WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

разряда при различных давлениях газа, из которых Использованная в [12–14] модель основана на предследует, что в широком диапазоне изменения условий положении, что ионизация газа производится только горения и параметров разряда потенциал плазмы сохрабыстрыми электронами, часть из которых уходит на анод няется положительным, изменяясь в пределах 2-5 V отбез потерь энергии за время tc, а остальные релаксируют носительно потенциала анода, температура электронов за время tr, теряя при неупругих соударениях с атомами составляет 1-8 eV. С увеличением давления потенциал газа энергию, часть которой расходуется на ионизацию плазмы и температура электронов снижаются. Увеличегаза. Характерное время ионизации определяется как ние тока в пределах 0.2-0.8 A приводит к незначительному повышению как электронной температуры, так и ti =(n0ive)-1, (1) потенциала плазмы. Повышение разности потенциалов между электродами второй ступени на 100 V приводило где n0 — концентрация нейтралов, i — сечение ионизак увеличению электронной температуры на 2eV, по- ции газа электронным ударом, ve — скорость быстрых тенциал плазмы при этом возрастал на 0.5 V. Погреш- электронов.

ность измерений величины p эмиссионным зондом по Время релаксации tr определяется подобным соотточке перегиба зависит от величины падения потенциала ношением, в котором сечение ионизации заменяется Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Характеристики ионного источника с плазменным катодом и многополюсной магнитной системой... полным сечением неупругих взаимодействий электрона быть обусловлено неоднородностью пространственного с нейтралами t. С использованием определенных выше распределения нейтралов и быстрых электронов в объхарактерных времен отношение электронного и ионного еме второй ступени газоразрядной системы. Давление поступающего из катодной полости и расширяющегося токов можно представить в виде в анодной полости газа вблизи сетки максимально. В эту Ie/Ii = ti /tc + ti/tr. (2) область повышенного давления поступает направленный поток быстрых электронов. В результате частота иониИз приведенного соотношения следует, что увеличезаций вблизи сетки оказывается выше, чем в среднем ние эффективности извлечения ионов с ростом давлев объеме анодной полости, причем уменьшение размера ния обусловлено уменьшением отношения характерного апертуры и соответствующий рост давления и плотности времени ионизации ко времени удержания быстрых электронного потока увеличивают неоднородность генеэлектронов ti /tc. Согласно [16], выражения для сечерируемой плазмы. Поскольку ионы, образованные вблиния ионизации i и сечения полных неупругих потерь зи сетки, могут уходить из плазмы либо на сетку, либо t в интервале энергий 0.1-1 keV имеют практически вдоль линий возврата магнитного поля на прилегающую одинаковую зависимость от энергии, а отношение i/t часть анода, доля ионов, извлекаемых на пластину, при составляет обычно 0.2-0.5. Поэтому второй член в уменьшении апертуры будет уменьшаться.

соотношении (2) не оказывает существенного влияния Результаты измерения потенциала плазмы с помощью на величину отношения Ie/Ii при изменении энергии электростатического спектрометра качественно совпадабыстрых электронов. В работе [14] было показано, что ет с результатами зондовых измерений. Положение макувеличение напряжения горения разряда, а следователь- симума энергетических спектров ионов, извлекаемых из но и энергии электронов, в пределах 40-120 V приводит плазмы, соответствует потенциалу плазмы, который был к увеличению эффективной площади потерь на аноде и положителен относительно анода и составлял несколько eV. Небольшой разброс по продольной составляющей уменьшению времени удержания tc быстрых электронов.

энергии на полувысоте пика (6.5 eV) свидетельствует Наблюдаемый в наших экспериментах значительный о постоянстве потенциала плазмы в области генерации рост эффективности извлечения ионов обусловлен более ионов и отсутствии нестабильностей плазмы. С ростом быстрым ростом величины (ive) при увеличении энердавления разброс энергий ионов увеличивается, что, гии электронов до значений соответствующих максивероятнее всего, является следствием перезарядки ионов муму сечения ионизации электронным ударом, которое в слое пространственного заряда вблизи экранного элекв области используемых энергий можно аппроксимиротрода.

вать формулой [16] i = ZW [10Ei(K - Ei)/[K(K + 8Ei)], (3) Заключение где ZW — число электронов во внешней оболочке;

Усиление многополюсного магнитного поля в анодной K — кинетическмя энергия электронов; Ei — энергия, ступени разряда и использование магнитного мультипосоответствующая потенциалу ионизации.

ля в области полого катода тлеющего разряда позволило В диапазоне энергий электронов 0.1-0.3 keV произрасширить рабочий диапазон давлений ионного источведение (i ve) изменяется незначительно, что должно ника с холодным катодом в область низких давлений до приводить к насыщению зависимости эффективности 5 · 10-3 Pa.

извлечения ионов от энергии электронов.

Отношение тока извлекаемых из плазмы ионов к Для объяснения дальнейшего роста эффективности току плазменного катода монотонно возрастает с увеизвлечения ионов следует принять во внимание то, личением разности потенциалов между электродами что рассмотренная модель ограничена однократными второй ступени разряда и давления газа. Максимальный ионизирующими соударениями, тогда как рост энергии ионный ток близок по величине к току плазменного электронов позволяет им совершать несколько таких катода. При увеличении давления свыше 5 · 10-2 Pa соударений. Максимальное число ионизирующих соудаэффективность извлечения ионов уменьшается.

рений можно определить, как (eU/Ei )(ive)/(tve), где Размер катодной апертуры оказывает существенное U — напряжение между электродами второй ступени, влияние на эффективность извлечения ионов из плазмы, определяющее энергию быстрых электронов. Однако, что объясняется изменением степени пространственной если время до ухода электрона на анод недостаточно для неоднородности генерируемой плазмы.

полной энергетической релаксации электронов, энергеПотенциал плазмы в анодной ступени разряда сотическая эффективность ионного источника, определяехраняется положительным относительно анода (1-5V) мая отношением тока ионного пучка к затрачиваемой в при изменении тока в пределах 0.2-0.8 A, давления разряде мощности, с ростом энергии электронов будет газа 0.05-0.005 Pa и энергии электронов 100-300 eV.

снижаться.

Температура электронов в плазме составляет 1-8eV.

Влияние размера выходной апертуры полого катода Минимальный энергетический разброс извлекаемых из на эффективность извлечения ионов (рис. 2, a), которое плазмы ионов составил 6.5 eV при минимальном рабоне находит объяснения в рамках простой модели, может чем давлении.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 102 Н.В. Гаврилов, А.С. Каменецких Список литературы [1] Gavrilov N.V., Mesyats G.A., Radkovskii G.V. et al. // Surface and Coating Technology. 1997. Vol. 96. N 1. P. 81–88.

[2] Визирь А.В., Окс Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. // ЖТФ.

1997. Т. 67. Вып. 6. С. 28–31.

[3] Гаврилов Н.В., Каменецких А.С. // ДАН. Сер. физ. 2004.

Т. 394. № 2. С. 1–4.

[4] Nikitin S.P., Chichigin D.F., Tretnikov P.V. // Book of Abstracts of 10th Intern. Conf. on Ion Sources. Dubna (Russia), 2003. P. 215.

[5] Limpaecher R., MacKenzie K.R. // Rev. Sci. Instrum. 1973.

Vol. 44. P. 726–731.

[6] Гаврилов Н.В. Плазменный эмиттер ионов. Патент РФ.

№ 2134921. 1997.

[7] Leung K.N., Hershkowitz N., MacKenzie K.R. // Physics Fluids. 1976. Vol. 19. N 7. P. 1045–1053.

[8] Kemp R.F., Sellen J.M. // Rev. Sci. Instrum. 1966. Vol. 37.

N 4. P. 455–461.

[9] Smith J.R., Hershkowitz N., Coakley P. // Rev. Sci. Instrum.

1979. Vol. 50. N 2. P. 210–218.

[10] Ионов Н.И. // ЖТФ. 1964. Т. 34. Вып. 5. С. 769–787.

[11] Каган Ю.М., Перель В.И. // УФН. 1963. Т. 81. Вып. 3.

С. 409–452.

[12] Leung K.N., Kribel R.E., Goede A.P.H. et al. // Phys. Lett.

1978. Vol. 66A. N 2. P. 112–114.

[13] Holmes A.J.T. // Rev. Sci. Instrum. 1981. Vol. 52. N 12.

P. 1814–1823.

[14] Cope D., Keller J.H. // J. Appl. Phys. 1984. Vol. 56. N 1.

P. 96–100.

[15] Метель А.С. // ЖТФ. 1984. Т. 54. Вып. 2. С. 241–247.

[16] Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977. 384 с.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.