Основной параметр, по которому определялось расплывание пучка, представлен на рис. 6.8. Во всех случаях обнаружилось, что перед источником существует область, где плотность однородна, и эта область сужается под углом θ_b— этот угол использовался в качестве критерия расплывания пучка. Если расплывание полностью укладывалось в пределах начального угла расходимости θ_f, с которым ионы покидали источник, то, как следует из рис. 6.8, а, углы θ_b, и θ_f должны были быть равными. В экспериментах угол θ_b всегда значительно превышал оцениваемое значение угла θ_f, которое не превосходило 0,5^o это указывает на то, что ионы отделяются послойно, как показано на рис. 6.8, б.

В простейшем режиме работы, когда отсутствовали инжекция электронов поперек пучка и магнитное поле, потенциал пучка относительно стенок с точностью до 5 В был нулевым, что давало значение электронной температуры менее 1 эВ. При заданном нормированном первеансе угол θ_b был примерно постоянным, хотя наблюдалось его слабое возрастание с увеличением напряжения, которое, по-видимому, вызывало слабое возрастание электронной температуры. По мере возрастания нормированного первеанса от 2 до 10 и далее до 50 угол θ_b, менялся от 2,7 до 2,2 и далее до 3,6°. Никакой простой зависимости от величины нормированного первеанса найдено не было.

Во время работы давление в камере поддерживалось обычно ниже 1,3∙10^-3 Па. Если оно повышалось, расширение пучка уменьшалось. Это явление часто наблюдается и обычно связывается с улучшенной нейтрализацией, оно подробно проанализировано в предыдущем разделе и вызвано охлаждением электронов вследствие столкновений с нейтралами.

Поперечная инжекция электронов, обычно при энергиях ~10 эВ, которая должна была бы улучшить распространение пучка, всегда приводила к сильному эффекту в противоположном направлении, т. е. к значительному возрастанию угла θ_b. Предположительно это было вызвано нагревом электронов плазмы, т. е. ростом потенциала пучка, хотя в пределах точности эксперимента он оставался нулевым.

Наложение поперечного магнитного поля порядка 0,01 Т поднимало потенциал пучка до легко измеряемой величины 30 В, что давало электронную температуру. ~5 эВ и приводило к сильному возрастанию утла θ_b. Магнитное поле затрудняло достижение нейтрализации при помощи пучка электронов и движение электронов через пучок от мишени, где они генерировались. По-видимому, в лучке возникали микронеустойчивости, помогающие электронам двигаться поперек поля. Предположительно флуктуации поля, позволяющие электронам двигаться поперек поля, также вызывают рост электронной температуры, что увеличивает потенциал пучка. Это в свою очередь увеличивает степень проникновения слоя в пучок и скорость отслоения ионов.