Oсновные параметры плазменных ионных источников

РЕФЕРАТ

Ионный источник Кауфмана

 

 

Студент:          

Преподаватель:    .

Научный руководитель:      

 

 

Москва 1999
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................................................. 3

1. Oсновные параметры плазменных ионных источников......................................... 4

2. принцип действия и основные эксплуатационные особенности  источника Кауфмана..................................................................................................................................................................................... 7

3. Модификации источника Кауфмана и тенденции его развития..................... 12

4. Применение ионных источников в технологии........................................................... 13

заключение..................................................................................................................................................... 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................................................... 18

ВВЕДЕНИЕ

 

Ионные источники – устройства для получения направленных потоков ионов. Ионные источники применяются в ускорителях, масс-спектрометрах, ионных микроскопах, установках разделения изотопов, ионных ракетных двигателях. Быстро расширяющаяся область технологических применений источников ионов - это оборудование ионно-лучевой обработки материалов (операции финишной очистки поверхности ИС, имплантации, распыление металлических и диэлектрических материалов, травление микроструктур и т.д.)

Существует несколько способов генерации ионных пучков: генерация ионных пучков путем бомбардировки поверхности твердого тела потоком атомов (поверхностная ионизация), исследовательских установках применяют источни­ки с ионизацией атомов на разогретой поверхности твер­дых тел и т.д.

Однако, наиболее перспективный способ генерации ионных потоков основан на извлечении ионов из плазмы. Газоразрядная плазма является эффективным эмиттером свободных ионов. Следует отметить, что именно плазменные ионные источники нашли широкое применение в различных областях научных исследований и в современном технологическом промышленном оборудовании.                               

В настоящей работе рассмотрен плазменный ионный источник - источник Кауфмана, применяемый в технологии микроэлектроники и имеющий широкие перспективы развития. В первой главе рассмотрены основные параметры ионных источников. Далее рассмотрен конкретно источник Кауфмана и применение ионных источников в технологии микроэлектроники. 

Oсновные параметры плазменных ионных источников

                                                                     

   Основными конструктивными элементами плазменных источников ионов являются:                                                          

разрядная камера;                                                     

катодный узел;                                                          

ионно-оптическая система формирования пучка;                             

магнитная система (в источниках с магнитным полем)                       

система подачи рабочего вещества;                                        

вакуумная система;                                                       

система электропитания;                                                  

система контроля и управления.                                            

Технические возможности ионно-лучевой установки во многом определяются типом ионного источника. Разнообразие типов разработанных источников обусловлено в первую очередь различными эксплуатационными тре­бованиями к ним.

Назначением каждого источника является эффектив­ное сообщение нейтральным атомам и молекулам ве­щества такого количества энергии, какого было бы до­статочно для отрыва внешних электронов. В результаты произошедшей ионизации в источнике устанавливается определенная концентрация заряженных частиц, вытягивание которых и формирование в пучок требуемого се­чения является назначением ионно-оптической системы /1/.

Обычно тип источника соответствует определенному способу возбуждения разряда. Согласно такой классификации различают источники с накаленным и холодным катодом, источники с ВЧ разрядом. Можно указать и другие отличительные признаки конструкции источника. Такие признаки могут быть связаны самими физическими процессами в разрядной камере, так и с конструктивными особенностями разрядного узла и системы экстракции.

Конструктивное исполнение источника зависит от системы экстракции и формирования. Известны источники с аксиальным или поперечным (относительно направления магнитного поля) выводом, причем выходной пучок может быть цилиндрическим или ленточным. В технологических приложениях широко используются многопучковые источники, формирующие однородные ионные пучки с поперечными размерами до нескольких десятков сантиметров. Именно таким ионным источником является источник Кауфмана. 

Ионные источники, предназначенные для различных типов рабочих веществ (газообразных, твердых, тугоплавких, химически активных, токсичных), также имеют свои специфические особенности, отраженные в конструкции отдельных узлов. Различными могут быть и требования, предъявляемые к вакуумной системе источника. Например, в электронно-лучевом источнике со сверхпроводящей магнитной системой  10^-10 ­Па, в основной ступени ЭЦР – источника требуется вакуум  10^-4 - 10^-5 Па. Тогда как давление в разрядной камере плазмотрона  1 Па /2/.    

Наконец, область применения и условия эксплуатации ионного источника накладывают определенные ограничения на конструкцию и параметры источника. Многообразие требований, предъявляемых к ионным пучкам в различных применениях, не позволили до настоящего времени создать универсальный ионный источник. Можно указать, с одной стороны, на чрезвычайно широкий диапазон параметров ионных источников технологического назначения, а с другой стороны, отметить специфические условия эксплуатации источников в ускорителях заряженных частиц. Разработка и совершенствование конструкции плазменного ионного источника направлены на решение следующих задач: возбуждение разряда и обеспечение заданной концентрации заряженных частиц в газоразрядной камере, извлечение(экстракция)ионов из плазменного эмиттера, формирование ионного пучка с требуемыми энергетическими и оптическими характеристиками.

Выбор конкретного тина ионного источника для ис­пользования в технологической или экспериментальной установке осуществляют на основе сравнения их основ­ных технических характеристик. Такой выбор обычно обусловлен требованиями к ионному потоку и непосред­ственно к самому источнику.

Ионный поток можно охарактеризовать следующими основными параметрами:

1) общим током кучка, максимальное значение кото­рого определяется «яркостью» источника; обычно яркость ионных источников значительно меньше, чем электрон­ных, и не превышает 100 А/(ср м­­²);

2) однородностью ионного потока, определяемой со­ставом пучка по массе и зарядности ионов; состав оцени­вается или в процентах, или значением тока для каждого типа ионов;

3) распределением ионов по энергиям (моноэнергетичностью) относительно среднего значения; это распределение зависит от типа источника и режима его работы;

4) стабильностью тока, позволяющей использовать ионный поток для технологических целей; количественно нестабильность оценивают степенью модуляции.

5) расходимостью пучка, определяемой системой фор­мирования ионного потока и направленный пучок и зави­сящей от режима работы источника /1/.

Эксплуатационные особенности источников оцени­ваются целой группой характеристик. В этой группе мож­но выделить следующие основные: режим работы (стационарный или импульсный), возможность ионизовать вещества в их различных состояниях (газ, жидкость, твердое тело), коэффициент использования рабочего вещества (для газовых источников—газовая экономич­ность, определяемая отношением числа выходящих из источника ионов к числу атомов газа, вводимых в источ­ник); легкость управления ионами по энергиям; необхо­димость в принудительном охлаждении; светосилу, опре­деляемую как отношение числа выходящих из источника ионов к их общему числу в источнике (обычно эта вели­чина порядка 0,1—1 %). При выборе источника следует учитывать его экономичность—ионный ток, приходящий­ся на единицу мощности, подводимой к источнику /3/.

Важной характеристикой применения источников в технологических установках является их долговечность, определяемая как период непрерывной работы (в часах) без замены детален и разборки источника. Простота конструкции, особые требования к блокам питания и уп­равления также важны при выборе типа источника.

В настоящее время разработано и эксплуатируется большое число источников различных типов. В данной работе рассмотрены принцип действия и основные эксплуатационные особенности источника Кауфмана.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: