JPS63143800A - 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３図を参照して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
源の一例を説明する。

図中、１は両端面を有する円筒状陰極、２はリング状陽
極である。陰極１の両端面は薄い金属板で作製されてい
る。３は０．５〜１０ｋＶの直流高圧電源、４は陰ｇ！
１の１つの端面に取り付けられたガス導入孔、５はアル
ゴンガス、６はプラズマ、７は陰極１の他の端面に穿た
れた高速原子線放出孔、８は高速原子線である。

以上の構成要素のうちの直流高圧電源３以外を真空容器
（図示せず）に入れる。真空容器中の空気を十分に排気
した後にガス導入孔４からアルゴンガス５を円筒状陰極
１の内部に導入する。陽極２が正電位、陰極１が負電位
となるように直流高圧電源３から、直流高電圧を印加す
る。この印加により、陰８ｉ１の両端面とそれらの間に
ある陽極２との間に各々グロー放電が起こり、プラズマ
６が発生してアルゴンイオンと電子が生成される。

これらの放電において、高速原子線放出孔７を有する側
の端面から放出された電子は、陽極２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、陽極２に達した電子は陽極２の中央の穴を通過
して、陰極１のガス導入孔４が取り付けられた側の端面
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２に向かって加
速され始める。

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

また、陰極１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、低速の電子か多数存在する空間
である。また、この空間は陰極２の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１の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、電子の質量はイオンの
それ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１の１つ
の端面に穿たれた高速原子線放出孔７から高速原子線８
となって放出される。たとえば、直流高圧電源３を１ｋ
Ｖにすれば加速されたイオンは陰極１の両端面の近傍に
達し、このイオンは約１　ｋｅＶの運動エネルギーを有
しているので、高速原子線８の運動エネルギーも約１　
ｋｅＶとなる。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上のような従来の高速原子線源においては、原子から
イオンを生成するのに必要な電子を放出する陰極の端面
が平板で構成されている。このためにプラズマは円筒状
陰極の内部全体に広がるので、高密度のプラズマの発生
が困難である。したがって、大出力の高速原子線を取り
出すことが容易ではない。

さらに、高速原子線放出孔を有する陰極端面は、通常、
薄い金属板で作られているために、高速原子およびイオ
ンの衝撃を受はスパッタして消耗し、長時間にわたって
高速原子線を取り出すことに問題があった。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、大出力の高速
原子線を長時間にわたって取り出すことのできる、取り
出し効率のよい高速原子線源を提供することにある。

［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
、複数のホローカソードで構成された第１の陰極と、ハ
ネカム構造を持ち第１の陰極と中心軸をほぼ同一にして
対向する第２の陰極と、第１および第２の陰極の間に配
設され、ほぼ中央に開口部を有する陽極と、陽極と陰極
との間に接続された直流高圧電源とを具備したことを特
徴とする。

［作　用］ 本発明においては、一方の陰極を複数のホローカソード
で構成することによりプラズマ密度が上がる。また、高
速原子放出孔を兼ねた他方の陰極をハネカム構造とする
ことにより、高速原子放出孔のスパッタによる消耗を防
ぐことができる。

［実施例］ 第１図を参照して、本発明の詳細な説明する。

図において、３は直流高圧電源、８は高速原子線である
。２１は例えばステンレススチールなど、耐熱性の材料
からなる中空円筒状のホローカソードを複数集合させて
構成した陰極である。２２は高速原子線放出孔を有する
ハネカム構造の陰極、２３は陽極である。これらの動作
は以下のとおりである。

直流高圧電源３以外の構成要素を真空容器（図示せず）
に収めて十分に排気した後、たとえばアルゴンガスを、
真空容器内の真空度が１０−２〜１Ｏ−５Ｔｏｒｒに達
するまで導入する。次いで、陽極２３が正電位、陰極２
１および２２が負電位となるように、放電用直流高圧電
源３によって直流高電圧を印加する。陰極２１と２２と
は同電位となるように短絡されている。

この高電圧印加によって、陰極２１と陽極２３との間お
よび陰極２２と陽極２３との間でグロー放電が起こりプ
ラズマが発生してアルゴンイオンと電子が生成される。

以下、従来例の場合と同様に、陰極２１から放出された
電子は、陽極２３に向かって加速され、陽極２３の中央
開口部を通過して陰極２２に達し、ここで速度を失って
反転し、あらためて陽Ｖｉ２３に向かって加速され始め
る。陰極２１を構成する各ホローカソードの内面には、
多くの電子か斜めに入射し、そのために各ホローカソー
ドは多くの２次電子を放出する。その結果放電電流は増
加し、陰極２１は赤熱され、熱電子をも放出する。

このように多量に生成された電子は、陽極２３の中央の
開口部を介して陰極２１と２２との間を高周波振動し、
この過程で多数のアルゴンイオンを生成する。発生した
アルゴンイオンは、陰極２２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２３と陰極２２との間の放電維持電圧が、たとえ
ば１ｋＶのときは、１　ｋｅＶ程度の値となる。

また、陰極１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。

ア この空間に突入してきたプルボンイオンは低速電子と衝
突・再結合してアルゴン原子となる。

イオンと電子の衝突に際しては、電子の質量はイオンの
それ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それと同程度になる。

このため、イオンの運動エネルギーはそのまま原子に受
は継がれ、高速原子線８となって放出される。

本発明においては、複数のホローカソードを使用するこ
とにより、プラズマ密度を上げているので多量のイオン
が生成される。また陰極を兼ねた高速原子線放出孔をハ
ネカム構造として高い開口率を維持している。これら２
つの理由により、大出力の高速原子線の放出が可能とな
るうえに、スパッタによる高速原子線放出孔の消耗を防
いでいる。

以上の実施例では中央に穴を有する陽極の場合を説明し
たが、第２図に示すように陽極中央の穴にグリッドを設
けると、一方の陰極からでた電子は陽極の周縁部に向か
わずに中央部を通って、他方の電極へ向かうことができ
、一層の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては、複数のホローカ
ソードで構成された陰極を用いているので、プラズマの
発生効率がよく、従来の線源よりも効率よく高速原子線
を取り出すことができる。

陰極を兼ねた高速原子線放出孔をハネカム構造としであ
るので開口率が高く、そのためスパッタによる放出孔の
消耗を防ぐことができる。

また、高速原子線は高速のイオンビームと同様に、スパ
ッタ蒸着による薄膜形成、スパッタエツチングによる微
細パターン加工、および二次イオン質量分析による材料
評価等に利用することができる。

さらに、高速原子線は非荷電性であるので、金属や半導
体ばかりでなく、イオンビーム法による加工２分析等が
通用できないプラスチックやセラミック等の絶縁物を対
象とする場合にも有効であり、加工１分析等の能率向上
に非常に有益である。

す斜視図、 第３図は従来の高速原子線源を示す斜視図である。

３・・・直流高圧電源、 ８・・・高速原子線、 ２１．２２・・・陰極、 ２３・・・陽極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のホローカソードで構成された第１の陰極と、 ハネカム構造を持ち該第１の陰極と中心軸をほぼ同一に
   して対向する第２の陰極と、 前記第１および第２の陰極の間に配設され、ほぼ中央に
   開口部を有する陽極と、 該陽極と前記陰極との間に接続された直流高圧電源と を具備したことを特徴とする高速原子線源。