Вакуумный источник нейтралов с охлаждаемым катодом

Полезная модель относится к плазменной технике и предназначена для воздействия потоком нейтральных частиц на тонкие пленки, получаемые вакуумными технологиями.
На сегодняшний момент воздействие потока быстрых нейтральных частиц является перспективным способом обработки тонких пленок диэлектриков и широкозонных полупроводников. В отличие от воздействия ионными пучками, при использовании пучков нейтральных частиц, производится обработка диэлектриков и широкозонных полупроводников без компенсации тока пучка, поскольку не происходит возникновения потенциала на обрабатываемой поверхности, замедляющего дальнейшую обработку. Кроме того, при обработке быстрыми нейтральными частицами не происходит деградации поверхности из-за зарядовых эффектов.
Наиболее близким аналогом модели является конструкция по патенту Российской Федерации № 148505, от 29.07.2014, состоящая из катода, выполненного в виде набора параллельных пластин, закрепленных на определенном расстоянии друг от друга, и имеющего ввод, предназначенный для подключения к отрицательному полюсу источника питания, и анода, имеющего ввод для заземления.
Недостатком прототипа является отсутствие водяного охлаждения источника нейтралов, что существенно ограничивает мощность разряда на источнике, так как повышение температуры катода приводит к существенным изменениям его электрических и механических характеристик.
Технический результат состоит в увеличении напряжения разряда на источнике нейтралов с 4 кВ до 8,5 кВ, за счет введения в конструкцию водяного охлаждения катода. что позволяет увеличить скорость и количество нейтралов, воздействующих на обрабатываемую пленку.
Технический результат достигается тем, что вакуумный источник нейтралов с охлаждаемым катодом, включающий катод, выполненный в виде набора параллельных пластин, закрепленных на определенном расстоянии друг от друга, антикатод, газораспределитель, анод (корпус камеры) и изоляторы, отличающийся тем, что в конструкцию введена трубка водяного охлаждения, на которой закреплены параллельно расположенные пластины катода.
Полезная модель включает: 1 – катод, выполненный в виде набора параллельных пластин, закрепленных на определенном расстоянии друг от друга, 2 – антикатод, 3 – трубку водяного охлаждения, выведенную из вакуумной камеры, по трубке циркулирует вода, которая охлаждает пластины катода 1, трубка 3 является также вводом для подключения к отрицательному полюсу источника питания, 4 – газораспределитель, 5 – анод (корпус камеры), 6 – изоляторы, трубка водяного охлаждения 3 установлена на изолированных вводах.
Устройство работает следующим образом. Анод 5 (корпус камеры) заземляется, на катод 1 подается отрицательное напряжение источника питания через охлаждающую трубку 3, выведенную через изоляторы 6, антикатод 2 является изолированным, через газораспределитель 4 инертный газ подается в зону разряда.
При зажигании газового разряда в объеме источника, на антикатоде 2 возникает отрицательное напряжение относительно анода, наведенное электронами, вышедшими с катода 1 под действием вторичной ионно-электронной эмиссии и ускоренными в области катодного падения напряжения. Величина напряжения на антикатоде 2 определяется условием равенства электронного и ионного токов.
Ионы, образованные в объеме плазмы, ускоряются в катодном падении напряжения и нейтрализуются за счет резонансной перезарядки на молекулах нейтрального газа, а также при отражении от пластин катода 1 в процессе упругого отражения с нейтрализацией. Таким образом, катод 1 выполняет также функции эмиссионной сетки.
За счет того, что нейтрализация ионов происходит в потенциальной яме, образованной возле катода 1, ионы, не перезарядившиеся в области катодного падения напряжения, при выходе из нее имеют низкие энергии, не превышающие величины, определяемой анодным падением напряжения. Таким образом, в выходном потоке частиц источника отсутствуют быстрые ионы.
Добавление в конструкцию вакуумного источника нейтралов трубки водяного охлаждения повышает величину отрицательного напряжения, прилагаемого к катоду с 4 кВ до 8,5 кВ, дальнейшее увеличение напряжения ограниченно возможностями блока питания.