JPH0695480B2 - イオン中和器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、高速原子線を発生させるために、イオンの
電荷を効率よく中和させるイオン中和器に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第２図は、これまで発表された中和器の概略構成図であ
る。図中、１は中央部分が太くなつた円筒形の外囲器、
２は熱電子放出用の円形フイラメント、３はイオンビー
ム、４は高速原子線、５はフイラメント２を加熱するた
めの電源、６は直流バイアス電源である。このイオン中
和器の動作は以下のとおりである。

フイラメント２は外囲器１の中心軸の周りに張られてお
り、かつ外囲器１の中央の太くなつた部分に収められて
いる。電源5,6以外の構成要素を真空容器に収める。電
源５によつて円形フイラメント２を加熱し、多量の熱電
子を放出させる。外囲器１は直流電源６によつて、フイ
ラメント２よりも数Ｖ低い電位にバイアスされている。
したがつてフイラメント２から放出した熱電子は、外囲
器１の器壁から反発をうけて、外囲器１の中心軸付近に
集中し、そこに高密度の電子雲を形成する。この電子雲
にイオンビーム３を入射させると、イオン・電子の衝突
・再結合が起きてイオンビーム３は高速原子線４に変換
される。電子再結合の際のイオン・電子衝突において
は、電子の質量がイオンよりも遥かに小さいために、イ
オンの運動エネルギーは殆ど損失することなく、そのま
ま原子に受け継がれて高速原子線４が誕生する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来形のイオン中和器においては、電子雲密度の調
節は、フイラメント２の加熱電源２とバイアス電源６で
行うわけであるが、十分な電子雲密度が得られず、ひい
ては効率よく高速原子を発生させることが困難であつ
た。

本発明の目的は、高密度の電子雲を形成し、効率よく高
速原子線を発生させるイオン中和器を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、円筒形の陽極と、この陽極の中心軸に沿つて
設置された針状陰極と、陽極の中心軸に沿つて磁力線を
印加するように、陽極の外側に設置された磁石と、陽極
と陰極の間に電圧を印加するための放電用直流電圧電源
から構成されることを特徴とするものである。

本発明はグロー放電に磁界を印加することによつて、高
密度の電子雲を形成させることを最大の特徴とするもの
であつて、熱電子フイラメントとバイアス電圧で電子雲
の高密度化を図る従来法とは、電極構成が根本的に異な
る。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す図である。図中、３お
よび４は第２図の同番号と同一の構成要素を示すもので
ある。また、21は円筒形陽極、22は針状陰極、23は磁
石、24は放電用直流高圧電源である。

針状陰極22は円筒形陽極21の中心軸に合致するように設
置されている。磁石23は例えばリング状の磁石であつ
て、磁力線が、円筒形陽極21の中心軸にほぼ平行に入る
ように円筒形陽極21を取り巻いて設置されている。24以
外の構成要素は、真空容器に収められる。

上記の構成からなるイオン中和器の動作は次のとおりで
ある。

真空容器内に、例えばアルゴンガスを10^-4Torr程度注入
し、直流高圧電源24によつて、陽極21・陰極22間に直流
高電圧を印加すれば、陽極21・陰極22間にグロー放電が
発生しプラズマが形成される。この放電において、陰極
22から放出した電子は、陽極21に向かつて加速される
が、この運動方向に対して垂直に磁力線が印加されてい
るために、電子は円運動をしながら飛行する。電子の速
度が小の程、円運動の回転半径は小さいから、陰極22の
付近では回転半径が非常に小さく、電子の空間密度は極
めて高くなる。電子密度の高い空間にイオンビーム３が
入射すると、イオン・電子間で衝突・再結合が起きて高
速原子線が生成される。陽極21の内部のアルゴンガス圧
が高い場合には、イオン・電子の衝突のほかに、イオン
・ガス分子の衝突が生じて、運動エネルギーの低い高速
原子が生成してしまうが、この例のようなガス圧では、
ガス分子の平均自由行程は数10cm以上であるから、イオ
ン・ガス分子の衝突確率は無視できる程に小さい。な
お、注入するガスを酸素にすれば、酸素の高速原子線が
得られることは言うまでもない。

本発明においては、高速原子の生成効率を支配する電子
雲密度を制御するフアクターとして、注入ガス圧、放電
電圧、磁界強度の３つがあつて自由度が高い上に、磁界
強度を強めることによつて、電子雲密度を高めて効率よ
く高速原子線を発生させることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、電子雲密度を制御する際の自由度が高
く、磁界強度を強めることによつて電子雲密度を高めて
効率よく高速原子線を発生させることができる。

高速原子線は、高速のイオンビームと同様に、スパツタ
蒸着による薄膜形成、スパツタエツチングによる微細パ
ターン加工、二次イオン質量分析による材料評価に利用
することができる。特に、高速原子線は非荷電性である
ために、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム法が
不得意とするプラスチツクス、セラミツクスなどの絶縁
物を対象とする場合にも威力がある。その意味におい
て、大量の高速原子を生成するイオン中和器が得られる
ことは、加工、分析の能率向上に非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として示したイオン中和器の
概略構成図、第２図は従来のイオン中和器の概略構成図
である。 ３……イオンビーム、４……高速原子線、21……円筒形
陽極、22……針状陰極、23……磁石、24……放電用直流
高圧電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを電子雲中に入射させること
   によつて、イオンの電荷を中和し高速原子線を発生させ
   るイオン中和器において、円筒形の陽極と、この陽極の
   中心軸に沿つて設置された針状陰極と、陽極の中心軸に
   沿つて磁力線を印加するように、陽極の外側に設置され
   た磁石と、陽極と陰極の間に電圧を印加するための放電
   用直流高圧電源から構成されることを特徴とするイオン
   中和器。