(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置（１００）において、
前記装置は、
チャンバ（２０）と、
前記チャンバ（２０）中でイオン−電子プラズマを形成するための手段（３１、３０、４０、５８）のセットと、
前記プラズマの帯電粒子を抽出し、前記ビームを形成することが可能な前記チャンバ（２０）の外に加速させるための手段（５０）であって、前記抽出及び加速手段（５０）は、前記チャンバの一方の端部に位置決めされた少なくとも２つのグリッド（５１、５４）のセットを含む、手段（５０）と、
信号を発生するように適応させる無線周波数交流電圧源（５２、５８’）であって、その無線周波数は、前記イオンのプラズマ周波数と前記電子のプラズマ周波数の間に含まれ、前記無線周波数電圧源（５２、５８’）は、コンデンサ（５３）と直列に位置付けられ、その出口の１つを通じ、前記コンデンサ（５３）を介して、前記少なくとも２つのグリッド（５１、５４）のセットの前記グリッドの少なくとも１つに接続され、前記少なくとも２つのグリッド（５１、５４）のセットの少なくとも１つの他のグリッドが、基準電位に設定される、又は前記無線周波数電圧源（５２、５８’）の前記出口の他の１つに接続される、のどちらかである、無線周波数交流電圧源（５２、５８’）とを含むことを特徴とする、装置（１００）。
【請求項２】
前記イオン−電子プラズマを形成するための前記手段（３１、３０、４０、５８）のセットは、無線周波数交流電圧源（５８’；５２）から給電される１つ又はいくつかのコイルを含む、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記又は各コイル（４０）を給電する前記無線周波数電圧源（５８’）は、前記２つのグリッド（５１、５４）の少なくとも１つに接続される前記コンデンサと直列の前記無線周波数電圧源（５２）と同じであり、
前記装置は、前記源（５８’）から、一方では前記又は各コイルに向けて、他方では前記少なくとも１つのグリッドに向けて提供される前記信号を取り扱うための手段（５９）をさらに含む、請求項１から２までに記載の装置（１００）。
【請求項４】
前記チャンバ（２０）中で前記イオン−電子プラズマを形成するための前記手段（３１、３０、４０、５８）のセットは、少なくとも１つの電気陽性ガスを含むタンク（３１）を含む、請求項１から３までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記グリッド（５１、５４）は、円形オリフィスを有し、その直径が、０．５ｍｍと１０ｍｍの間に、たとえば１ｍｍと２ｍｍの間に含まれる、請求項１から４までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記グリッド（５１、５４）の両方の間の距離が、０．５ｍｍと１０ｍｍの間に、たとえば１ｍｍと２ｍｍの間に含まれる、請求項１から５までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項７】
前記グリッド（５１、５４）は、スロット形状のオリフィスを有する、請求項１から４までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
前記イオン及び電子のビームの電気的中性は、前記無線周波数交流電圧源（ＲＦ、５２、５８’）から生じる正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項１から７までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記イオン及び電子のビームの電気的中性は、前記無線周波数交流電圧源（ＲＦ、５２、５８’）から生じる正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項１から７までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記無線周波数交流電圧源（ＲＦ、５２、５８’）は、矩形信号を生成するように設計される、請求項１から９までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記無線周波数交流電圧源（ＲＦ、５２、５８’）は、サイン波信号を生成するように設計される、請求項１から７までの一項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置において、
前記装置は、
請求項１から１１までの一項に記載の、イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置（１００）と、
前記チャンバ（２０）中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段（３２、３０、４０、５８、８０）のセットであって、前記セットは、前記電子をフィルタで除去するための手段（８０）を含む、手段（３２、３０、４０、５８、８０）のセットと、
信号を発生するように適応させる、いわゆる低周波数交流電圧源（ＬＦ、５６）であって、その無線周波数が前記イオンの前記プラズマ周波数より低い、又はそれと等しい、低周波数交流電圧源（ＬＦ、５６）と、
イオン−イオン・ビームを形成するために前記電子をフィルタで除去するために前記手段（８０）を作動させる間、前記低周波数電圧源（ＬＦ；５６）に、すなわちイオン−電子ビームを形成するために前記電子をフィルタで除去するために前記手段（８０）を停止させる間、前記コンデンサ（５３）と直列の前記無線周波数電圧源（５２、５８）に、のどちらかに前記グリッド（５１、５４）の１つを接続することが可能な手段（５７）とを含むことを特徴とする、装置。
【請求項１３】
前記イオン−イオン・ビームの電気的中性は、前記低周波数交流電圧源（ＬＦ、５６）から生じる正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項１から１２までの一項に記載の装置（１００’）。
【請求項１４】
前記イオン−イオン・ビームの電気的中性は、前記低周波数交流電圧源（ＬＦ、５６）から生じる正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得られる、請求項１２又は１３の一項に記載の装置（１００’）。
【請求項１５】
前記低周波数交流電圧源（ＬＦ、５６）は、矩形信号を生成するように設計される、請求項１から１４までの一項に記載の装置（１００’）。
【請求項１６】
前記チャンバ（２０）中でイオン−イオン・プラズマを形成するための前記手段（３２、３０、４０、５８、８０）のセットは、少なくとも１つの電気陰性ガスを含むタンク（３２）を含む、請求項１２から１５までの一項に記載の装置（１００’）。
【請求項１７】
使用してもよい前記ガスは、それらの電気陽性度又は電気陰性度に従って、アルゴン（Ａｒ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、キセノン（Ｘｅ）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二ヨウ素（Ｉ２）、二窒素（Ｎ２）又は二水素（Ｈ２）の中から選択される、請求項１から１６までの一項に記載の装置（１００、１００’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置に関する。
【０００２】
かかる装置は、プラズマ・スラスタ（軌道修正のために衛星に、宇宙探査ロケットに、などに適用）のためにとりわけ使用され、ターゲット上に粒子を付着させる（蒸着、たとえばマイクロエレクトロニクスの分野）ための装置、ターゲットをエッチングするための装置、ポリマを処理するための装置、又はターゲット表面を活性化するためのさらなる装置である。
【０００３】
通常、かかる装置は、チャンバと、イオン化ガスをチャンバ中に導入するための手段と、プラズマを形成するためにガスをイオン化するための手段と、プラズマから帯電粒子を抽出してチャンバの外へ加速させるための手段とを含む。
【背景技術】
【０００４】
電気推進の分野では、プラズマ・ビーム発生器を備える飛行体の加速を確実にするための様々な技法が存在し、その発生器は、やはりプラズマ・スラスタに類似する。
【０００５】
それゆえ、プラズマ・スラスタに関し、そのプラズマは、陽イオン及び電子を用いて形成され、陽イオンだけを抽出してチャンバの外に加速させ、且つチャンバの出口から下流に電子を送り込むことによって、チャンバを出た後で陽イオンのビームの電気的中性を確保することが可能である。
【０００６】
チャンバの出口でビームの電気的中性を確保することは、宇宙船が電気的に帯電することを避ける、特にイオン・ビーム流が空間電荷によって限定されないために、実際絶対必要なことである。
【０００７】
しかし、このタイプのプラズマ・スラスタには、この電気的中性を確保するために電子の補助源、すなわち一般に信頼性欠如の原因になる補助源を適用するという欠点がある。
【０００８】
信頼性を増加させることによって（したがって電子の補助源なしで行う）、この電気的中性を確保するために、いくつかのルートが予期されてきた。
【０００９】
第１のルートは、チャンバの出口で陽イオン及び陰イオンだけ、又はそれらに準じたものだけを得るために、チャンバ内で陽イオン、陰イオン及び電子を含むプラズマを生成し、電子をフィルタで除去することである。それゆえ、ビームの異符号に帯電した粒子が、陽イオン及び陰イオンを用いて形成される。
【００１０】
第２のルートは、この電気的中性を確保するために、陽イオン及び電子を含むプラズマを生成し、且つチャンバの出口で陽イオン及び電子を抽出して加速させるための手段を設けることである。それゆえ、ビームの帯電粒子は、陽イオン及び電子を用いて形成される。
【００１１】
上記に述べた第１のルートに対応する解決策は、文献ＷＯ２００７／０６５９１５、ＷＯ２０１０／０６０８８７又はさらにＷＯ２０１２／０４２１４３で提案されている。
【００１２】
これらの解決策すべてには、陽イオン、陰イオン及び電子を発生することができる電気陰性のイオン化ガス、さらにまた、チャンバの出口で陽イオン及び陰イオンだけを、又は実質的にそれらだけを得るために、電子をフィルタで除去するための手段を適用すべきである。
【００１３】
文献ＷＯ２００７／０６５９１５では、プラズマと接触している２つのグリッド３、４が、抽出及び加速手段として使用され、それは、負にバイアスされた一方のグリッド及び正にバイアスされた他方のグリッドを含む（一方が上部に、他方が底部に）同じ平面上にチャンバの出口で位置決めされる。
【００１４】
図１は、ＷＯ２００７／０６５９１５で提案されている装置の代表的な図である。この図では、チャンバ１は、陽イオンＡ＋、陰イオンＡ−及び電子ｅ−を用いるプラズマを含む。電子をフィルタリングするための手段は、参照記号２を有する。
【００１５】
それによって、陽イオン及び陰イオンの抽出及びそれと同時に行われる加速が達成されて、チャンバの出口の後でイオン・ビームの電気的中性が確保される。
【００１６】
しかし、この解決策は、適用するのにはデリケートである、というのは、異符号にバイアスされたグリッドが存在するからである。確かに、異符号にバイアスされたこれらグリッドの存在は、各グリッドから生じるビームが著しく曲がる恐れがあることを意味する。
【００１７】
文献ＷＯ２０１０／０６０８８７は、文献ＷＯ２００７／０６５９１５の解決策と比較して向上した解決策を提案しており、２つの異なるガスが、ＷＯ２００７／０６５９１５のガスの代わりに供給される。これらのガスの１つは、電気陰性であり、他のものは、電気陽性又は電気陰性であってもよい。
【００１８】
文献ＷＯ２０１２／０４２１４３では、交互に正及び負になる電圧源、電圧源６を介して給電される抽出及び加速グリッド５の適用が提案されている。このグリッド５は、グラウンド８に接続される別のグリッド７と関連付けられる。
【００１９】
グリッド５に対して正電位が印加されたとき、プラズマ電位は、正になり、それによって陽イオンＡ＋が、グラウンドに接続される他のグリッド７に向けて加速される。確かに、これらの条件下では、正シース（sheath）がグリッド５、７で形成され、それによって陽イオンの加速が可能になる。シースは、各グリッド５、７とプラズマの間に形成される空間であり、陽イオンの密度が陰イオンの密度と異なる。これらの条件下では、陰イオンの抽出及び加速が阻止される。
【００２０】
次に、グリッド５に対して負電位が印加されたとき、プラズマ電位は、負になり、陰イオンＡ−が他のグリッド７に向けて加速される。より具体的には、グリッド５に対して正電位が印加された後、正シースは、迅速に（約１マイクロ秒）消滅し、負シースがこのグリッド５の負バイアスの影響下で形成される。これらの条件下では、陽イオンの抽出及び加速が阻止される。
【００２１】
それゆえ、グリッド５のバイアスに依存して、陽イオン又は陰イオンのどちらかを加速させ抽出することが可能である。
【００２２】
文献ＷＯ２０１２／０４２１４３で提案されている装置の代表的な図が、図２（ａ）に例示されている。電気陰性ガスがＡ２として、電子をフィルタリングするための手段が２として示されている。ここでは、ＲＦ’が、チャンバ１中に送り込まれた電気陰性ガスＡ２からのプラズマの発生を可能にする手段を指定する。これは、無線周波数の領域中で交流サイン波磁場を放出する源である。
【００２３】
ここで、この装置は、文献ＷＯ２００７／０６５９１５及びＷＯ２０１０／０６０８８７でのように、２つの異符号にバイアスされたグリッドを有するという欠点がない。しかし、陽イオンＡ＋及び陰イオンＡ−が連続して抽出されるので、グリッド５に接続される交流電圧源６によって発生される電圧信号の形状の最適化が、チャンバの出口でイオン・ビームの電気的中性をよくても確保するために提案されている。この交流電圧源６は、出力ビーム及び／又はプラズマを発生するために使用されるＲＦ’信号中のプローブＳの測定値を使用することができる。
【００２４】
この最適化された信号が、図２（ｂ）に例示されている。
【００２５】
この最適化された信号を用いると、ビームの良好な電気的中性が、チャンバ１の出口で得られるが、しかし、平均としてだけである。
【００２６】
確かに、陽イオン、次いで陰イオンを連続的に抽出することは、又はその逆も同様に、いつも中性ビームが得られる可能性を常にもたらすわけではない。よって、図２（ｂ）に例示した信号の形状に依存して、スラスタの潜在力が時間とともに変化する。
【００２７】
さらに、すべてのイオン−イオン抽出装置では、一般に反応性が高い電気陰性ガス（フッ素、塩素など存在する）の使用が、装置の耐用年限を限定することに留意すべきである。
【００２８】
さらに、文献ＷＯ２００７／０６５９１５（図１）、ＷＯ２０１０／０６０８８７及び図２（ａ）及び２（ｂ）（ＷＯ２０１２／０４２１４３）で提案されている解決策は、イオン−イオン抽出に限定され、イオン−電子を抽出することに関して予期することができない。
【００２９】
上記に述べた第２のルートに対応する別の解決策が、Ｓ．Ｖ．Ｄｕｄｉｎ及びＤ．Ｖ．Ｒａｆａｌｓｋｙｋｉの論文「Ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ｓｉｎｇｌｅ−ｇｒｉｄ  ＩＣＰ  ｓｏｕｒｃｅ」、Ａ  ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ＥＰＬ、８８（２００９）５５００２、ｐ１−ｐ４に提案されている。
【００３０】
この解決策は、チャンバ１の中核部中（したがってプラズマ内）の電極９を適用することからなり、電極９は、無線周波数電圧源１０（ＲＦ、無線周波数の範囲内に含まれる周波数の交流サイン波電圧の源）からコンデンサ１１を介して給電され、そしてチャンバ１の出口に位置決めされ、プラズマと接触し、グラウンド８に接続されるグリッド７”をコンデンサ１１と関連付けるものである。
【００３１】
図３を参照してもよく、それは、装置の代表的な図である。この図３では、ＲＦ’が、ガスをイオン化し、それによって陽イオン及び電子を含むプラズマを形成するための無線周波数源（たとえば１つ又はいくつかのコイル）を表す。手段１２は、真空のチャンバであり、その中にチャンバ１から生じるイオン・ビームを特徴付ける可能性をもたらし、イオンの抽出及び加速に関与しない手段が設置される。
【００３２】
装置の動作は、次の通りである。
【００３３】
設計によって、電極９は、その表面積が、チャンバ１の出口に位置決めされ、グラウンド８に接続されるグリッド７”の表面積より明らかに広い。
【００３４】
一般に、表面積がグリッド７”より広い電極に対してＲＦ電圧を印加すると、一方では電極９とプラズマの間の界面で、他方ではグリッド７”とプラズマの間の界面で追加の電位差を発生する効果があり、その電位差は、ＲＦ電位差を増加させる。この全電位差は、シース上に分散される。ここで、シースは、一方ではグリッド７”又は電極９と、他方ではプラズマとの間に形成される空間であり、陽イオンの密度が電子の密度より大きい。このシースは、厚さが可変である、というのはＲＦ信号が電極に印加されるからである。
【００３５】
しかし、実際面では、電極９に対するＲＦ信号の印加が影響する主な部分が、グリッド７”のシース中に位置決められる（電極−グリッド・システムは、２つの非対称の壁を有するコンデンサと考えることができ、この場合電位差は、キャパシタンスが最も小さい、したがって表面が最も狭い部分に対して印加される）。
【００３６】
コンデンサ１１がＲＦ源１０と直列に存在する場合、ＲＦ信号の印加は、ＲＦ電圧を一定のＤＣ電圧に変換する効果を有する、というのはコンデンサ１１の電荷がグリッド７”のシースに主に存在するためである。
【００３７】
グリッド７”のシース中のこの一定のＤＣ電圧は、陽イオンが絶えず加速されることを意味する。確かに、このＤＣ電位差は、プラズマ電位を正にする効果を有する。それによって、プラズマの陽イオンは、グリッド７”（グラウンドにある）に向けて絶えず加速され、このグリッド７”を用いてチャンバ１から抽出される。陽イオンのエネルギーは、このＤＣ電位差（平均エネルギー）に対応する。
【００３８】
ＲＦ電圧１０の変動は、プラズマとグリッド７”の間のＲＦ＋ＤＣ電位差を変動させる可能性をもたらす。グリッド７”のシースにおいて、これは、このシースの厚さの経時変化によって表現される。ＲＦ信号の周波数によって与えられる一定間隔の時間経過の間に起きる、この厚さが臨界値より小さくなったとき、グリッドとプラズマの間の電位差は、ゼロの値にほぼ等しく（したがってプラズマ電位は、ゼロの値にほぼ等しく、グリッドは、グラウンドである）、それによって電子を抽出する可能性がもたらされる。
【００３９】
実際面では、それより低いと電子を加速し抽出することができるプラズマ電位（＝臨界電位）は、チャイルドの法則（Child’law）によって与えられ、それは、この臨界電位を、それより低いとこのシースが消滅する（シース崩壊）、シースの臨界厚さに関係させる。
【００４０】
プラズマ電位が臨界電位より低い限り、電子の、及びイオンの加速及び同時の抽出が達成される。
【００４１】
ＲＦ信号が電極９に印加される期間中のある時間の経過にわたってだけ、電子の抽出が考えられるけれども、この論文は、イオンの正電荷を完全に補償し、したがってプラズマ・チャンバの出口におけるビームの良好な電気的中性の可能性を示している。
【００４２】
さらに、陽イオンの、及び電子の準同時的な加速及び抽出が、イオン−イオン抽出又はイオン−電子抽出にかかわらず、ＷＯ２０１２／０４２１４３で提案されている解決策と違って、ＲＦ信号の期間中に達成される。
【００４３】
したがって、この論文で提案されている技法は、プラズマと接触している単一グリッド（グラウンドされる）と、シース中の電位差に連続成分をもたらし、且つＲＦ電圧源１０と直列のコンデンサ１１とを適用することによって、文献ＷＯ２００７／０６５９１５、ＷＯ２０１０／０６０８８７及びＷＯ２０１２／０４２１４３に提案されている技法と極めて異なっている（特にイオン−電子抽出のための図３の技法）。
【００４４】
この技法の欠点は、加速された陽イオンを大量に失う、すなわち陽イオンが高エネルギーに加速されるが、しかしグリッドのオリフィスを通過しないことである。これは、グリッドをより迅速に摩耗させ、それによってこのグリッドの耐用年限が限定される。プラズマ・スラスタ（人工衛星、宇宙探査ロケットなど）に応用される場合、この欠点は、決定的に重要になる恐れがある。したがって、実際面では、この欠点を限定するために、イオンは、エネルギーが３００ｅＶより低い状態で適用すべきである。
【００４５】
さらに、この技法は、イオン−イオン抽出及び加速のために動作することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０６５９１５
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０６０８８７
【特許文献３】ＷＯ２０１２／０４２１４３
【非特許文献】
【００４７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｖ．Ｄｕｄｉｎ及びＤ．Ｖ．Ｒａｆａｌｓｋｙｋｉの論文「Ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ｓｉｎｇｌｅ−ｇｒｉｄ  ＩＣＰ  ｓｏｕｒｃｅ」、Ａ  ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、ＥＰＬ、８８（２００９）５５００２、ｐ１−ｐ４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４８】
本発明の目的は、電気的中性が良好であって、抽出効率が既知の装置と比較して向上した、陽イオン及び電子のビームを形成するための装置を提案することである。
【００４９】
効率向上は、所与の抽出エネルギーを得るように向上させる可能性がある装置の耐用年限によって特に表現される。
【００５０】
本発明の別の目的は、既知の装置と比較してエネルギーが増加したイオンを抽出することがさらに可能であるような装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
これらの目的の少なくとも１つを達成するために、本発明は、イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置を提案し、その装置は、
−  チャンバと、
−  このチャンバ中でイオン−電子プラズマを形成するための手段のセットと、
−  プラズマの帯電粒子を抽出し、前記ビームを形成することができるチャンバの外に加速させるための手段であって、前記抽出及び加速手段は、チャンバの一方の端部に位置決めされた少なくとも２つのグリッドのセットを含む、手段と、
−  無線周波数が信号のためにイオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数の間に含まれる、その信号を発生するように適応させる無線周波数交流電圧源であって、前記無線周波数電圧源は、コンデンサと直列に位置付けられ、その出口の１つを通じて、且つこのコンデンサを通じて、少なくとも２つのグリッドの前記セットのグリッドの少なくとも１つに接続され、少なくとも２つのグリッドの前記セットの少なくとも他方の１つのグリッドが、基準電位に設定される、又は無線周波数電圧源の出口の他の１つに接続される、のどちらかである、無線周波数交流電圧源とを含む。
【００５２】
この装置は、単独で、又は組み合わせとして次の特徴をさらに含む可能性がある、すなわち、
−  イオン−電子プラズマを形成するための手段のセットは、無線周波数交流電圧源から給電される１つ又はいくつかのコイルを含む、
−  前記又は各コイルを給電する無線周波数電圧源は、２つのグリッドの少なくとも１つに接続されるコンデンサと直列の無線周波数電圧源と同じものであり、装置は、一方では前記又は各コイルに向けて、他方では少なくとも１つのグリッドに向けて前記源によって提供される信号を取り扱うための手段をさらに含む、
−  チャンバ中でイオン−電子プラズマを形成するための手段のセットは、少なくとも１つの電気陽性ガスを含むタンクを含む、
−  グリッドは、円形オリフィスを有し、その直径が０．５ｍｍと１０ｍｍの間に、たとえば１ｍｍと２ｍｍの間に含まれる、
−  グリッドの両方の間の距離が、０．５ｍｍと１０ｍｍの間に、たとえば１ｍｍと２ｍｍの間に含まれる、
−  グリッドは、形状がスロットであるオリフィスを有する、
−  イオン及び電子のビームの電気的中性は、無線周波数交流電圧源からの正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
−  イオン及び電子のビームの電気的中性は、無線周波数交流電圧源からの正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
−  無線周波数交流電圧源は、矩形信号を生成するように設計される、
−  無線周波数交流電圧源は、サイン波信号を生成するように設計される。
【００５３】
本発明のより完全な目的は、陰イオンの、及び陽イオンの抽出及び加速をさらに可能にし、その上ビームの良好な電気的中性を保証する装置を得ることである。
【００５４】
この目的を達成するために、また、本発明は、異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置を提案し、その装置は、
−  本発明による、イオン及び電子の準中性ビームを形成するための装置と、
−  チャンバ中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段のセットであって、前記セットは、電子をフィルタで除去するための手段を含む、セットと、
−  無線周波数が信号のためにイオンのプラズマ周波数より低い又はそれと等しい、その信号を発生するように適応させる、いわゆる低周波数交流電圧源と、
−  イオン−イオン・ビームを形成するために、電子をフィルタで除去するための手段を作動させる間、低周波数電圧源に、又はイオン−電子ビームを形成するために、電子をフィルタで除去するための手段を停止させる間、コンデンサと直列な無線周波数電圧源に、どちらかにグリッドの１つを接続することができる手段とを含む。
【００５５】
異符号に帯電した粒子の準中性ビームを形成するための装置は、単独で、又は組み合わせとして次の特徴をさらに含む可能性がある、すなわち、
−  イオン−イオン・ビームの電気的中性が、低周波数交流電圧源から生じる正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
−  イオン−イオン・ビームの電気的中性が、低周波数交流電圧源から生じる正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって、少なくとも部分的に得られる、
−  低周波数交流電圧源は、矩形信号を生成するように設計される、
−  チャンバ中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段のセットは、少なくとも１つの電気陰性ガスを含むタンクを含む。
【００５６】
最後に、使用する可能性があるガスは、それらの電気陽性度又は電気陰性度に従って、アルゴン（Ａｒ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、キセノン（Ｘｅ）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二ヨウ素（Ｉ２）、二窒素（Ｎ２）又は二水素（Ｈ２）の中から選択する可能性があることに留意すべきである。
【００５７】
本発明をより良く理解されたい、また本発明の他の目的、利点及び特徴は、次に続き、添付図を参照してなされた記載を読むと、より明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＷＯ２００７／０６５９１５で提案されている装置の代表的な図である。
【図２（ａ）】文献ＷＯ２０１２／０４２１４３で提案されている装置の代表的な図である。
【図２（ｂ）】文献ＷＯ２０１２／０４２１４３で提案されている装置の信号の形状である。
【図３】Ｓ．Ｖ．Ｄｕｄｉｎ及びＤ．Ｖ．Ｒａｆａｌｓｋｙｋｉの論文で提案されている装置の代表的な図である。
【図４】陽イオン及び電子を抽出し加速させることが可能である、本発明の第１の実施例の代表的な図である。
【図５】図４に例示した装置の等価電気回路図である。
【図６】図４の装置のグリッドにＲＦ源と直列のコンデンサを介して印加されると考えられるＲＦ電圧信号であって、この電圧信号は、実質的にプラズマ電位に対応する、ＲＦ電圧信号を例示する図である。
【図７】図４で提案する装置の代替の実施例の図である。
【図８】図４で提案する装置の別の代替の実施例を例示する図である。
【図９】陽イオン及び陰イオンを、又は他方では陽イオン及び電子を、どちらか抽出し加速させることが可能な本発明の第２の実施例の代表的な図である。
【図１０】本発明による、図４の装置に対応した装置を試験する可能性をもたらす試験設備の図である。
【図１０（ａ）】イオン−電子の条件の場合、図１０の試験設備を用いて得られたいくつかの測定結果を示す図である。
【図１０（ｂ）】イオン−電子の条件の場合、図１０の試験設備を用いて得られたいくつかの測定結果を示す図である。
【図１０（ｃ）】イオン−電子の条件の場合、図１０の試験設備を用いて得られたいくつかの測定結果を示す図である。
【図１１】図１０に例示した測定手段を用い、図９の装置と対応した装置を用いて得られた測定結果を提示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
下文に、図４を裏付けて本発明の第１の実施例を述べる。
【００６０】
装置１００は、ガスをその中に導入し、たとえばタンク３１中に格納してもよく、イオン及び電子を含むプラズマを形成してもよいチャンバ２０を含み、この導入は、このガスをチャンバ２０中に導入するためにタンク３１に接続される導管など、手段３０を介して実施される。また、装置は、プラズマを形成するためにガスをイオン化するための手段４０、５８を含む。たとえば、手段４０は、無線周波数源５８から給電されるコイルを用いて形成してもよい。その代りに、当業者に知られている他の手段４０、５８を用意してもよい、すなわち非限定の実例として、共振器４０を備えたマイクロ波源５８、又はさらに、電極を備えたＤＣ電流源５８である。
【００６１】
装置１００は、陽イオン及び電子を抽出し、チャンバ２０の外に加速させる手段５０を最後に含む。この抽出／加速によって、チャンバの出口でビーム６０を形成する可能性がもたらされる。
【００６２】
抽出及び加速手段５０は、チャンバ２０の端部に位置付けられた少なくとも２つのグリッド５１、５４のセットを含む。第１のグリッド５１は、周波数が無線周波数の範囲中にあり、以降ＲＦ無線周波数源５２と指定する交流電圧源にコンデンサを介して接続される。コンデンサ５３は、ＲＦ無線周波数源５２と直列に位置付けられる。第２のグリッド５４は、基準電位５５、たとえばグラウンドに設定される。
【００６３】
実際面では、ある用途に関し、基準電位は、グラウンドとしてもよい。しかし、他の用途に関し、たとえば宇宙の分野では、基準電位は、当該の人工衛星又は探査ロケットの電位としてもよい。
【００６４】
この第１の実施例に関する記載の次の事項では、基準電位は、他に特段に示されていない限り、グラウンドであると見なされることになる。
【００６５】
ＲＦ源５２は、ωｐｌ≦ωＲＦ≦ωｐｅであるような角周波数ωＲＦを得るように調節される、ただし、
【数１】
0006461999.tif 000002
は、電子のプラズマ角周波数であり、
【数２】
0006461999.tif 000003
は、陽イオンのプラズマ角周波数である、なお、
ｅ０は電子の電荷、
ε０は真空誘電率、
ｎｐはプラズマ密度、
ｍｉはイオン質量、及び
ｍｅは電子の質量
である。
【００６６】
ωｐｌ＜＜ωｐである、というのはｍｉ＞＞ｍｅであるからであることに留意すべきである。
【００６７】
一般に、ＲＦ源５２から提供される信号の周波数は、チャンバ２０中でプラズマを形成するために使用されるガスに依存し、これがイオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数の間に含まれるように、数ＭＨｚと数百ＭＨｚの間に含めてもよい。
【００６８】
図４に例示した本発明による装置は、簡単な方法で図５の等価図と関連付けてもよい。
【００６９】
この図では、ＲＦ源５２が識別され、コンデンサ５３がこの源及びグラウンド５５と直列である。
【００７０】
参照記号Ｐがプラズマを表す。
【００７１】
Ｃｉｎｔがグリッド５１、５４の両方の間のキャパシタンスを表す。
【００７２】
ブロックＢ１が、プラズマと第１のグリッド５１の間に形成されるシースの効果を表し、それは、キャパシタンス
【数３】
0006461999.tif 000004
と並列のダイオード
【数４】
0006461999.tif 000005
によって表わしてもよい。ブロックＢ２が、プラズマと第２のグリッド５４の間に形成されるシースの効果を表し、それは、キャパシタンス
【数５】
0006461999.tif 000006
と並列のダイオード
【数６】
0006461999.tif 000007
と関連付けてもよい。
【００７３】
ブロックＢ１又はＢ２のそれぞれに関し、ダイオード機能の存在は、イオンが、無線周波数源５２からの信号の無線周波数変動によって強いられるグリッドの間の電場の瞬間的な変化に追従することができないが、しかし電子は、この電場の瞬間的な変化に追従してもよく、イオンは、この電場の平均値だけに追従するという事実に関連付けられる。これは、電子の質量（ｍｅ）が陽イオンの質量（ｍｉ）に対して極めて小さい（ｍｅ＜＜ｍｉ）ということと、源５２によって課される信号の周波数（無線周波数；角周波数ωＲＦ）が、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数の間にあるように、すなわち、ωｐｉ≦ωＲＦ≦ωｐｅになるように選択されるということとに起因する。
【００７４】
その結果として、ＲＦ電圧（ＶＲＦ）が源５２を介して印加されたとき、コンデンサ５３が充電される。
【００７５】
次いで、コンデンサ５３のこの充電によって、ＤＣ電圧がコンデンサの端子に生成される。最後に、ＲＦ源５２によって形成され、コンデンサと直列のセットの端子上で、電圧ＶＲＦ＋ＤＣが得られる（図５）。
【００７６】
次いで、電圧ＶＲＦ＋ＤＣの一定部分ＤＣによって、グリッド５１、５４の両方の間に電場を画定する可能性がもたらされ、唯一の信号ＶＲＦの平均値がゼロになる。したがって、このＤＣ値によって、両方のグリッド５１、５４を通じて連続的に陽イオンを抽出し加速させる可能性がもたらされる。
【００７７】
さらに、キャパシタンス
【数７】
0006461999.tif 000008
及び
【数８】
0006461999.tif 000009
は、互いに極めて異なる、というのは装置中のグリッド５１、５４のレイアウトのためである。確かに、プラズマ中に存在する陽イオン又は電子の観点からすると、第１のグリッド５１に対して下流にあり、ビーム６０の伝搬方向に比較的向いている第２のグリッド５４は、有効表面積
【数９】
0006461999.tif 000010
が、第１のグリッド５１の有効表面積
【数１０】
0006461999.tif 000011
より極めて狭い、というのは第２のグリッド５４は、第１のグリッド５１のオリフィスを通じてプラズマだけに対して見えるだけである、すなわち
【数１１】
0006461999.tif 000012
であるからである。したがって、これは、同一のグリッド５１、５４についてでさえ、不等式
【数１２】
0006461999.tif 000013
によって表現される。したがって、実際面では、両方のグリッド５１、５４のセットによって、表面が非対称のコンデンサを形成する可能性がもたらされる。
【００７８】
その結果として、ＲＦ電圧（ＶＲＦ）が源５２を介して印加されたとき、コンデンサ５３と直列のＲＦ源５２によって形成されるセットの端子上での電圧ＶＲＦ＋ＤＣは、
【数１３】
0006461999.tif 000014
として表現される、というのは、
【数１４】
0006461999.tif 000015
であるからである、ただし、
【数１５】
0006461999.tif 000016
は、シース中でプラズマと第１のグリッド５１の間に形成される電位差を表し、
【数１６】
0006461999.tif 000017
は、シース中でプラズマと第２のグリッド５４の間に形成される電位差を表す。
【００７９】
ＲＦ信号がコンデンサ５３を介して印加される第１のグリッド５１は、プラズマと接触しており、プラズマと相互作用する。プラズマ電位は、第１のグリッド５１に与えられる電位、すなわちＶＲＦ＋ＤＣに追従する。
【００８０】
グラウンド５５にある第２のグリッド５４に関し、それは、プラズマとも接触しているが、しかし、それは、電子が陽イオンと同時に抽出される間の短い間隔中だけである、すなわち、そのとき、
【数１７】
0006461999.tif 000018
は、シースがそれより低いと消滅する（シース崩壊）閾値φＣＲより低い。
【００８１】
この閾値φＣＲは、チャイルドの法則によって定義される。この法則は、次のように表現される。
【００８２】
【数１８】
0006461999.tif 000019
ただし、
ｓはシースがグリッドのオリフィスの寸法より小さくなるシースの厚さ、
ε０は真空の誘電率、
ｅ０は電子の電荷、
ｍｉはイオンの質量、及び
ｊｉはイオンの電流密度
である。
【００８３】
装置１００の動作は、図６に例示されている。
【００８４】
図６は、第１のグリッド５１に対するコンデンサ５３を介したＲＦ電圧５２の印加に関連する、時間に対するプラズマ電位の展開の実例を表す。
【００８５】
点線が一定のＤＣ成分、ここでは５５０Ｖを表し、それは、コンデンサ５３の存在と関係する。この成分は、両方のグリッド５１、５４によって絶えず抽出され加速される、プラズマ中に存在する陽イオンのエネルギーを定義する。
【００８６】
しかし、プラズマ電位は、一定成分（ここでは５５０Ｖ）のまわりで極値（＋１０５０Ｖ；５０Ｖ）の間で変動する、というのはＲＦ信号が源５２から提供されるからである。
【００８７】
プラズマ電位が、それからシースの消滅する臨界電位に達したとき、電子は、陽イオンとともにグリッド５１、５４を通じて抽出され加速される。
【００８８】
ここでは、φＣＲ≒２００Ｖである。
【００８９】
これは、円形オリフィスの直径が１．５ｍｍである（（式１）でｓの値を決める可能性を与える）同一のグリッド５１、５４を用いて達成してもよく、グリッドの両方の間の距離がグリッドのオリフィスの直径と同程度である。使用されるガスがアルゴンである。これらのオリフィス及びこのガスと関連付けられるイオンの電流密度が、５ｍＡ／ｃｍ２である。
【００９０】
この図では、ωＰｉ≦ωＲＦ≦ωＰｅを確実にするために、プラズマの周波数が１３．５６ＭＨｚであることに留意されたい。
【００９１】
チャンバ２０の出口におけるビーム６０の電気的中性は、第１のグリッド５１に存在するシースが消滅したとき、両方のグリッド５１、５４を通じて電子を抽出することによって得られる。
【００９２】
したがって、図６と関連する実例の他に、グリッド５１、５４の寸法付けが、使用するガスに、チャイルドの法則に従って、得たいと望むイオンの電流密度に依存することになることに留意すべきである。
【００９３】
一般に、同一のグリッド５１、５４が使用されることになる。各グリッド５１、５４は、円形オリフィスを備えてもよく、その直径が１ｍｍと２ｍｍの間に含まれる。次いで、グリッド５１、５４の両方の間の距離が、オリフィスの直径と同じ範囲中の値に決められる。
【００９４】
或いは、各グリッド５１、５４が、スロット形状のオリフィスを有してもよい。
【００９５】
前述の論文（図３）と比較して、本発明による実施例（図４及び５）との間にある、構造のレベル及び動作のレベルの両方についてのいくつかの差に留意するべきである。
【００９６】
前述の論文（図３）と違って、プラズマとの相互作用及び厚さが可変のシースの形成がほとんど常に存在することは、グラウンド５５に接続されるグリッド５４のレベルにおいてではない。
【００９７】
構造のレベルについて、本発明による装置１００は、それが、チャンバの出口に位置決められ、プラズマの中核部で電極と協力する２つのグリッド５１、５４に基づく、しかも単一のグリッドに基づかない、陽イオン及び電子を抽出し加速させるための手段を適用するという点において、Ｓ．Ｖ．Ｄｕｄｉｎ及びＤ．Ｖ．Ｒａｆａｌｓｋｙｋｉの論文に提案されている装置と異なる。
【００９８】
動作レベルについて、チャンバの出口で２つのグリッド５１、５４を使用することによって、前述の論文（図３）に対して、抽出の、及び加速の動作が修正されている。
【００９９】
確かに、その厚さがプラズマ電位に依存して変動するシースが、第１のグリッド５１で形成された場合、シース中のプラズマとの電位差が低くなる、というのは、プラズマ電位が、第１のグリッド５１に印加された電位に追従するからである。
【０１００】
したがって、一定の電位差ＤＣが、グリッド５１、５４の両方の間に印加され、グラウンドに接続されるグリッドに印加される前述の論文の場合のようではない。陽イオンの加速は、グリッド５１、５４の両方の間で起こるこの電位差ＤＣに起因する。
【０１０１】
それゆえ、陽イオンの軌道は、より良く制御され、陽イオンが第１のグリッド５１上に入射することはほとんどなくなる。これらの陽イオンは、第２のグリッド５４の壁上にもう入射しなくなり、第２のグリッドは、これらのイオンの観点から第１のグリッド５１のオリフィスを通じて見えるだけである。
【０１０２】
さらに、シースが消滅したとき（臨界電位より低い、又はそれと等しいプラズマ電位）、電子は、第１のグリッド５１のオリフィスを誘導されて通過し、また第２のグリッド５４の壁に当たるどんな傾向もなく、第２のグリッドは、電子の観点から第１のグリッド５１のオリフィスを通して見えるだけである。したがって、電子の軌道は、良好に制御される。
【０１０３】
したがって、耐用年限が明らかに向上した、又はエネルギーが前述の論文（図３）より大きい陽イオンを適用する装置を予期することが可能である。
【０１０４】
また、本発明による、少なくとも２つのグリッド５１、５４のアセンブリを用いて形成される抽出及び加速手段の動作は、文献ＷＯ２０１２／０４２１４３（図３；陽イオン−電子抽出）で提案されている２つのグリッド５’、７’を備える手段と異なる。
【０１０５】
確かに、グリッド５’に与えられる交流信号は、ゼロ値に中心がある（コンデンサが全く存在しない）。したがって、一定の成分ＤＣが、グリッド５’、７’の両方の間の装置に全く生じず、その電位差は、グリッド５’に与えられる可変信号の唯一の変動に関係するだけである。陽イオンの一定の抽出がＷＯ２０１２／０４２１４３では不可能であるが、しかし陽イオンの、及び電子の連続的な抽出だけである。
【０１０６】
図７は、図４に例示した装置１００の代替の実施例を例示し、無線周波数源５２が適用されていない。この場合、手段４０、たとえばコイルを作動させるために使用される無線周波数源５８’が、またグリッド５１を給電するための使用に供される。次いで、手段５９が、一方では手段４０に向けて、たとえば他方では１つ又はいくつかのコイル及びグリッド５１に向けて前記源から提供される信号を取り扱うために、設けられるべきである。この設計は、宇宙用途にとって興味深いものと判明する可能性がある、というのは、それは、装置１００の全体の故障リスクを軽減するからである。
【０１０７】
図４、５及び７では、グリッド５１が、コンデンサ５３と直列のＲＦ源５２（図４及び５）、５８’（図７）に接続され、他のグリッド５４が基準電位に、たとえばグラウンドに設定されたときの場合が、例示されている。この場合、ＲＦ源５２（又は図７の５８’）の出口の１つが基準電位に、たとえばグラウンドに設定される。しかし、装置の動作を確実にするために、ＲＦ源５２のどの出口が、どのグリッド５１、５４に接続されるのかを知るのはそれほど重要でない。言い換えると、グリッド５１は、基準電位に設定してもよく、他のグリッド５４は、コンデンサ５３と直列のＲＦ源５２（図４及び５）又は５８’（図７）に接続してもよい。
【０１０８】
図８は、図４に例示した装置１００の別の代替の実施例を例示する。
【０１０９】
この代替の例では、ＲＦ無線周波数源５２が、両方のグリッド５１、５４に接続される。より具体的には、ＲＦ無線周波数源５２は、コンデンサ５３と直列に位置付けられ、その出口の１つを通じ、このコンデンサ５３を介して、２つのグリッド５１、５４の１つの５１に接続される。言い換えると、ＲＦ源５２の出口の１つが、コンデンサ５３に接続され、コンデンサは、それ自体、２つのグリッド５１、５４の１つの５１に接続される。ＲＦ源５２の他の出口について、それは、次いで、２つのグリッド５１、５４の他の１つの５４に接続される。図８では、コンデンサ５３に接続されるのはグリッド５１であるが、しかしコンデンサ５３をグリッド５４に、グリッド５１をコンデンサ５３に接続せず、ＲＦ無線周波数源５２の出口に接続することは、同じように可能なはずである。
【０１１０】
さらに、そのような代替の例は、図７に例示した装置１００に関して設けてもよいことに留意すべきである。この場合、前のパラグラフの記載によって、両方のグリッド５１、５４に接続されるのはＲＦ無線周波数源５８’である。
【０１１１】
したがって、この代替の例は、いずれもの基準電位を含まない。
【０１１２】
宇宙の分野では、そのような結合によって、一方では人工衛星の、又は宇宙探査ロケットの外部導電性部の間を循環する寄生電流が存在しないことが保証される、厳密に言うと、他方では異符号に帯電した粒子を抽出するための装置が保証される。
【０１１３】
最後に、当該グリッドに印加される信号は、ＲＦ無線周波数交流電圧源５２、５８’から生じる正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得られる信号としてもよく、これは、イオン−電子ビームの電気的中性を向上させるためのものである。或いは、又はさらに、当該グリッドに印加される信号は、ＲＦ無線周波数交流電圧源５２、５８’から生じる正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得られる信号としてもよく、これは、イオン−電子ビームの電気的中性を向上させるためのものである。
【０１１４】
これは、任意の形状、たとえば矩形形状の信号としてもよい。
【０１１５】
具体的に、これは、図２（ｂ）に例示した信号のような矩形信号としてもよい、すなわち、矩形信号は、振幅（ａ’）が可変で期間が（ｄ’）である、一連の正（ｂ’＋）及び負（ｂ’−）の矩形パルスによって形成される。それゆえ、調節は、正電位及び負電位の印加期間及びこれらの電位の振幅の両方に対して実施される。
【０１１６】
或いは、これは、サイン波信号としてもよい。
【０１１７】
下文に、図９を裏付けて第２の実施例を述べる。この第２の実施例は、２つの動作モードを適用してもよく、その一方によって、異符号に帯電した粒子としてイオン及び電子の準中性ビームを形成する可能性がもたらされ、他方によって、異符号に帯電した粒子として陽イオンの、及び陰イオンの、又はイオン−イオンの準中性ビームを形成する可能性がもたらされる。
【０１１８】
装置１００’は、第１の実施例による装置１００中で適用される手段のセットを含む。
【０１１９】
しかし、装置１００’は、チャンバ２０中でイオン−イオン・プラズマを形成するための手段３２、３０、４０、５８、８０のセットをさらに含む。
【０１２０】
装置１００中に設けられ、イオン−電子プラズマを形成するための手段と比較して、手段３２、３０、４０、５８、８０は、少なくとも１つの電気陰性のイオン化ガスを含み、陽イオン及び陰イオン、さらにまた電子を発生することができるタンク３２と、この電気陰性ガスによって生成された電子をフィルタで除去するための手段８０とを特に含む。手段８０は、好ましくは、チャンバ２０中でイオンの、及び電子の移動の方向に対して横方向に配向される一定の磁場Ｈを生成する。
【０１２１】
また、装置１００’は、ＬＦと呼ばれるより低い周波数の交流電圧源５６を含み、それは、ＲＦ無線周波数源５２上に、又はＬＦ低周波数源５６上に、のどちらかに位置付けられるように、制御可能な手段５７を介して第１のグリッド５１に接続することができる。低周波数ＬＦ源５６は、イオンのプラズマ周波数より低い、又はそれと等しい周波数で放出する源を意味する。また、手段５７によって、フィルタリング手段８０を作動させる、又は停止させる可能性が与えられることに留意すべきである。
【０１２２】
このＬＦ低周波数交流電圧源５６からの信号は、この源からの正電位及び／又は負電位の印加期間を調節することによって少なくとも部分的に得てもよく、これは、イオン−イオン・ビームの電気的中性を制御するためのものである。或いは、又はさらに、このＬＦ低周波数交流電圧源５６からの信号は、この源からの正電位及び／又は負電位の振幅を調節することによって少なくとも部分的に得てもよく、これは、イオン−イオン・ビームの電気的中性を向上させるためのものである。
【０１２３】
これは、特に、図２（ｂ）に例示されている信号のような矩形形状の信号としてもよく、すなわち、矩形信号は、振幅ａ’が可変で期間がｄ’である、一連の正ｂ’＋及び負ｂ’−の矩形パルスによって形成される。それゆえ、その調節は、正電位及び負電位の印加期間及びこれらの電位の振幅の両方に対して実施される。
【０１２４】
より一般的には、矩形形状信号を予期してもよい。
【０１２５】
したがって、装置１００’は、２つの動作モードを有する。
【０１２６】
第１の動作モードでは、手段５７が、コンデンサ５３と直列のＲＦ源５２上に位置付けられる。陽イオン及び電子を含むプラズマを発生することができるガスが、チャンバ２０中にタンク３１及び導管３０を介して導入される。電子のための磁性フィルタリング手段８０が停止され、また手段５７によって、このフィルタリング手段８０の作動及び作動停止が制御されている。装置１００’の動作は、陽イオン及び電子を抽出するための第１の実施例（装置１００）について述べた動作と同じである。
【０１２７】
第２の動作モードでは、手段５７は、ＬＦ源５６上に位置付けられ、また、フィルタリング手段８０を作動させる可能性を与える。ＬＦ源５６は、信号を送り、その値は、陽イオン及び陰イオンを連続的に抽出するために、イオンのプラズマ周波数より低い、又はそれと等しい周波数で連続的に正及び負になる。電気陰性ガスをチャンバ２０中に導入する必要がある。電子を除去する、又はある程度除去し、且つ手段８０の出口である程度陽イオン及び陰イオンだけを得るためだけに、電子をフィルタで除去するためのこの手段８０を作動させる必要がある。
【０１２８】
出力で得られるビームの電気的中性が確保される。
【０１２９】
出願人の知る限りでは、プラズマ発生器装置に、そのようなすべて一体になった装置は全く提案されていない。具体的には、装置１００’がイオン−イオン・モードで使用されたとき、その使用は、装置の早期劣化問題を避けるために、陽イオン−電子モードに移行することによって時間とともに限定される恐れがある。
【０１３０】
図９では、２つのはっきりと異なるＲＦ源５８、５２が適用されることに留意されたい。これに関し、また、装置１００’に関して図８に例示されたもの、すなわち単一ＲＦ源に準拠する設備図を提示することが可能である。
【０１３１】
最後に、一般に、装置１００又は１００’中で使用してもよいガスは、それらの電気陽性度又は電気陰性度に従って、アルゴン（Ａｒ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、キセノン（Ｘｅ）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二ヨウ素（Ｉ２）、二窒素（Ｎ２）又は二水素（Ｈ２）の中から選択してもよい。
【０１３２】
本発明の範囲内で提案された解決策のメリットを示すために、試験が実施された。
【０１３３】
図１０は、本発明による装置１００とともに使用される試験設備の代表的な図である。この図１０の左側に、図４に例示した装置１００が識別される。
【０１３４】
ビーム６０の特性は、ポンプ２０５を介した真空のチャンバ２００中で決定される。測定は、ターゲット２０１上に位置付けられたエネルギー・アナライザ２０３が関連付けられたターゲット２０１を用いて実施され、このアナライザは、処理手段２０４に接続される。このアナライザは、ＲＦＥＡ（Ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒｓ（減速電界型エネルギー・アナライザ））の頭字語の下で知られている。ターゲット２０１は、その電位２０２を決定するための手段に接続される。
【０１３５】
イオン−電子動作に関する、いくつかの結果が、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に提示されている。
【０１３６】
使用されたガスは、アルゴンである（２５ｓｃｃｍ）。
【０１３７】
ＲＦ源５２の周波数は、４ＭＨｚである。この源によってグリッド５１に印加された電位は、振幅が０と３００Ｖの間に含めてもよい（すなわち、ピーク・ツウ・ピークで６００Ｖまで）。
【０１３８】
磁性フィルタは、作動していない。
【０１３９】
図１０（ａ）は、アルゴン・イオン（ＩＥＤＦ）及び電子（ＥＥＤＦ）対これらのイオン／電子のエネルギー（横座標）に関するエネルギー分布関数（ＥＤＦ；縦座標；任意の単位ａ．ｕ．（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔ））を例示する。電子及びイオンに関する両方のピークの存在は、両方のタイプの帯電粒子の抽出及び加速が達成されていることを示す。この図は、イオンが１５０ｅＶの平均エネルギーで、電子が１０ｅＶの平均エネルギーで抽出され加速されていることを示す。これらの測定値は、振幅が１５０Ｖ（ピーク・ツウ・ピークで３００Ｖ）のＲＦ電位を用いて得られている。
【０１４０】
図１０（ｂ）は、アルゴン・イオンの平均エネルギーに依存した、ターゲット２０１の電位の展開を示す（縦座標；φｆｌｏａｔ）。この測定のためのアルゴン・イオンの当該エネルギー範囲（０〜３００ｅＶ）では、ターゲットの電位が１５Ｖより低く、それは、イオンのエネルギーに対して比較的低いことに留意されたい。言い換えると、これは、ビームが、帯電に関して良好に補償されている（電気的中性が確保されている）ことを示す。
【０１４１】
図１０（ｃ）は、アルゴン・イオンのエネルギーが３００ｅＶの場合、ターゲット２０１の電位−電流カーブ（Ｕｐｒ／Ｉｐｒ）を示す。これらのアルゴン・イオン及び電子の流れは、このターゲットの電位が１５Ｖであるとき、同じである（Ｉｐｒ＝０）。φｆｌｏａｔは、Ｉｐｒ＝０のとき、値がＵｐｒであることに留意すべきである。
【０１４２】
図１１は、イオン−イオン動作モードに関する結果を示す。これらの結果は、試験設備が図９に例示した装置１００’を適用した状態で、図１０を裏付ける上で早期に述べたこの装置１００’からのビーム６０を特徴付けるための測定手段を用いて得られた。
【０１４３】
使用されたガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）である。
【０１４４】
電圧源５６のＬＦ周波数は、２０ｋＨｚである。電圧源５６に接続されるグリッドに印加された電位は、−３５０Ｖと＋３５０Ｖの間に含まれる。
【０１４５】
ガスのイオン化によって生成された電子を除去する、又はある程度除去するために、磁性フィルタ８０が作動している。
【０１４６】
図１１は、これらのイオンのエネルギー（横座標）に従う、陽イオン（実線）及び陰イオン（点線）に関するエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ；縦座標；任意の単位ａ．ｕ．）をより具体的に例示する。電子に関し、及びイオンに関し、その両方のピークの存在は、両方のタイプの帯電粒子の抽出及び加速が達成されていることを示す。この図１１は、陽イオン及び陰イオンが、３００ｅＶより高い平均エネルギーで抽出され加速されていることを示す。
【０１４７】
本発明による装置１００、１００’は、特に、
−  プラズマ・スラスタ（軌道を修正するための人工衛星に、宇宙プローブに、などに適用）、
−  ターゲット上に粒子を付着させるための装置（蒸着、たとえばマイクロエレクトロニクスの分野）、
−  ターゲットをエッチングするための装置、
−  ポリマを処理するための装置、又は目標とする表面を活性化するためのさらなる装置、
のために使用してもよい。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【図１１】
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