JPH0755999A - 高速原子線源 - Google Patents
高速原子線源Info
- Publication number
- JPH0755999A JPH0755999A JP22799493A JP22799493A JPH0755999A JP H0755999 A JPH0755999 A JP H0755999A JP 22799493 A JP22799493 A JP 22799493A JP 22799493 A JP22799493 A JP 22799493A JP H0755999 A JPH0755999 A JP H0755999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- beam source
- gas
- fast atom
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エネルギーが低く、粒子線束の高い高速原子
線を効率よく放出することのできる高速原子線源を提供
する。 【構成】 高速原子線源において、放電部２１，２２に
交流電圧２４を印加する。
線を効率よく放出することのできる高速原子線源を提供
する。 【構成】 高速原子線源において、放電部２１，２２に
交流電圧２４を印加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、低い放電電圧で効率
よく高速原子線を放出することのできる高速原子線源に
関する。
よく高速原子線を放出することのできる高速原子線源に
関する。
【０００２】
【従来の技術】常温の大気中で熱運動をしている原子・
分子は、概ね０．０５ｅＶ前後の運動エネルギーを有し
ている。これに比べてはるかに大きな運動エネルギーで
飛翔する原子・分子を”高速原子”と呼び、それが一方
向にビーム状に流れる場合に”高速原子線”という。
分子は、概ね０．０５ｅＶ前後の運動エネルギーを有し
ている。これに比べてはるかに大きな運動エネルギーで
飛翔する原子・分子を”高速原子”と呼び、それが一方
向にビーム状に流れる場合に”高速原子線”という。
【０００３】従来発表されている、気体原子の高速原子
線を発生する高速原子線源のうち、運動エネルギーが
０．５〜１０ｋｅＶのアルゴン原子を放射する高速原子
線源の構造の一例を図３に示す。図中、符号１は円筒形
の陰極、２はドーナッツ状の陽極、３は０．５〜１０ｋ
Ｖの直流電圧電源、４はガスノズル、５はアルゴンガ
ス、６はプラズマ、７は高速原子放出孔、８は高速原子
線である。この動作は次のとおりである。
線を発生する高速原子線源のうち、運動エネルギーが
０．５〜１０ｋｅＶのアルゴン原子を放射する高速原子
線源の構造の一例を図３に示す。図中、符号１は円筒形
の陰極、２はドーナッツ状の陽極、３は０．５〜１０ｋ
Ｖの直流電圧電源、４はガスノズル、５はアルゴンガ
ス、６はプラズマ、７は高速原子放出孔、８は高速原子
線である。この動作は次のとおりである。
【０００４】直流高圧電源３、放電安定抵抗（図示しな
い）以外の構成要素を真空容器にいれ十分に排気した
後、ガスノズル４からアルゴンガス５を円筒形陰極１の
内部に注入する。ここで直流高電圧電源３によって、陽
極２が正電位、陰極１が負電位となるように、直流電圧
を印加する。これで陰極１・陽極２間に放電が起き、プ
ラズマ６が発生し、アルゴンイオンと電子が生成され
る。さらにこの放電において、円筒形陰極１の底面から
放出する電子は、陽極２に向かって加速され、陽極２の
中央の孔を通過して、円筒形陰極１の反対則の底面に達
し、ここで速度を失って反転し、改めて陽極２に向かっ
て加速され始める。この様に電子は陽極２の中央の孔を
介して、円筒形陰極１の両方の底面の間を高周波振動
し、その間にアルゴンガスに衝突して、多数のアルゴン
イオンを生成する。
い）以外の構成要素を真空容器にいれ十分に排気した
後、ガスノズル４からアルゴンガス５を円筒形陰極１の
内部に注入する。ここで直流高電圧電源３によって、陽
極２が正電位、陰極１が負電位となるように、直流電圧
を印加する。これで陰極１・陽極２間に放電が起き、プ
ラズマ６が発生し、アルゴンイオンと電子が生成され
る。さらにこの放電において、円筒形陰極１の底面から
放出する電子は、陽極２に向かって加速され、陽極２の
中央の孔を通過して、円筒形陰極１の反対則の底面に達
し、ここで速度を失って反転し、改めて陽極２に向かっ
て加速され始める。この様に電子は陽極２の中央の孔を
介して、円筒形陰極１の両方の底面の間を高周波振動
し、その間にアルゴンガスに衝突して、多数のアルゴン
イオンを生成する。
【０００５】こうして発生したアルゴンイオンは、円筒
形陰極１の底面に向かって加速され、十分な運動エネル
ギーを得るに到る。この運動エネルギーは、陽極２・陰
極１間の放電繊持電圧が、例えば１ｋＶの時は１ｋｅＶ
程度の値となる。円筒形陰極１の底面１ａ近傍の空間は
高周波振動をする電子の折り返し点であって、低エネル
ギーの電子が多数存在する空間である。この空間に入射
したアルゴンイオンは電子と衝突・再結合してアルゴン
原子に戻る。イオンと電子の衝突において、電子の質量
がアルゴンイオンに比べて無視できるほどに小さいため
に、アルゴンイオンの運動エネルギーはほとんど損失せ
ずにそのまま原子に受け継がれて高速原子となる。従っ
て、この場合の高速原子の運動エネルギーは、１ｋｅＶ
程度となる。この高速原子は円筒形陰極１の一方の底面
１ａに穿たれた放出孔７から高速原子線８となって放出
される。
形陰極１の底面に向かって加速され、十分な運動エネル
ギーを得るに到る。この運動エネルギーは、陽極２・陰
極１間の放電繊持電圧が、例えば１ｋＶの時は１ｋｅＶ
程度の値となる。円筒形陰極１の底面１ａ近傍の空間は
高周波振動をする電子の折り返し点であって、低エネル
ギーの電子が多数存在する空間である。この空間に入射
したアルゴンイオンは電子と衝突・再結合してアルゴン
原子に戻る。イオンと電子の衝突において、電子の質量
がアルゴンイオンに比べて無視できるほどに小さいため
に、アルゴンイオンの運動エネルギーはほとんど損失せ
ずにそのまま原子に受け継がれて高速原子となる。従っ
て、この場合の高速原子の運動エネルギーは、１ｋｅＶ
程度となる。この高速原子は円筒形陰極１の一方の底面
１ａに穿たれた放出孔７から高速原子線８となって放出
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る従
来の高速原子線源においては、高速原子線の放出量を増
加するには、「放電電圧を上げる」、「磁石を併用す
る」、「導入するガスの圧力を増す」などの方法しか無
く、その結果、「高速原子線のエネルギーの増加を招
く」、「装置の大型化になる」、「高速原子線のエネル
ギー幅が広がってしまう」など、使用上の問題点、使い
難さがあった。
来の高速原子線源においては、高速原子線の放出量を増
加するには、「放電電圧を上げる」、「磁石を併用す
る」、「導入するガスの圧力を増す」などの方法しか無
く、その結果、「高速原子線のエネルギーの増加を招
く」、「装置の大型化になる」、「高速原子線のエネル
ギー幅が広がってしまう」など、使用上の問題点、使い
難さがあった。
【０００７】係る従来技術の問題点に鑑み、本発明は、
エネルギーが低く、粒子線束の高い高速原子線を効率よ
く放出することのできる高速原子線源を提供することを
目的とする。
エネルギーが低く、粒子線束の高い高速原子線を効率よ
く放出することのできる高速原子線源を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の高速原子線源
は、放電部に交流電圧を印加することを特徴とする。
は、放電部に交流電圧を印加することを特徴とする。
【０００９】
【作用】交流電圧を電極に印加して放電させ、ガスを電
離させることによって、多量のイオンと電子を供給し、
低電圧における放電維持を行い、低エネルギーの高速原
子線を放出させることができる。
離させることによって、多量のイオンと電子を供給し、
低電圧における放電維持を行い、低エネルギーの高速原
子線を放出させることができる。
【００１０】更に、放電部に磁場を備えることにより、
放電電圧を一層低減し、高密度プラズマを生成すること
ができる。
放電電圧を一層低減し、高密度プラズマを生成すること
ができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
【００１２】図１は、本発明の第１実施例の高速原子線
源の構造の説明図である。図中で従来技術の図３と共通
の構成要素は、同一の機能・動作を有する構成要素であ
るので、同一の符号を付してその説明を省略する。本実
施例を説明する図１において、符号２１は板状陰極、２
２は板状陽極、２４は高周波電源（例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚ）である。この高周波電源２４によって、高周波電
圧が電極２１，２２間に印加され、低電圧における放電
が達成される。高周波電界によって電子はその高周波電
界に対応した運動を行うが、イオンは質量が大きく高周
波電界の変化に対応して運動できない。この現象を利用
して、電子温度を高め、高密度プラズマを低電圧で発生
させることが可能となる。
源の構造の説明図である。図中で従来技術の図３と共通
の構成要素は、同一の機能・動作を有する構成要素であ
るので、同一の符号を付してその説明を省略する。本実
施例を説明する図１において、符号２１は板状陰極、２
２は板状陽極、２４は高周波電源（例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚ）である。この高周波電源２４によって、高周波電
圧が電極２１，２２間に印加され、低電圧における放電
が達成される。高周波電界によって電子はその高周波電
界に対応した運動を行うが、イオンは質量が大きく高周
波電界の変化に対応して運動できない。この現象を利用
して、電子温度を高め、高密度プラズマを低電圧で発生
させることが可能となる。
【００１３】この動作は次のとおりである。高周波電源
２４等を除く高速原子線源の各構成要素を真空容器（図
示しない）におさめて十分に排気した後、例えばアルゴ
ンのガス５を導入する。放電部の電極２１、２２間に
は、高周波電源２４によって高周波電界が印加され、低
電圧で高密度プラズマが形成される。プラズマ中ではガ
ス５のイオンと電子が生成される。以下、イオンは陰極
２１に向かって加速されて大きなエネルギーを得、陰極
２１中で、残留しているガス５粒子と接触して電荷を失
い、あるいは電子との再結合によって電荷を失って高速
原子となり、高速原子放出孔７から高速原子線８として
放出される。
２４等を除く高速原子線源の各構成要素を真空容器（図
示しない）におさめて十分に排気した後、例えばアルゴ
ンのガス５を導入する。放電部の電極２１、２２間に
は、高周波電源２４によって高周波電界が印加され、低
電圧で高密度プラズマが形成される。プラズマ中ではガ
ス５のイオンと電子が生成される。以下、イオンは陰極
２１に向かって加速されて大きなエネルギーを得、陰極
２１中で、残留しているガス５粒子と接触して電荷を失
い、あるいは電子との再結合によって電荷を失って高速
原子となり、高速原子放出孔７から高速原子線８として
放出される。
【００１４】図２は、本発明の第２実施例の高速原子線
源の説明図である。第１実施例と異なっているのは、陽
極側の電極２２ａが板状ではなく、リング状である。そ
の他の構成要素は第１実施例と同様であり、同一又は相
当の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略す
る。上述したように電極２１、２２ａ間に印加される高
周波電圧によって、ガス５の放電は低電圧でも容易に維
持され、高速原子線８が放出され、かつエネルギーの低
い高速原子線８が同様に得られる。
源の説明図である。第１実施例と異なっているのは、陽
極側の電極２２ａが板状ではなく、リング状である。そ
の他の構成要素は第１実施例と同様であり、同一又は相
当の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略す
る。上述したように電極２１、２２ａ間に印加される高
周波電圧によって、ガス５の放電は低電圧でも容易に維
持され、高速原子線８が放出され、かつエネルギーの低
い高速原子線８が同様に得られる。
【００１５】尚、上記実施例のような高周波電圧による
放電に限らず、パルス状の印加電圧、或いは低周波の交
流電圧の印加によっても、同様に高密度プラズマを形成
できる。交流電圧を放電部に印加することにより、電圧
がくり返し印加されるので、電極間空間に残存したイオ
ンや電子が加速され、ガスや電極等と衝突し、２次電子
の放出効果が強まり、放電電圧を低減する効果を生じ
る。
放電に限らず、パルス状の印加電圧、或いは低周波の交
流電圧の印加によっても、同様に高密度プラズマを形成
できる。交流電圧を放電部に印加することにより、電圧
がくり返し印加されるので、電極間空間に残存したイオ
ンや電子が加速され、ガスや電極等と衝突し、２次電子
の放出効果が強まり、放電電圧を低減する効果を生じ
る。
【００１６】磁場を備えると、放電電圧の低減、高密度
プラズマの形成を一層容易にすることができる。縦磁場
は、図１、２の実施例では、陰極と陽極に垂直な方向に
磁力線が存在するものである。縦磁場は、例えば外筒２
３にコイルを巻回して通電することによって形成するこ
とができる。横磁場は、陰極と陽極に平行な方向に磁力
線が存在する場合である。横磁場は、例えば外筒２３の
両側にＮ極とＳ極の永久磁石を配置することによって形
成することができる。多極性（マルチポール）磁場は、
放電部外周に、置かれたいくつかの棒を想定し、その棒
を中心に磁界が発生している様な磁場が放電部に存在す
る形式である。縦磁場、横磁場、多極性（マルチポー
ル）磁場のいづれも、放電部（電極間）における、電子
とイオンの運動行程を活性化して、ガスとの衝突回数を
増すことにより、一層放電電圧を下げ、高密度プラズマ
を生成することができる。
プラズマの形成を一層容易にすることができる。縦磁場
は、図１、２の実施例では、陰極と陽極に垂直な方向に
磁力線が存在するものである。縦磁場は、例えば外筒２
３にコイルを巻回して通電することによって形成するこ
とができる。横磁場は、陰極と陽極に平行な方向に磁力
線が存在する場合である。横磁場は、例えば外筒２３の
両側にＮ極とＳ極の永久磁石を配置することによって形
成することができる。多極性（マルチポール）磁場は、
放電部外周に、置かれたいくつかの棒を想定し、その棒
を中心に磁界が発生している様な磁場が放電部に存在す
る形式である。縦磁場、横磁場、多極性（マルチポー
ル）磁場のいづれも、放電部（電極間）における、電子
とイオンの運動行程を活性化して、ガスとの衝突回数を
増すことにより、一層放電電圧を下げ、高密度プラズマ
を生成することができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明による交流電圧を用いた高速原子
線源では、従来の直流電圧と比較して放電電圧を低くで
き、低エネルギーの高速原子線を放出することができ
る。又、例えばフィラメントを利用する熱電子放出に比
べると、放電部における外乱やガスの不純物を小さくす
ることができる。エネルギーの低い粒子線は、固体に衝
突した際に大きなダメージを与えること無く、固体表面
を削り、あるいは変性させ得るのが特徴で、半導体の微
細加工、分析等に重用可能である。特に高速原子線は電
気的に中性であるが故に、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ック、セラミッ
クスなどの絶縁物を対象とする場合にもその威力を発揮
する。
線源では、従来の直流電圧と比較して放電電圧を低くで
き、低エネルギーの高速原子線を放出することができ
る。又、例えばフィラメントを利用する熱電子放出に比
べると、放電部における外乱やガスの不純物を小さくす
ることができる。エネルギーの低い粒子線は、固体に衝
突した際に大きなダメージを与えること無く、固体表面
を削り、あるいは変性させ得るのが特徴で、半導体の微
細加工、分析等に重用可能である。特に高速原子線は電
気的に中性であるが故に、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ック、セラミッ
クスなどの絶縁物を対象とする場合にもその威力を発揮
する。
【図１】本発明の第１実施例の高速原子線源の構造の説
明図。
明図。
【図２】本発明の第２実施例の高速原子線源の構造の説
明図。
明図。
【図３】従来の高速原子線源の構造の説明図。
１ 円筒形陰極 ２ ドーナッツ状の陽極 ３ 直流高圧電源 ４ ガスノズル ５ アルゴンガス ６ プラズマ ７ 原子放出孔 ８ 高速原子線 ２１ 板状陰極 ２２，２２ａ 陽極
Claims (7)
- 【請求項１】 高速原子線源において、放電部に交流電
圧を印加することを特徴とする高速原子線源。 - 【請求項２】 前記放電部に印加する交流電圧は、高周
波電圧であることを特徴とする請求項１記載の高速原子
線源。 - 【請求項３】 前記高速原子線源において、放電部に縦
磁場を備えることを特徴とする請求項１記載の高速原子
線源。 - 【請求項４】 前記高速原子線源において，放電部に横
磁場を備えることを特徴とする請求項１記載の高速原子
線源。 - 【請求項５】 前記高速原子線源において、放電部に多
極性の磁場を備えることを特徴とする請求項１記載の高
速原子線源。 - 【請求項６】 多数の原子放出孔を有する板状電極と、
前記板状電極に対向して設置された電極と、前記電極間
に交流電圧を印加する電源と、前記電極間に放電を起こ
すガスを導入するガス導入部とから構成され、前記放電
部には磁場を更に備えることを特徴とする高速原子線
源。 - 【請求項７】 高速原子線源において、多数の原子放出
孔を有する板状電極と、前記板状電極に対向して設置さ
れた板状電極と、前記板状電極間に電圧を印加するため
の電源と、前記電極間に放電を起こすガスを導入するガ
ス導入部とから構成され、前記放電部には磁場を更に備
えることを特徴とする高速原子線源。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22799493A JPH0755999A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 高速原子線源 |
| US08/289,662 US5519213A (en) | 1993-08-20 | 1994-08-12 | Fast atom beam source |
| DE69417970T DE69417970T2 (de) | 1993-08-20 | 1994-08-18 | Quelle für schnelle Atomstrahlen |
| EP94112942A EP0639939B1 (en) | 1993-08-20 | 1994-08-18 | Fast atom beam source |
| KR1019940020489A KR100307070B1 (ko) | 1993-08-20 | 1994-08-19 | 고속원자빔공급원 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22799493A JPH0755999A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 高速原子線源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755999A true JPH0755999A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16869513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22799493A Pending JPH0755999A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 高速原子線源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0755999A (ja) |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP22799493A patent/JPH0755999A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3328498B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| KR100307070B1 (ko) | 고속원자빔공급원 | |
| JP2509488B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| US5216241A (en) | Fast atom beam source | |
| JP3064214B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| JP3213135B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH07169425A (ja) | イオン源 | |
| US5432342A (en) | Method of and apparatus for generating low-energy neutral particle beam | |
| JPH0755999A (ja) | 高速原子線源 | |
| JP3103181B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH0488165A (ja) | スパッタ型イオン源 | |
| JPH089778B2 (ja) | イオン源 | |
| JPS63221547A (ja) | イオン中和器 | |
| JP2627420B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH01161699A (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH06289198A (ja) | 高速原子線源 | |
| JP2671219B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH06101394B2 (ja) | 高速原子線源 | |
| EP0095879B1 (en) | Apparatus and method for working surfaces with a low energy high intensity ion beam | |
| JPH06289196A (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH06289193A (ja) | 高速原子線源 | |
| JPS63190229A (ja) | 電子ビ−ム励起イオン源 | |
| JPH0473896A (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JPH06265696A (ja) | 高速原子線源 | |
| JPH01313897A (ja) | 高速原子線源 |