УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ПУЧКОВ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Предлагаемая полезная модель относится к технике фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц и может быть использована для повышения производительности технологических процессов, в которых применяются пучки ускоренных заряженных частиц, в частности, при генерации рентгеновского излучения, ионной имплантации и др.
Известно электронно - оптическое устройство, состоящее из магнитной осесимметричной линзы, квадрупольного и секступольного корректоров и содержащее октупольный корректор и апертурную диафрагму с крестообразной перфорацией, служащее для фокусировки пучков заряженных частиц. (Авторское свидетельство СССР №355667.)
Известное устройство имеет недостатки, связанные со сложностью конструкции и с наличием элементов, потребляющих энергию от внешнего источника.
Известно простое энергонезависимое устройство фокусировки пучков ионов - стеклянный конический капилляр, располагаемый внутри металлического корпуса соосно с фокусируемым пучком. (T.Nebiki, T.Yamamoto, T.Narusawa et. al. Focusing ofMev ion beams by means of tapered glass capillary optics. //J. Vac. Sci. Technol. A21(5), Sep/Oct 2003, прототип.)
Недостатком прототипа является низкая пропускная способность фокусирующей системы - выходной ток не превышает 1,8% от величины тока
падающего пучка, а также отсутствие технической возможности контролируемого повышения пропускной способности.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу контролируемого повышения пропускной способности устройства для фокусировки пучков заряженных частиц при сохранении простоты и энергонезависимости конструкции.
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц, размещенном в вакууммируемом объеме и содержащим фокусирующую линзу, состоящую из полого диэлектрического канала в форме усеченного конуса, закрепленного внутри металлического корпуса, и располагаемую между источником ускоренных заряженных частиц и облучаемым объектом соосно с фокусируемым пучком так, что направление сужения конуса совпадает с направлением распространения частиц пучка, металлический корпус фокусирующей линзы электрически последовательно соединен с конденсатором, к выводам которого подсоединен вольтметр, и заземляющим устройством, перед узким основанием конуса устанавливается заслонка-измеритель с возможностью дистанционного удаления ее с направления распространения частиц пучка.
Сущность полезной модели состоит в том, что фокусировка пучка осуществляется посредством электростатического поля, возникающего при электризации диэлектрической стенки в результате взаимодействия пучка с поверхностью стенки канала. Электризация стенок канала осуществляется
самоорганизованно с пучком таким образом, что электростатическое поле заряженной стенки обеспечивает прохождение пучка внутри канала без ионизационных потерь энергии. Фокусировка пучков может осуществляться и в случае, когда направление распространения пучка не совпадает с осью фокусирующей линзы. В этом случае ток перенесенного через линзу пучка уменьшается по сравнению с исходным пучком в зависимости от угла между направлением распространения пучка и осью линзы: от максимального при угле,, равном 0°, и до 0 при угле, равном критическому. Величина критического угла определяется для каждого диэлектрика индивидуально.
Схема предлагаемого технического решения показана на фиг.1. Устройство для фокусировки пучков заряженных частиц расположено в вакууммируемом объеме 1 и содержит фокусирующую линзу, состоящую из полого диэлектрического канала в форме усеченного конуса 2, закрепленного в металлическом корпусе 3, располагаемую между источником ускоренных заряженных частиц 4 и облучаемым объектом 5, металлический корпус 3 фокусирующей линзы электрически последовательно соединен с конденсатором 6, к выводам которого подсоединен вольтметр 7, и заземляющим устройством 8, перед узким основанием конуса устанавливается заслонка-измеритель 9, в качестве которой может быть использован цилиндр Фарадея.
Фокусировка пучков ускоренных заряженных частиц осуществляется следующим образом.
-4
Фокусирующая линза помещается в герметично закрытый объем 1, который вакууммируется до остаточного давления 10 Па. В линзу по направлению сужения конуса 2 параллельно его оси вводится пучок ускоренных частиц из источника 4. Со стороны узкого основания конуса устанавливается заслонка-измеритель 9. Перед началом использования фокусирующего устройства производится тарировка измерительной системы - облучение внутренней поверхности диэлектрического конуса пучком частиц того вида, который требуется сфокусировать, и определение величины напряжения на конденсаторе, соответствующее заряду диэлектрической стенки, обеспечивающему максимальное пропускание частиц пучка устройством. Измерение величины электрического заряда наэлектризованной диэлектрической стенки, осуществляется с помощью вольтметра 7, подсоединенного к конденсатору 6 по известной формуле: Q=CU, где Q - величина заряда, С -емкость конденсатора, U - напряжение на конденсаторе. Момент приобретения стенкой электрического заряда, обеспечивающего максимальную пропускную способность устройства, определяется с помощью заслонки-измерителя 9 при получении максимального тока пучка на выходном сечении конуса. Для осуществления фокусировки пучка ускоренных заряженных частиц внутренняя поверхность конического канала облучается потоком заряженных частиц от источника до появления на ней заряда того же знака, что и ускоренные заряженные частицы и имеющего заданную величину, при которой показание вольтметра 7, подсоединенного к выводам конденсатора 6, принимает
тарировочное значение. После этого заслонка-измеритель 9 удаляется с направления распространения частиц пучка и пучок направляется на облучаемый объект 5.
Измерения показывают, что пучок на выходе из фокусирующей линзы имеет большую плотность тока, чем на входе. Пропускная способность фокусирующей системы при использовании предлагаемого устройства достигает 50%.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает фокусировку пучков ускоренных заряженных частиц без применения дополнительных внешних устройств, потребляющих энергию. По сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель обеспечивает контролируемое увеличение пропускной способности фокусирующей системы в несколько десятков раз при сохранении простоты конструкции и ее энергонезависимости.