JPS63108699A - 高速原子線源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は取り出し効率の高い高速原子線を放出する線源
に関するものである。

［従来の技術］ 第２図を参照してアルゴンガス使用の場合を例に従来例
を説明する。

第１図はリング状陽極、２は両端面を有するシリンダー
状の陰極、３は陰極２の１つの端面に穿たれた高速原子
線放出孔、４は陰極２の他の端面に取り付けられたガス
導入孔、５は高速原子線、６は直流高圧電源、７は真空
容器である。

真空容器７中の空気を真空ポンプによって十分に排気し
た後に、ガス導入孔４から真空容器７の真空度が１０−
２〜１０−’　Ｔｏｒｒに達するまでアルゴンガスを導
入する。直流高圧電源から、＋１〜１ＯｋＶの直流高圧
電圧を陽極１に印加すると、陰極２の両端面とそれらの
間にある陽極１との間に各々グロー放電が発生する。

これらの放電において、高速原子線放出孔３側の端面か
ら放出された電子は、陽極１に向かって加速され、十分
な運動エネルギーを得てアルゴンガス分子と衝突してア
ルゴンガスをイオン化する。さらに、陽＄ｉ１に達した
電子は、リング状陽極の穴を通過して、陰極２のガス導
入孔４が取り付けられた端面に向かって減速され始め、
この端面の近傍に達した電子は速度を失い、反転してあ
らためて陽極１に向かって加速され始める。

以上のように電子は、陽極１を中心に陰極２の両端面の
間を高周波振動してこの過程で多数のアルゴンイオンを
生成する。

一方、陰Ｍ１２の両端近傍の空間は、高周波振動電子の
折り返し点であるために、低速の電子が多数存在する空
間であるとともに、この空間は両端面の器壁に衝突した
イオンによって放出される低速の二次電子が多数存在す
る空間でもある。

電子とアルゴンガス分子との衝突によって生成されたア
ルゴンイオンは、陰極２０両端面に向かって加速され、
この両端面付近の空間に突入して、そこに多数存在する
低速の電子と再結合してアルゴン高速原子が誕生する。

イオンと電子の衝突に際しては電子のＭｍがイオンに比
べて無視し得る程に小さいために、イオンの運動エネル
ギーが損なわれることはなく、高速原子の運動エネルギ
ーはイオンのそれと同程度になる。

このような過程で形成された高速原子は、陰極２の１つ
の端面に穿たれた高速原子線放出孔３から高速原子線５
となって放出される。たとえば、直流高圧電源６を３ｋ
Ｖにすればイオンは加速されて陰極２の両端面の近傍に
達し、このイオンは、約３　ｋｅＶの運動エネルギーを
有しているので、高速原子線５の運動エネルギーも約３
　ｋｅＶとなる。

ガス導入孔４から導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。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上のような従来の原子線源においては、一連の過程で
発生したイオンのうち、陰極２の放出孔が穿たれた端面
に向かうイオンのみが高速原子線として取り出され、ガ
ス導入孔が穿たれた端面に向かうイオンを利用していな
かったので、原子線の取り出し効率がよくないという問
題点があった。

本発明は上述の問題点を解決し、加速されるイオンすべ
てを高速原子に変換して取り出し効率の良い線源を得る
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明の高速原子線源は
、それぞれ１８０度以下の開き角をもち、かつほぼ円弧
状断面をもつ２つの電極を有し、２つの電極をほぼ同心
円状に配置した静電偏向器と、静電偏向器の２つの電極
の端部と対向して配置された２つのリング状陽極と、リ
ング状陽極の各々とほぼ平行に配置された２つの陰極と
５陽極と陰極との間に接続された放電用直流高圧電源と
、静電偏向器に接続された直流電源とを具えたことを特
徴とする。

［作　用］ 本発明は、２つの陰極の間に、リング状陽極と１８０度
以下の開き角をもつ静電偏向器を同一円周上に配置する
ことによって、電子に円運動を与えて２つの陰極から高
速原子線を取り出しているので、大出力の原子線を効率
よく取り出すことができる。

〔実施例１ 第１図を参照して、本発明の詳細な説明する。

図中、２１．２２は陰極、２３．２４はそれぞれ２１．
２２の陰極に穿たれた高速原子線放出孔、２５．２８は
リング状の陽極、２７Ａ、２７Ｂは電子を偏向するため
の静電偏向器の電極である。

電極２７Ａ　、２７Ｂはそれぞれ同心円状に配設された
円筒の一部を切欠いた円弧状断面を有し、この切欠きの
中心角θを開き角としている。開き角θは１８０度以下
である。

陽極２５．２６は静電偏向器２７の端部と対向して配置
されており、陰極２１．２２はそれぞれ陽極２５．２６
とほぼ平行に配置されている。２９は放電用直流高圧電
源、３０．３１は電子偏向用直流電源、３２は真空容器
、３３はガス導入孔、３４．３５は高速原子線である。

これらの動作は以下のとおりである。

排気孔３６を通して真空容器３２を十分に排気した後に
ガス導入孔３３から、たとえばアルゴンガスを、真空容
器３２内の真空度が１０−２〜１０−’　Ｔｏｒｒに達
するまで導入し、次いで放電用直流高圧電源２９によっ
て正の高電圧を陽極２５．２６に印加する。以上の操作
によって、陰極２１と陽極２５との間および陰極２２と
陽極２６との間にはグロー放電が起こる。

この放電において陰極２１から発した電子は、陽極２５
に向かって加速されアルゴンガスと衝突して多数のアル
ゴンイオンを生成する。

アルゴンガスと衝突しなかった電子は、陽極２５に達し
て、そのリング孔を通過して静電偏向器２７の２つの電
極２７Ａと２７８との間に入射して偏向を受け、円軌道
を描いて陽極２６に達し、そのリング孔を通過して今度
は減速されながら陰極２２に向かう。陰極２２に達した
電子はここで速度を失って反転し、改めて陽極２６に向
かって加速され始め、アルゴンガスとの衝突を繰り返し
て多数のアルゴンイオンを生成する。以上のように電子
は陰極２１．２２の間を偏向器２７をＡＡして高周波振
動して、その間に陰８ｉ２１と陽極２５との間の空間お
よび陰極２２と陽極２６との間の空間に多数のアルゴン
イオンを作り出す。

上述のような過程を経て生成したアルゴンイオンは、陰
極２１あるいは陰極２２に向かって加速され、アルゴン
イオンの一部は陰極２１あるいは２２の器壁を衝撃して
二次電子を放出させる。したがって陰極２１．２２の近
傍は低速の二次電子が数多く存在する空間であり、また
、この空間は陰極２１と陰極２２との間を高周波振動し
ている電子の折り返し点であって、低速電子の電子密度
の高い空間でもあるので、この空間に飛来してきたアル
ゴンイオンは、低速電子と再結合して原子になる。アル
ゴンイオンの質量は電子よりも遥かに大であるために、
電子との衝突に際してイオンの運動エネルギーが損なわ
れることはないので、発生する原子の運動エネルギーは
大であり、高速の原子となって高速原子線放出孔２３．
２４からビームとして放出される。これが高速原子線３
４．３５である。

原子線３４および３５は同一円周上でかつ１８０度以内
にある２点から接線上に放出されるので、一点上に集中
して照射させることができる。したがって真空容器３２
内のこの集中点に被照射物を置けば、高出力の原子線照
射が可能である。

開き角θは静電偏向器２７とリング状の陽極２５．２Ｂ
　、陰極２１．２２を含む電極系と真空容器３２との寸
法に応じて、適宜な値を選ぶことができる。

例えば２個の静電偏向電極２７Ａ、２７Ｂの直径の平均
を１００ｍｍとした時、２つの陰極２１．２２から放出
された高速原子源が交わる位置は、開き角が１６０度の
時静電偏向器の中心から２８０ｍｍ　、開き角が９０度
の時１１０ｍｍである。

上述のように、高速原子線３４．３５をそれぞれ陰ｉ２
１．２２の両方から取り出すことができ、かつ陰極２１
．２２が１８０度以下の開き角で対向しているために、
高速原子線３４．３５を重畳させることができるので、
従来よりも高速原子線の線量が多く効率の良い線源とな
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、１８０度以下
の開き角で対向する２つの陰極から高速原子線を取り出
しているので、従来の線源よりも効率が良く、高速原子
衝撃スパッタ蒸着等にこの線源を利用すると、高い製膜
速度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速原子線源の一実施例を示す斜視図
、 第２図は従来の高速原子線源を示す斜視図である。 ２１．２２・・・陰極、 ２３．２４・・・高速原子線放出孔、 ２５．２８・・・リング状陽極、 ２７・・・静電偏向器、 ２７Ａ、２７Ｂ・・・静電偏向器電極、２９・・・放電
用直流高圧電源、 ３０．３１・・・電子偏向用直流電源、３４．３５は高
速原子線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ１８０度以下の開き角をもち、かつほぼ円弧状
   断面をもつ２つの電極を有し、該２つの電極をほぼ同心
   円状に配置した静電偏向器と、該静電偏向器の２つの電
   極の端部と対向して配置された２つのリング状陽極と、 該リング状陽極の各々とほぼ平行に配置された２つの陰
   極と、 前記陽極と陰極との間に接続された放電用直流高圧電源
   と、 前記静電偏向器に接続された直流電源と を具えたことを特徴とする高速原子線源。