Система ионно-пучкового транспорта

Должна обеспечивать:

- заданную энергию ионов;

- заданную интенсивность пучка (плотность ионного тока);

- стабильность ионного тока во времени и по площади подложки;

- высокую изотропную чистоту пучка.

Включает в себя:

- ускоритель ионов;

- устройства фокусировки;

- масс-сепаратор;

- системы сканирования ионного пучка.

Требования к ускорителю ионов:

- минимальная потребляемая мощность;

- компактность;

- возможность дополнительной фокусировки пучка;

- минимальное рассеяние и загрязнение пучка;

- исключение пробоев между элементами ускорителя;

- эффективная защита от рентгеновского излучения и высокого напряжения.

Существуют две базовые конструкции ускорителей – одно- или двухпролетные ускорители и ускорительные колонны с постоянным градиентом потенциала. Ускоритель первого типа имеет простую конструкцию, небольшие размееры, но работает только с низкими до 100кЭВ ионами. Электроды изготавливаются из нержавеющей стали или титана. В качестве изолятора применяют тугоплавкое стекло “пирекс” и свинцовую резину для защиты от рентгеновского излучения.

Фокусирующие системы

При малых энергиях ионов или больших токах ионного пучка из-за эффекта обьемного заряда происходил расплывание ионного пучка. В свободном от поля пространстве ионный пучок может захватывать возникающие на его пути медленные электроны или отрицательные ионы, которые могут нейтрализовать обьемный заряд.

Фокусировку ионного пучка производят электродами, расположенными в различных местах ионного тракта. В низкоэнергетических установках ускорение и фокусировку часто совмещают.

Для фокусировки используют трехэлектродные или квадрупольные линзы.

Масс-сепаратор

Должен обеспечивать:

- сепаррирование в широком диапазоне масс с высоким разрешением;

- минимальную аберрацию пучка;

- сохранение формы пучка;

- минимальное загрязнение пучка продуктами распыления стенок сепаратора при бомбардировке их отклоненными ионами.

В настоящее время используются три метода сепарирования:

- по массам с отклонением пучка с помощью магнитов;

- по скоростям без изменения направления пучка с применением скрещенных Е и В полей;

- по массам с сепарацией ВЧ-фильтром.

При первом методе применяют магниты различной конфигурации. Наиболее простым и удобным по конструкции является сепаратор с однородным полем, создаваемым секторным магнитом.

Сепарирование ионов различной массы заключается в воздействии на движущиеся ионы силы Лоренца, при этом ионы движутся по круговой траектории, радиус которой зависит от массы иона, ускоряющего напряжения, напряженности магнитного поля и зарядового состояния иона.

Т.о., ионы одинаковых энергий и зарядового состояния будут двигаться по разным траекториям. Угол секторного магнита может быть 60,65,90˚. Секторные масс-сепараторы выполняют также функции фокусировки.

Во втором методе используют ЕxВ сепараторы, представляющие собой ионно-оптические устройства с взаимно перпендикулярными электрическими и магнитными полями.

В таком сепараторе электрическое поле Е используют для компенсации воздействия на ион силы Лоренца. При определенных значениях магнитного и электрического полей при некоторых скоростях V₀ выполняется соотношение НеV₀=eU , тогда ионы с массой М₀ проходят через сепаратор по прямой линии. Ионы с массой М=М₀±ΔМ будут испытывать действие отклоняющей силы. Достоинствам ЕхВ сепаратора являются малые габариты и масса, простота, прямолинейность ионного тракт

ВЧ-сепараторы сложны по конструкции и требуют мощных ВЧ-источников питания. Поэтому они применяются редко.