RU2299489C1 - Cold-cathode ion source - Google Patents

Cold-cathode ion source Download PDF

Info

Publication number
RU2299489C1
RU2299489C1 RU2005131021/28A RU2005131021A RU2299489C1 RU 2299489 C1 RU2299489 C1 RU 2299489C1 RU 2005131021/28 A RU2005131021/28 A RU 2005131021/28A RU 2005131021 A RU2005131021 A RU 2005131021A RU 2299489 C1 RU2299489 C1 RU 2299489C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
cathode
grid
plasma
diameter
Prior art date
Application number
RU2005131021/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Васильевич Гаврилов (RU)
Николай Васильевич Гаврилов
Александр Сергеевич Каменецких (RU)
Александр Сергеевич Каменецких
Original Assignee
Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт электрофизики Уральского отделения РАН filed Critical Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority to RU2005131021/28A priority Critical patent/RU2299489C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2299489C1 publication Critical patent/RU2299489C1/en

Links

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: heavy-current plasma and ion beam generation.
SUBSTANCE: proposed cold-cathode ion source has plasma cathode whose set of electrodes includes glow-discharge hollow cathode, igniter electrode, and anode grid; plasma generator incorporating main anode and screen grid with ion extraction holes electrically connected to anode grid and placed at negative potential relative to main hollow anode whose surface mounts set of permanent magnets for producing peripheral multipole magnetic system. Anode grid is mounted on hollow glow-discharge anode end facing main anode, its opposite end mounts diaphragm with anode aperture coaxial with cathode aperture, following relations being satisfied: da > dc and dg < D - 2h, where da, dc, dg, D is diameter of anode aperture, diameter of cathode aperture, diameter of anode grid, and diameter of main anode, respectively; h is minimal distance between rows of different-polarity permanent magnets.
EFFECT: enhanced power efficiency, gas economic efficiency, reliability, and service life of ion source at same mass and size; simplified design.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике получения плазмы и генерации ионных пучков с большим током.The invention relates to techniques for plasma production and generation of high current ion beams.

Известны источники ионов, в которых плазма генерируется в анодной полости, на поверхности которой установлены ряды постоянных магнитов с переменной полярностью для создания многополюсного магнитного поля. Такое поле максимально у поверхности анода и быстро спадает по направлению к центру системы, что обеспечивает удержание быстрых электронов в плазме и генерацию однородной малошумящей плазмы в свободном от магнитного поля объеме анодной полости. В таких источниках "корзиночного" типа обычно используется накаливаемый катод [1], недостатком которого является ограниченный срок службы при работе с химически активными газами. Известны ионные источники с магнитным мультиполем, в которых используется плазменный катод на основе микроволнового [2] или радиочастотного [3] разрядов, что обеспечивает увеличение ресурса, но существенно усложняет и удорожает ионный источник.Ion sources are known in which plasma is generated in the anode cavity, on the surface of which there are rows of permanent magnets with variable polarity to create a multipolar magnetic field. Such a field is maximally near the surface of the anode and rapidly decreases toward the center of the system, which ensures the retention of fast electrons in the plasma and the generation of a homogeneous low-noise plasma in the volume of the anode cavity free from the magnetic field. In such sources of the “basket” type, an incandescent cathode is usually used [1], the disadvantage of which is the limited service life when working with chemically active gases. Known ion sources with a magnetic multipole, which use a plasma cathode based on microwave [2] or radio frequency [3] discharges, which provides an increase in resource, but significantly complicates and increases the cost of the ion source.

Известен источник ионов, основанный на инжекции электронов из плазмы тлеющего разряда с полым катодом через затянутое мелкоструктурной анодной сеткой малое отверстие в полость генератора плазмы, основной анод которого экранирован многополюсным магнитным полем [4]. В полости генератора в результате ионизации газа инжектируемыми электронами генерируется плотная плазма с равномерной ионной эмиссией в области слабого магнитного поля. В такой системе анодная сетка одновременно выполняет несколько функций: замыкает ток тлеющего разряда, собирая медленные плазменные электроны из плазмы в катодной полости, формирует поверхность плазменного эмиттера электронов, стабилизирует параметры плазмы и электронного эмиттера. В силу того, что одновременное выполнение всех этих функций анодной сеткой возможно лишь в ограниченном диапазоне значений давления газа и тока разряда, в таком источнике не достигаются максимально возможные значения энергетической эффективности и газовой экономичности.A known ion source is based on the injection of electrons from a hollow cathode glow discharge plasma through a small hole into the cavity of a plasma generator drawn by a fine-grained anode grid, the main anode of which is shielded by a multipolar magnetic field [4]. As a result of ionization of the gas by injected electrons, a dense plasma is generated in the cavity of the generator with uniform ion emission in the region of a weak magnetic field. In such a system, the anode grid simultaneously performs several functions: it closes the glow discharge current, collecting slow plasma electrons from the plasma in the cathode cavity, forms the surface of the plasma electron emitter, and stabilizes the parameters of the plasma and electron emitter. Due to the fact that the simultaneous performance of all these functions by the anode grid is possible only in a limited range of gas pressure and discharge current, the maximum possible values of energy efficiency and gas efficiency are not achieved in such a source.

Так, для уменьшения напряжения горения и рабочего давления тлеющего разряда отношение между площадью анода тлеющего разряда и площадью поверхности полого катода должно составлять Sa/Sk=(Mi/me)1/2~100, где Мi, me - масса иона рабочего газа и электрона, соответственно [5]. При требующемся малом размере анода и, соответственно, размере катодной апертуры в анодной плазме вблизи сетки оказываются совмещенными в пространстве плотный поток быстрых электронов и поток атомов или молекул газа, напускаемого в катодную полость. Поскольку при ионизации газа электронным ударом плотность генерируемых ионов пропорциональна произведению плотности потока быстрых электронов и плотности газа, в результате возникает значительная пространственная неоднородность генерируемой плазмы и большая часть тока генерируемых ионов рекомбинирует на сетке и основном аноде, не достигая экранного электрода, через отверстия в котором ионы могут быть извлечены внешним электрическим полем. Увеличение размеров анодной сетки приводит к выравниванию плотности плазмы в анодной полости и увеличению тока извлеченных ионов в несколько раз [6]. Однако при неизменных размерах полого катода это приводит к снижению давления в катодной полости, повышению напряжения горения разряда и росту мощности, потребляемой в разряде, либо к необходимости увеличивать расход рабочего газа. Альтернативой является одновременное с увеличением размера сетки увеличение размеров полого катода, что не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, высокая плотность потока ионов ji из анодной плазмы в катодную (которая определяется соотношением ji/je~(me/Mi)1/2, где je - плотность тока быстрых электронов) увеличивает плотность и потенциал катодной плазмы, приводя к росту тока эмиссии электронов. При достижении значений эмиссионного тока, равного току разряда, слой пространственного заряда, ускоряющий эмитированные электроны, разрушается, разряд переходит в режим контракции, при этом резко снижается ток извлекаемых из плазмы ионов [7] (прототип). Таким образом, малый размер анодной сетки ограничивает рабочий диапазон источника ионов по давлению и току разряда.So, to reduce the burning voltage and the operating pressure of the glow discharge, the ratio between the area of the glow discharge anode and the surface area of the hollow cathode should be S a / S k = (M i / m e ) 1/2 ~ 100, where M i , m e the mass of the working gas ion and the electron, respectively [5]. With the required small size of the anode and, accordingly, the size of the cathode aperture in the anode plasma near the grid, the dense flux of fast electrons and the flux of atoms or molecules of the gas introduced into the cathode cavity turn out to be combined in space. Since the density of generated ions during ionization of gas by electron impact is proportional to the product of the density of the flux of fast electrons and the density of the gas, the result is a significant spatial heterogeneity of the generated plasma and most of the current of the generated ions recombines on the grid and the main anode without reaching the screen electrode through which holes the ions can be extracted by external electric field. An increase in the size of the anode network leads to an equalization of the plasma density in the anode cavity and an increase in the current of extracted ions by several times [6]. However, with the dimensions of the hollow cathode being constant, this leads to a decrease in pressure in the cathode cavity, an increase in the discharge burning voltage and an increase in the power consumed in the discharge, or to the need to increase the flow rate of the working gas. An alternative is the simultaneous increase in the size of the hollow cathode, which is not always possible and advisable. In addition, the high ion flux density j i from the anode plasma to the cathode (which is determined by the ratio j i / j e ~ (m e / M i ) 1/2 , where j e is the current density of fast electrons) increases the density and potential of the cathode plasma , leading to an increase in the electron emission current. When the emission current value is equal to the discharge current, the space charge layer accelerating the emitted electrons is destroyed, the discharge goes into contraction mode, while the current of ions extracted from the plasma sharply decreases [7] (prototype). Thus, the small size of the anode grid limits the working range of the ion source in terms of pressure and discharge current.

Задачей изобретения является увеличение энергетической эффективности и газовой экономичности ионного источника при сохранении массогабаритных характеристик, простоты, надежности и высокого ресурса ионного источника с холодным катодом. Для этого в источнике ионов, содержащем плазменный катод, электродная система которого включает полый катод тлеющего разряда, поджигающий электрод и анодную сетку, и генератор плазмы, включающий полый основной анод и экранную сетку с отверстиями для извлечения ионов, электрически соединенную с анодной сеткой и находящуюся под отрицательным потенциалом относительно основного полого анода, на поверхности которого установлена система постоянных магнитов для формирования многополюсного периферийного магнитного поля, анодную сетку устанавливают на обращенном к основному аноду торце полого анода тлеющего разряда, на противоположном торце которого устанавливают диафрагму с анодной апертурой, которая соосна катодной апертуре, причем выполняются соотношения da>dк и dc<D-2h, где da, dk, dc, D - диаметр анодной апертуры, диаметр катодной апертуры, диаметр анодной сетки и диаметр полого основного анода, соответственно, а h - наименьшее расстояние между рядами постоянных магнитов с различной полярностью.The objective of the invention is to increase the energy efficiency and gas efficiency of the ion source while maintaining weight and size characteristics, simplicity, reliability and high life of the ion source with a cold cathode. To do this, in an ion source containing a plasma cathode, the electrode system of which includes a hollow cathode of a glow discharge, igniting an electrode and anode grid, and a plasma generator including a hollow main anode and a screen grid with holes for extracting ions, electrically connected to the anode grid and underneath negative potential relative to the main hollow anode, on the surface of which a system of permanent magnets is installed to form a multipolar peripheral magnetic field, the anode grid avlivayut on facing to main anode end of the hollow anode of the glow discharge, at the opposite end of which is mounted a diaphragm with an anode aperture that is coaxial with the cathode aperture, wherein the following relations d a> d k and d c <D-2h, where d a, d k, d c , D are the diameter of the anode aperture, the diameter of the cathode aperture, the diameter of the anode grid and the diameter of the hollow main anode, respectively, and h is the smallest distance between the rows of permanent magnets with different polarity.

Сущность изобретения. Плазменный катод ионного источника содержит полый катод тлеющего разряда, поджигающий электрод и полый анод тлеющего разряда, входная апертура которого соосна выходной апертуре полого катода, а на противоположном торце полого анода тлеющего разряда установлена анодная сетка. Генератор плазмы источника ионов содержит экранную сетку, электрически соединенную с анодной сеткой плазменного катода, и полый основной анод, на поверхности которого установлено несколько линейных или кольцевых рядов постоянных магнитов, создающих многополюсное магнитное поле. В катодную полость напускается газ и при приложении напряжения между катодом, поджигающим электродом и полым анодом тлеющего разряда зажигается разряд, ток которого через выходную апертуру катода замыкается на полый анод тлеющего разряда. При подаче положительного относительно анодной и экранной сеток потенциала на полый основной анод электроны извлекаются через анодную сетку, приобретая дополнительную энергию в слое пространственного заряда, формирующемся у анодной сетки. С ростом разности потенциалов между полым основным анодом и анодной, и экранной сетками увеличивается ток инжектируемых электронов и растет их ионизирующая способность, в результате в полости основного анода генерируется плотная плазма. Периферийное поле, создаваемое постоянными магнитами, отражает быстрые электроны, обеспечивая их эффективную энергетическую релаксацию в плазме и генерацию однородной плазмы в свободном от магнитного поля пространстве анодной полости. Ионы извлекаются из плазмы через отверстия в экранном электроде полем слоя пространственного заряда или полем ускоряющего промежутка ионной оптики в случае, если необходимо ускорение ионов до более высоких энергий.SUMMARY OF THE INVENTION The plasma cathode of the ion source contains a hollow glow-discharge cathode, an ignition electrode and a glow-discharge hollow anode, the input aperture of which is aligned with the hollow-cathode output aperture, and an anode grid is installed on the opposite end of the glow-discharge anode. The ion source plasma generator contains a screen grid electrically connected to the anode grid of the plasma cathode, and a hollow main anode, on the surface of which there are several linear or annular rows of permanent magnets that create a multi-pole magnetic field. Gas is introduced into the cathode cavity and, when voltage is applied between the cathode, the ignition electrode and the hollow anode of the glow discharge, a discharge is ignited, the current of which is closed through the output aperture of the cathode to the hollow anode of the glow discharge. When a potential with respect to the anode and screen grids is applied to the hollow main anode, the electrons are extracted through the anode grid, gaining additional energy in the space charge layer formed at the anode grid. With an increase in the potential difference between the hollow main anode and the anode and screen grids, the current of injected electrons increases and their ionizing ability increases, as a result, a dense plasma is generated in the cavity of the main anode. The peripheral field created by permanent magnets reflects fast electrons, providing their effective energy relaxation in the plasma and the generation of a uniform plasma in the free from the magnetic field space of the anode cavity. Ions are extracted from the plasma through openings in the screen electrode by the field of a space charge layer or by the field of the accelerating gap of ion optics in the case where it is necessary to accelerate ions to higher energies.

В предложенной конструкции ионного источника эффективная действующая площадь полого анода для тлеющего разряда с полым катодом определяется площадью катодной апертуры, диаметр которой может быть выбран оптимальным для горения разряда. Если анод тлеющего разряда выполнить полым, его площадь поверхности может быть многократно увеличена вплоть до величин, сопоставимых с площадью полого катода. Во избежание перехвата электронного тока диафрагмой размер входной апертуры полого анода тлеющего разряда выбирается равным или большим диаметра катодной апертуры. Диаметр анодной сетки не влияет на условия горения тлеющего разряда и может быть увеличен до диаметра, определяемого размерами области, свободной от магнитного поля, которая, согласно [8], меньше диаметра полого основного анода примерно на удвоенное расстояние между рядами магнитов различной полярности. Увеличение размера анодной сетки повышает однородность генерируемой в полости основного анода плазмы, что уменьшает ионные потери, а использование полого анода тлеющего разряда с большой площадью поверхности обеспечивает превышение потенциала плазмы над потенциалом анода, что является условием высокой эффективности извлечения электронов из плазмы. Увеличение тока эмиссии плазменного катода и снижение ионных потерь увеличивают энергетическую эффективность источника ионов, а выбор оптимального размера катодной апертуры способствует повышению газовой экономичности ионного источника.In the proposed design of the ion source, the effective effective area of the hollow anode for a glow discharge with a hollow cathode is determined by the area of the cathode aperture, the diameter of which can be chosen optimal for burning the discharge. If the anode of the glow discharge is hollow, its surface area can be repeatedly increased up to values comparable to the area of the hollow cathode. In order to avoid interception of the electron current by the diaphragm, the size of the input aperture of the hollow anode of the glow discharge is chosen equal to or larger than the diameter of the cathode aperture. The diameter of the anode grid does not affect the combustion conditions of the glow discharge and can be increased to a diameter determined by the size of the magnetic field free region, which, according to [8], is less than the diameter of the hollow main anode by approximately twice the distance between the rows of magnets of different polarity. An increase in the size of the anode grid increases the uniformity of the plasma generated in the cavity of the main anode, which reduces ion losses, and the use of a hollow glow discharge anode with a large surface area ensures that the plasma potential exceeds the anode potential, which is a condition for the high efficiency of electron extraction from the plasma. An increase in the emission current of the plasma cathode and a decrease in ion loss increase the energy efficiency of the ion source, and the choice of the optimal size of the cathode aperture increases the gas efficiency of the ion source.

На чертеже представлен предложенный плазменный эмиттер ионов. Ионный источник состоит из плазменного катода и генератора плазмы. Электродная система плазменного катода содержит полый катод тлеющего разряда 1, поджигающий электрод 2, полый анод тлеющего разряда 3, на одном из торцов которого установлена анодная сетка 5, а на противоположном торце имеется диафрагма с анодной апертурой 4. Генератор плазмы содержит полый основной анод 7 и экранную сетку 6, которая электрически соединена с анодной сеткой 5. На поверхности полого основного анода 7 установлены постоянные магниты 8.The drawing shows the proposed plasma ion emitter. The ion source consists of a plasma cathode and a plasma generator. The plasma cathode electrode system contains a hollow cathode of a glow discharge 1, an ignition electrode 2, a hollow anode of a glow discharge 3, at one of the ends of which an anode grid 5 is installed, and at the opposite end there is a diaphragm with an anode aperture 4. The plasma generator contains a hollow main anode 7 and a screen grid 6, which is electrically connected to the anode grid 5. Permanent magnets 8 are installed on the surface of the hollow main anode 7.

Ионный источник работает следующим образом.The ion source works as follows.

В катодную полость напускается газ. Между катодом 1, поджигающим электродом 2 и полым анодом тлеющего разряда 3 прикладывается напряжение и зажигается тлеющий разряд. Ток разряда замыкается через выходную апертуру полого катода на анодную сетку 5, причем часть электронов поступает в полость основного анода 7. При подаче на основной анод 7 положительного относительно анодной и экранной сеток 5 и 6 потенциала электроны, инжектированные в полость генератора плазмы, приобретают дополнительную энергию и начинают ионизовать газ. В результате в полости генерируется плотная плазма, из которой через экранную сетку извлекаются ионы.Gas is introduced into the cathode cavity. Between the cathode 1, the ignition electrode 2 and the hollow anode of the glow discharge 3, voltage is applied and the glow discharge is ignited. The discharge current closes through the output aperture of the hollow cathode to the anode grid 5, with some of the electrons entering the cavity of the main anode 7. When a potential is positive relative to the anode and screen grids 5 and 6, the electrons injected into the cavity of the plasma generator gain additional energy and begin to ionize the gas. As a result, a dense plasma is generated in the cavity, from which ions are extracted through the screen grid.

Испытания опытного образца плазменного эмиттера ионов проводились с использованием электродной системы, длина и диаметр полого катода которой были равны и составляли 130 мм, диаметр полого основного анода составлял 130 мм, длина равнялась 100 мм. Диаметр выходной апертуры полого катода составлял 10 мм. Индукция магнитного поля на полюсах магнитной системы составляла 0,1 Тл. Поток аргона, напускавшегося в катодную полость, составлял 20 см3/мин. Ток разряда в непрерывном режиме горения разряда достигал 1 А, напряжение горения разряда U1 составляло около 400-500 В. Неравномерность распределения плотности ионного тока по поверхности экранной сетки, оцененная зондовым методом по величине тока насыщения ионов из плазмы, не превышала 10% на диаметре 80 мм. Ток ионов на экранную сетку составил 400 мА при токе плазменного катода Iэ=200 мА и разности потенциалов между экранной сеткой и основным анодом U2=150 В. Соответственно, эффективность разряда, оцениваемая исходя из величины ионного тока на экранную сетку в области однородной плазмы Ii, как η=Ii/Iэ(U1+U2), составила около 3 А/кВт, энергетическая эффективность источника с учетом прозрачности экранной сетки и потерь ионов из неоднородной плазмы на границе с магнитным полем примерно втрое ниже. Расчетные значения эффективности, полученные с учетом потерь мощности в плазменном катоде, по величине сопоставимы с характерными значениями эффективности для технологических источников широких пучков на основе термокатодов, если при расчете эффективности последних учитывать энергетические затраты на нагрев катодов. Источник работает при рабочем давлении газа до 0,004 Па, что свидетельствует о его высокой газовой экономичности.Tests of a prototype plasma ion emitter were carried out using an electrode system, the length and diameter of the hollow cathode of which were equal to 130 mm, the diameter of the hollow main anode was 130 mm, and the length was 100 mm. The diameter of the exit aperture of the hollow cathode was 10 mm. The magnetic field induction at the poles of the magnetic system was 0.1 T. The flow of argon inflowing into the cathode cavity was 20 cm 3 / min. The discharge current in the continuous mode of burning the discharge reached 1 A, the burning voltage of the discharge U 1 was about 400-500 V. The uneven distribution of the ion current density over the surface of the screen grid, estimated by the probe method from the value of the current of saturation of ions from the plasma, did not exceed 10% in diameter 80 mm. The ion current to the screen grid was 400 mA at a plasma cathode current I e = 200 mA and the potential difference between the screen grid and the main anode was U 2 = 150 V. Accordingly, the discharge efficiency, estimated based on the value of the ion current to the screen grid in the region of a uniform plasma I i , as η = I i / I e (U 1 + U 2 ), was about 3 A / kW, the energy efficiency of the source, taking into account the transparency of the screen grid and the loss of ions from an inhomogeneous plasma at the boundary with the magnetic field, is about three times lower. The calculated values of the efficiency, taking into account the power losses in the plasma cathode, are comparable in magnitude with the characteristic values of the efficiency for technological sources of wide beams based on thermal cathodes, if the energy costs of heating the cathodes are taken into account when calculating the efficiency of the latter. The source operates at a working gas pressure of up to 0.004 Pa, which indicates its high gas efficiency.

Простота и надежность предлагаемого источника ионов позволяют эффективно использовать его в ионно-лучевых технологиях, в частности, основанных на использовании пучков химически активных газов. Повышение эффективности извлечения тонов обеспечит уменьшение удельных энергетических затрат и снижение тепловой нагрузки на электроды. В результате существенно улучшатся функциональные и эксплуатационные характеристики ионных источников.The simplicity and reliability of the proposed ion source allows its efficient use in ion-beam technologies, in particular, based on the use of chemically active gas beams. Increasing the efficiency of tone extraction will reduce the specific energy costs and reduce the thermal load on the electrodes. As a result, the functional and operational characteristics of ion sources will significantly improve.

Источники информацииInformation sources

1. Н.R.Kaufman, J.J.Cuomo, and J.M.E.Harper, J.Vac. Sci. Technol. 21, 725 (1982).1. H. R. Kaufman, J. J. Cuomo, and J. M. E. Harper, J. Vac. Sci. Technol. 21, 725 (1982).

2. Y.Oka, T.Shoji, Т.Kuroda, O.Kaneko, and A.Ando, Rev. Sci. Instrum. 61, 1256 (1990).2. Y. Oka, T. Shoji, T. Kuroda, O. Kaneko, and A. Ando, Rev. Sci. Instrum. 61, 1256 (1990).

3. Y.Hakamata, T.Iga, К.Natsui, and T.Sato, Nucl. Instrum. Methods В 37/38, 143 (1989).3. Y. Hakamata, T. Iga, K. Natsui, and T. Sato, Nucl. Instrum. Methods B 37/38, 143 (1989).

4. E.Oks, A.Vizir, and G.Yushkov, Rev. Sci. Instrum. 69, 853 (1998).4. E. Oks, A. Vizir, and G. Yushkov, Rev. Sci. Instrum. 69, 853 (1998).

5. А.С.Метель, ЖТФ, 1984, Т.54, В.2, С.241.5. A.S. Metel, ZhTF, 1984, T. 54, B.2, S.241.

6. Н.В.Гаврилов, А.С.Каменецких, ДАН. Т.394, №2, C.1.6. N.V. Gavrilov, A.S. Kamenetskikh, DAN. T.394, No. 2, C.1.

7. N.V.Gavrilov, A.S.Kamenetskikh, Proc. of 13th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk: Institute of Atmospheric Optic of SB RAS, 2004, P.45.7. NVGavrilov, ASKamenetskikh, Proc. of 13 th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk: Institute of Atmospheric Optic of SB RAS, 2004, P.45.

8. R.Limpaecher, К.R.MacKenzie, Rev. Sci. Instrum. 44, 726 (1973).8. R. Limpaecher, K. R. MacKenzie, Rev. Sci. Instrum. 44, 726 (1973).

Claims (1)

Ионный источник с холодным катодом, содержащий плазменный катод, электродная система которого включает полый катод тлеющего разряда, поджигающий электрод и анодную сетку, и генератор плазмы, включающий основной анод и экранную сетку с отверстиями для извлечения ионов, электрически соединенную с анодной сеткой и находящуюся под отрицательным потенциалом относительно основного полого анода, на поверхности которого установлена система постоянных магнитов для формирования многополюсного периферийного магнитного поля, отличающийся тем, что анодная сетка установлена на обращенном к основному аноду торце полого анода тлеющего разряда, на противоположном торце которого установлена диафрагма с анодной апертурой, которая соосна катодной апертуре, причем выполняются соотношения: dа>dк и dc<D-2h, где da, dк, dс, D - диаметр анодной апертуры, диаметр катодной апертуры, диаметр анодной сетки и диаметр основного анода соответственно; h - наименьшее расстояние между рядами постоянных магнитов с различной полярностью.An ion source with a cold cathode, containing a plasma cathode, the electrode system of which includes a hollow glow-discharge cathode, igniting an electrode and anode grid, and a plasma generator including a main anode and a screen grid with holes for ion extraction, electrically connected to the anode grid and underneath a negative potential relative to the main hollow anode, on the surface of which a permanent magnet system is installed to form a multipolar peripheral magnetic field, characterized in that the anode grid is installed on the end face of the hollow anode of the glow discharge facing the main anode, on the opposite end of which there is a diaphragm with an anode aperture that is aligned with the cathode aperture, and the relations are satisfied: d a > d k and d c <D-2h, where d a , d к , d с , D - diameter of the anode aperture, diameter of the cathode aperture, diameter of the anode grid and the diameter of the main anode, respectively; h is the smallest distance between the rows of permanent magnets with different polarity.
RU2005131021/28A 2005-10-06 2005-10-06 Cold-cathode ion source RU2299489C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131021/28A RU2299489C1 (en) 2005-10-06 2005-10-06 Cold-cathode ion source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005131021/28A RU2299489C1 (en) 2005-10-06 2005-10-06 Cold-cathode ion source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2299489C1 true RU2299489C1 (en) 2007-05-20

Family

ID=38164248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005131021/28A RU2299489C1 (en) 2005-10-06 2005-10-06 Cold-cathode ion source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2299489C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100102025A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Method and apparatus for marking coated ophthalmic substrates or lens blanks having one or more electrically conductive layers
RU2452056C1 (en) * 2010-12-13 2012-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) Method for production of beam of atoms or molecules in glow discharge and device for method implementation
RU170029U1 (en) * 2016-12-09 2017-04-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") DEVICE FOR CREATING A METAL PLASMA FLOW

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAVRILOV N.V., KAMENETSKIKH A.S. Proc. of 13 th International Symposium on High Current Electronics. - Tomsk: Institute of Atmospheric Optic of SB RAS. 2004, p.45. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100102025A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Method and apparatus for marking coated ophthalmic substrates or lens blanks having one or more electrically conductive layers
RU2452056C1 (en) * 2010-12-13 2012-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) Method for production of beam of atoms or molecules in glow discharge and device for method implementation
RU170029U1 (en) * 2016-12-09 2017-04-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") DEVICE FOR CREATING A METAL PLASMA FLOW

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2013123930A (en) ELECTRON BEAM GENERATION DEVICE
RU2299489C1 (en) Cold-cathode ion source
US3890535A (en) Ion sources
RU2240627C1 (en) Cold-cathode ion source
Lejeune Theoretical and experimental study of the duoplasmatron ion source: Part II: Emisive properties of the source
Gavrilov et al. Glow-discharge-driven bucket ion source
Leung et al. Enhancement of H− production in a multicusp source by cold electron injection
Shandrikov et al. Parameters and ion mass-to-charge composition of a high-power impulse magnetron discharge with electron injection
Ehlers et al. Increasing the efficiency of a multicusp ion source
JPH10275566A (en) Ion source
Takanashi et al. Cesium injection into a large rf‐driven hydrogen negative‐ion source
RU2370848C1 (en) Source of wide-aperture ion beams
Matsubara et al. Development of oxygen ion source with microwave plasma cathode
RU158216U1 (en) SOURCE OF FAST NEUTRAL PARTICLES
Gavrilov et al. Ion-Emission Properties of a Plasma in a Gaseous-Ion Source with a Plasma Cathode.
Malferrari et al. Modification of anisotropic plasma diffusion via auxiliary electrons emitted by a carbon nanotubes-based electron gun in an electron cyclotron resonance ion source
RU2294578C1 (en) Ribbon plasma ion emitter
Gavrilov et al. Characteristics of an ion source with a plasma cathode and a multipole magnetic system for confining fast electrons
Emlin et al. Cold-cathode source of ribbon gaseous ion beams
Burachevskii et al. Limiting operating pressure in a plasma source of electrons with hollow-cathode discharge
RU2221307C2 (en) Ribbon-type plasma ion emitter
Lee et al. Axial energy spread measurements of an accelerated positive ion beam
Narkhinov Novel ring sources of plasma with hollow cathodes.
RU2091991C1 (en) Secondary-emission electron accelerator
Chagin et al. High-current annular electron-and ion-beam sources based on magnetron discharge in the E x H fields

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191007