[發明專利]離子源及其操作方法

無效

• 申請號: 01104953.7
• 申請日: 2001-02-23
• 公開（公告）號: CN1312578A
• 公開（公告）日: 2001-09-12
• 發明（設計）人: 山下貴敏
• 申請（專利權）人: 日新電機株式會社
• 主分類號: H01J27/14
• 分類號: H01J27/14;H01J37/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,楊麗琴

本發明涉及一種所謂Bernus型離子源，具有一種其中在等離子體產生容器內提供燈絲和反射器的結構，在連接燈絲和反射器的方向上施加磁場，本發明還應用所述離子源的操作方法，更特別地涉及提高離子束中的分子離子比例的裝置。

例如，在日本專利未審公開No.Hei.11-339674(JP-A-11-339674)中公開了這種類型的離子源的一個實例。下面將參考圖3和4描述該專利。

這種離子源包括一種等離子體產生容器2，從作為陽極的氣體進口6向其中引入離子源氣體，在該等離子體產生容器2的一側上通過等離子體容器2的工作面前壁提供U型燈絲8，在等離子體產生容器2的另一側對著燈絲8提供反射器10(反射電極)。參考數字24和30表示絕緣體。

在等離子體容器2的工作面前壁上，在連接燈絲8到反射器10的方向上提供一種長的離子導出狹縫4。在該離子導出狹縫4的出口附近，提供一個導出電極14，把離子束16從等離子體產生容器2內導出(更具體地，從其中產生的等離子體12導出)。

在等離子體產生容器2外面，提供一個磁體18，在等離子體產生容器2內的連接燈絲8到反射器10的方向上產生磁場19。例如，磁體18是一種電磁體，但是也可以是永久磁體。磁場19可以與圖中所述的方向相反。

在圖3中，為了方便地清楚表示與燈絲電源20的連接，標明了燈絲8的方位。實際上，彎曲成U型的含有燈絲的面被排列成與離子導出狹縫基本平行，如圖4所示。

用于加熱燈絲8的燈絲電源20連接到燈絲8的兩側。在燈絲8的一端與等離子體產生容器2之間，連接電弧電源22，以便在燈絲9與等離子體產生容器2之間施加電弧電壓V_A，在二者之間產生電弧放電，使離子源氣體電離以產生等離子體12。

反射器10用來反射從燈絲8發生出的電子，并且可以保持在浮動電位，而不與任何地方相連，如所說明的實施例中所述，或通過連接到燈絲8保持在燈絲電位。如果提供這樣的反射器10，在等離子體產生容器內施加的磁場19和電弧電壓V_A電場的影響下，從燈絲8發射的電子在燈絲8和反射器10之間往復運動，并在磁場19中繞磁場19的方向的軸向旋轉。結果，增大了電子與氣體分子碰撞的概率，使得離子源氣體的電離化效率提高，因此導致等離子體12的更高產生效率。

傳統上，為了通過延長燈絲8發射的電子直至其撞到等離子體產生容器2的工作面前壁上的壽命來提高等離子體的產生效率，通常設定在等離子體產生容器2內的磁場19的磁通密度B，以便使在磁場19中電子的Larmor(拉莫爾)半徑R(見后面所述的數值表達式2)小于從幾乎位于燈絲8的尖部中心的最高頻率的電子發射點9到等離子體產生容器2的工作面前壁。

從離子源導出的離子束16除了含有單原子離子(如P⁺、As⁺)以外，還含有分子離子(如P₂⁺、As₂⁺)，這是一種類分子離子。例如，分子離子包括由兩個原子組成的雙原子離子，和由三個原子組成的三原子離子。

與單原子離子相比，分子離子具有下列優點。即，(1)分子離子由于其比單原子離子發散性小，所以具有更高的傳輸效率，(2)因為當分子離子注入到靶上時，注入多個原子，所以，在相同束流的情況下，可以獲得幾乎多倍于單原子離子的注入量，和(3)相反，在相同注入量的情況下，分子離子具有較向的束流，因此，與單原子離子相比，在靶上入射更少量的電荷，從而預計具有抑制靶的電荷聚集(充電)的作用。

從這樣一種觀點來看，優選的是在離子束中的分子離子的比例更高。因此，本發明的目的是提高離子束中的分子離子的比例。

建立根據本發明的離子源，使得假定施加在等離子體產生容器與燈絲之間的電弧電壓為V_A[V]，等離子體產生容器內的磁場的磁通量密度為B[T]，從幾乎位于燈絲尖部中心的最高頻率電子發射點到等離子體產生容器的工作面前壁的最短距離為L[m]，滿足下列表達式(1)的關系。

???????L＜3.37B^-1√(V_A)×10^-6????(1)

提出根據本發明的離子源的操作方法，來引出離子束，使得假設施加在等離子體產生容器與燈絲之間的電弧電壓為V_A[V]，等離子體產生容器內的磁場的磁通量密度為B[T]，從幾乎位于燈絲尖部中心的最高頻率電子發射點到等離子體產生容器的工作面前壁的最短距離為L[m]，滿足上述表達式1。