УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ ИОННЫХ ПОТОКОВ
DEVICE FOR GENERATING ION STREAMS

Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов методом легирования и предназначено для получения направленных потоков (пучков) ионов.
Известна конструкция автоэмиссионного жидкометаллического источника ионов (Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. / Под редакцией Д.Бригса, М.П.Сиха. Москва, «Мир», 1987 г., стр. 88-90).
Игла с радиусом закругления 1-10 мкм, проходящая через плотно прилегающий капилляр, другим концом погружена в резервуар с жидким металлом. Материал иглы выбран таким образом, чтобы жидкий металл смачивал его, но не вступал в химическую реакцию. При смачивании жидкий металл благодаря воздействию капиллярных сил движется вверх по выступающему концу иглы к её вершине, а любая потеря металла возмещается за счет металла, поступающего из резервуара. На небольшом расстоянии от конца иглы располагается вытягивающий электрод. Между иглой и вытягивающим электродом создается разность потенциалов от 4 до 10 кВ. Вследствие равенства сил электростатического притяжения и поверхностного натяжения пленка жидкого металла на конце иглы образует выступ. Вблизи конца острия возникает сильное электростатическое поле, которое обеспечивает формирование пучка положительно заряженных ионов металла, которые вытягиваются через круглое отверстие в электроде и формируют поток ионов с током порядка 100 мкА.
Задачей данного изобретения является повышение мощности автоэмиссионного источника ионов за счет одновременного повышения силы тока и энергии ионов в пучке.
Поставленная цель достигается за счет того, что устройство создания ионных потоков состоит из вакуумной камеры с источником ионов и двух электродов, причем источник ионов выполнен в виде резервуара с жидкостью, внутри которого установлен электрод (анод). Электрод и стенки резервуара расположены с некоторым зазором, создающим капиллярное движение потока жидкости из резервуара, второй электрод (катод) выполнен в форме пластины со щелью, расположенной над первым электродом (анодом). Электрод (анод) может быть выполнен в виде пластины - лезвия. Резервуар может быть соединен с нагревательным элементом и соединен с криогенной установкой.
Выполнение электрода в виде тонкой пластины в форме лезвия с радиусом закругления кромки ~ 1 мкм приводит к увеличению силы тока пучка ионов. При этом, неизбежное снижение напряженности электростатического поля, препятствующее образованию потока ионов, компенсируется увеличением на порядок разности потенциалов между пластиной и вытягивающим электродом.
Конструкция устройства создания ионных потоков поясняется на чертеже.
Ионный источник состоит из резервуара с жидкостью, образующей ионы, - 1; пластины из металла, смачиваемого жидкостью резервуара в форме лезвия, - 2; прилегающего к лезвию капилляра - 3; расположенного над пластиной вытягивающего электрода с отверстием для формирования ионного пучка - 4. Источник помещен в вакуумную камеру - 5. Регулирование температуры жидкости осуществляется применением индукционного нагрева для расплавов или криогенной системы для работы сжиженными газами - 6. Между пластиной и вытягивающим электродом создается разность потенциалов U ~ 100 кВ.
Устройство работает следующим образом.
Жидкость смачивает пластину 2, не вступая с ней в химическую реакцию, и вследствие капиллярного эффекта движется к кромке пластины, образуя на кромке линейный микровыступ. Высокая разность потенциалов между пластиной 2 и вытягивающим электродом 4 и малый радиус закругления кромки приводят к возникновению в области микровыступа сильно неоднородного электростатического поля. Указанное поле переводит жидкость в неустойчивое состояние и приводит к формированию плоского ионного потока, который выводится через отверстие в вытягивающем электроде 4.
Таким образом, конструкция автоэмиссионного ионного источника использует для движения ионообразующей жидкости в область сильно неоднородного электростатического поля пластину в форме лезвия с кромкой малого закругления.