источник многокомпонентных атомарных потоков

Формула изобретения

Применение ловушки с вращающейся плазмой в качестве источника многокомпонентных атомарных потоков, состоящих из потока тяжелых атомов с энергией распыления и потока быстрых атомов с энергией, определяемой напряжением на разряде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрофизике, в частности к системам, служащим для получения потоков частиц, используемых, например, для вакуумного нанесения тонких пленок.

Известны устройства, предназначенные для получения потока атомов для вакуумного нанесения тонких пленок, состоящие из ионного источника и мишени, распыляемой ионным потоком [1].

Однако в этих устройствах затруднено получение достаточно мощных потоков атомов из-за недостаточной интенсивности ионных потоков, распыляющих мишень. Кроме того, распыляемые атомы имеют невысокую энергию - до 10 - 100 эВ в зависимости от материала. В подобных устройствах невозможно получить быстрые атомы с энергией единицы - десятки килоэлекронвольт.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков следует отнести устройство, предназначенное для получения потоков частиц для вакуумного нанесения тонких пленок и состоящее из 2 источников. Один источник формирует поток распыленных атомов, второй источник формирует поток быстрых частиц (ионов) [2].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании вышеуказанного устройства, принятого за прототип, относится то, что устройство состоит из 2 источников, что значительно усложняет конструкцию, увеличивает затраты на производство и эксплуатацию устройства. Кроме того, мощность потоков частиц, особенно тяжелых - невысокая, так как ионные источники, используемые для распыления мишени и создания потока быстрых частиц, имеют ограничения на интенсивность генерируемых ионных потоков по объемному заряду.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на повышение мощности источника многокомпонентных потоков частиц, упрощение конструкции устройства, снижение затрат на производство и эксплуатацию заявленного устройства.

В результате решения поставленных задач будет получен следующий технический результат. Конструкция источника многокомпонентных потоков частиц будет существенно упрощена, мощность потоков значительно увеличена, затраты на производство и эксплуатацию устройства снижены.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается применением ловушки с вращающейся плазмой [3, 4], в которой реализуется разряд с образованием тяжелых ионов, впервые в качестве источника многокомпонентных атомарных потоков, состоящих из потока тяжелых атомов с энергией распылений и потока быстрых атомов с энергией, определяемой напряжением на разрядке.

Формирование в одном источнике потока медленных атомов с энергией распыления и потока быстрых частиц-атомов существенно упрощает конструкцию устройства и снижает затраты на его производства и эксплуатацию. Атомарные потоки не имеют ограничения на интенсивность по объемному заряду как ионные потоки, что значительно увеличивает мощность источника.

Все вышеуказанное обуславливает причинно-следственную связь между признаками и техническим результатом и существенность признаков формулы изобретения.

Проведенный заявителем анализ позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный анализ известных решений, результаты которого показывают, что заявляемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и не вытекает из него логически, то есть соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема заявленного устройства, где на фиг. 1 изображена ловушка с вращающейся плазмой, а на фиг. 2 - схема формирования многокомпонентных атомарных потоков в ловушке.

1 - катушки электромагнита, 2 - вакуумная камера, 3а - внешний лайнер-анод, 3б - внутренний лайнер-катод, 4 - торцевые электроды, 5 - проходной изолятор, 6 - система высоковольтного питания, 7 - вакуумный шибер, 8 - образец, 9 - радиальное электрическое поле, 10 - аксиальное магнитное поле, 11 - распыленные с поверхности катодного электрода атомы, 12 - место ионизации атомов в плазменном объеме, 13 - ионы, образованные из распылительных атомов, 14 - ион газа, 15 - место перезарядки ионов, 16 - быстрый атом (материал катода), 17 - быстрый атом (газ).

Такие ловушки используются для получения и удержания горячей водородной плазмы [3], для получения потоков быстрых тяжелых атомов [4]. В такой системе при выполнении ряда условий образуется плазма, состоящая из ионов, которые образуются за счет ионизации распыленных атомов катодного электрода.

Ионы, образовавшиеся в плазме при ионизации части распыленных с поверхности катода атомов (11) и атомов газа, вводимого в объем, ускоряются радиальным электрическим полем (9) и движутся по циклоидальным траекториям. Падающие на катод (3б) ионы распыляют с его поверхности атомы (11). Перезарядившись (15) ионы (13), (14) уходят в виде быстрых нейтральных атомов (16), (17), создавая веерный поток. Неионизованные в плазме распыленные атомы (11) также выходят из ловушки в виде веерного потока.

В итоге источник формирует многокомпонентные атомарные потоки: медленные тяжелые атомы (11) с энергией распыления, быстрые атомы (материал катода) (16) и быстрые атомы (газ) (17).

Плазма в этом разряде имеет вид плоского диска шириной 2 - 10 см, радиальные размеры совпадают с размерами наружного лайнера.

Могут существовать как импульсный, так и непрерывный режимы работы этой системы.

Условия, необходимые для образования многокомпонентных атомарных потоков в подобной ловушке, следующие: на центральный электрод подается отрицательный потенциал, усредненный коэффициент распыления катода для ионов, падающих на катод, больше единицы. Для большинства материалов это эквивалентно тому, что полный потенциал между анодом и катодом (напряжение на разряде) должен быть не менее 1 кВ. Максимальный потенциал может быть порядка 50 - 100 кВ. Величина аксиального магнитного поля должна обеспечивать замагниченность ионов, ускоряемых в плазме радиальным электрическим полем.

Следует обратить внимание на особенность формирования потока быстрых атомов.

Формирование атомарных потоков происходит в различных частях источника. Быстрые атомы генерируются внутри плазменного объема, распыленные атомы - поверхностью катода.

Можно получать различные комбинации потоков быстрых атомов путем выбора величины магнитного поля, материала катода и сорта вводимого газа. Ионы выбранных элементов замагничиваются в межэлектродном промежутке и ускоряются в плазме радиальным электрическим полем с последующим преобразованием в быстрые атомы путем перезарядки.

Энергия быстрых атомов лежит в широком диапазоне, что связано с различием энергий, набираемой первоначальными ионами при ускорении в плазме радиальным электрическим полем до момента перезарядки; энергия может достигать величины эквивалентной напряжению на разряде.

Таким образом, вышеприведенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно: для вакуумного нанесения тонких пленок на поверхность твердого тела;

для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источник информации

1. Данилин Б. С. // Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок, М., Энергоатомиздат, 1989, стр. 181.

2. Плешивцев Н. В., Семашко Н.Н. //Применение ионных пучков для технологических целей. Итоги науки и техники, сер. Физические основы лазерной и пучковой технологии, т. 5, 1989, стр. 87.

3. Abdrashitov G.F., Beloborodov A.V., Volosov V.I., Kubarev V.V., Popov Yu.S., Yudin Yu.N. // Nuclear Fusion, v. 31, N 7, (1991), p. 1275 - 1290.

4. Волосов В.И. //Патент России N 2004081 C1 от 12.05.1991 г.