Плазменный источник заряженных частиц для формирования совмещенных ионно-электронных пучков

Одним из способов повышения эффективности реализации ионно-плазменных технологий воздействия на поверхности различных материалов является частичная или полная компенсация положительного заряда ионов в потоке или на обрабатываемой поверхности, для чего используются дополнительные эмитирующие системы, которые создают компенсирующие электронные потоки в разрядное пространство, ускоряющий промежуток или на обрабатываемую поверхность. Для реализации такого компенсирующего воздействия возможно применение плазменных источников заряженных частиц, способных при изменении полярности ускоряющего напряжения формировать пучки обоих знаков. Основная проблема при этом заключается в сложности достижения одновременно высокой эффективности эмиссии ионов и электронов, поскольку условия их эмиссии из плазмы существенно различаются. В данной статье предложена концепция и разработанная на ее основе конструкция макета мультиразрядного плазменного электронно-ионного источника для совместного или попеременного формирования электронных и ионных пучков. Показано, что в предложенной конструкции реализуется возможность повышения первеанса за счет компенсации объемного заряда частицами противоположного знака. Приведен ряд характеристик разработанного макета плазменного электронно-ионного источника (вольтамперные характеристики извлечения электронов и ионов) и показана его перспективность для дальнейшей разработки на его основе электронно-ионного источника для промышленного применения. Совмещенные или попеременные ионно-электронные пучки, формируемые в представленном источнике, могут быть использованы при реализации технологий нанесения тонкопленочных слоев металлов, полупроводников и диэлектриков для поддержания процессов ионизации и обеспечения устойчивого горения разряда, компенсации как объемного заряда в пучке, так и поверхностного на формируемой пленке.

плазменный источник заряженных частиц, электронно-ионное воздействие, электронные пучки, компенсированные ионные пучки

1. Физика и технология плазменных эмиссионных систем / под общ. ред. В.Т. Барченко. – СПб.: Изд-во С.‑Петерб. гос. электротехн. ун-та «ЛЭТИ», 2014. – 286 с.

2. Кузьмичёв, А.И. Магнетронные распылительные системы / А.И. Кузьмичёв. – Киев: Аверс, 2008. – Кн. 1: Введение в физику и технику магнетронного распыления. – 244 с.

3. Окс, Е.М. Источники электронов с плазменным катодом: физика, техника, применения / Е.М. Окс. – Томск: Изд-во науч.-техн. лит., 2005. – 216 с.

4. Universal plasma electron source / V.A. Gruzdev [et al.] // Vacuum. – 2005. – Vol. 77, iss. 4. – P. 399–405. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2004.05.007

5. Крейндель, Ю.Е. Плазменные источники электронов / Ю.Е. Крейндель. – М.: Атомиздат, 1977. – 144 с.

6. Ремпе, Н.Г. Промышленное применение электронных пушек с плазменным катодом / Н.Г. Ремпе // Плазменная эмиссионная электроника: тр. II Междунар. Крейнделевского семинара, г. Улан-Удэ, 17–24 июня 2006 г. – Улан-Удэ: Изд-во Бурят. науч. центра СО РАН, 2006. – С. 108–112.

7. Plasma emission systems for electron and ion-beams technologies / D.A. Antonovich [et al.] // High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. – 2017. – Vol. 21, iss. 2. – P. 143–159. https://doi.org/10.1615/HighTempMatProc.2017024672

8. Бугаев, С.П. Электронные пучки большого сечения / С.П. Бугаев, Ю.Е. Крейндель, П.М. Щанин. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 112 с.