离子源工作原理

1、概述：Anode layer ion source的基本结构和演化正交场放电，为什么是阳极层？阳极层加速原理、溅射的影响、离子束发射效率与放电模式(低压/高压)的关系。在DLC中难以应用短路了吗？在某些介质薄膜沉积中？physcs and engineering of crossed-field discharge devices-abolmsov正交场放电装置可分为多种类型，如下图所示，图中的各配置满足漂移，形成闭合路径。三种主要配置是圆柱、圆形和平面配置。受漂移路径约束的电子行程足够长，增加背景气体电离的可能性。电子的漂移运动形成了霍尔电流，此外，电子在垂直磁力线方向运动，产生阳极感的放电

2、电流考虑到在强场近似下。考虑到电子的异常运输。沿着磁场线碰撞会干扰电子运动。在与磁力线垂直的方向上，移动发生碰撞，其频率与电子移动能力成正比。假设电子的larmor轨道大部分时间是完整的。电子的即时移动阶段与没有磁场时一致。嗯，我们可以认为b场是等效的气压。宽光束离子源的引线通常通过包含加速-减速功能的多孔浇口导出。从闸门发出的离子束可以精确控制离子能量和剂量，但不适合低能量离子束应用。这是由于浇口之间的空间电荷效应d是灌嘴间距。(较高的导线表示较高的电压)没有栅离子源栅离子源始于太空推进器项目。此Hall离子推进器分为SPT和tal两类，SPT和TAL的区别在于扩展的加速通道和绝缘墙的使用。

3、脱银不需要电子发射器(cathode灯丝)的辅助操作，因此更适合工业使用。在面具中，如图2(d)所示，轴电场建立在正极和负极靴子之间，形成环加速通道。极靴之间形成径向磁场。直接校长使电子沿角度运动，防止电子直接流向阳极，主要电位降发生在阳极附近的磁化电子云(阳极鞘)中。电位下降加速离子远离放电通道。因为没有离子鞘，脱的离子流不受空间电荷的限制。脱银被用于工业生产的变种ALIS，离子能量分布范围广(因为不同电离位置的电位不同)，离子束的平均能量(veeco解释为60%)。此离子源适用于需要大于100eV的能量、色散光束、大能量分布的应用程序，并且应用领域可以接受一定量的溅射污染。爱丽丝没有灯丝，

4、所以可能会在反应气体下放电。End-Hall来源也属于灌嘴离子源品类，但与TAL不同。End-Hall源的磁场轴向发散，放电机理大不相同。在低碰撞频率下，电子和发散磁场起作用，产生离子的加速器。此机制限制了最大操作限制，需要中和器。放电模式的分类徐璐尽管有其他放电配置，但与上述Hall电流一样，正交场放电的共性仍然很明显。但是还没有关于正交场放电的完整理论。因此，设计正交场放电设备的尝试基于实验。本文认为，可以用舒曼分类描述penning放电、ALIS、圆柱磁控和平面磁控四种基本配置。在低气压(10-4Torr)下，电子约束时间比离子通过时间长得多。因此放电是纯电子等离子体。低压放电有两个间隙

5、：低磁场模式(LMF)和高磁场模式(HMF)。在LMF模式下，电子密度非常低，放电室中间的电位接近阳极电位，如图5(a)所示。放电电流与放电电压无关，与气压和磁场的平方成正比，如图5(b)所示。如果b继续增加，则轴上的电位降低为阴极电位，如果b值高，则放电切换为HMF模式。此时径向电位差等于阳极电位。放电电流达到最大。在HMF模式下，电位差主要集中在阳极附近的电子鞘(即阳极层)，如图5(a)所示。除了Penning cell之外，电子鞘还存在于圆柱形磁性和ICM上，是TAL和ALIS的固有属性。磁化电子不能越过磁场迅速到达两极。中性等离子体占据轴线区域，其电位接近阴极电位，电子密度远低于鞘安全

6、。估算电子鞘的宽度可以看到鞘宽度在电子回旋加速器的半径水平。在HMF模式下，电流随放电电压线性增加。在高气压(10-4Torr)下，放电模式显然受正空间电荷层()的影响(包括TM、HP和GD模式)。在TM模式下，正空间电荷层仍然很小，因此阳极层的电位下降仍然很大。在特定压力下，阴极鞘形成成为放电自我保留的必要条件，在HP模式下放电(磁控溅射)。由于高电位的离子鞘存在，溅射效果开始明显。利用空间限制电荷效应，护套厚度可以估计为：气压足够高时，电子的平均自由路径与设备大小相似，磁场减弱，以GD模式放电。plasma and ion sources in large area coating : a

7、 review-a Anders离子源和等离子源分类简而言之，我们可以认为离子源是具有离子提取机制的等离子源。在铅过程中，离子通过铅电极之间的鞘。鞘层的高电位加速离子。栅离子源可以精确控制引出离子的能量和容量，但不适用于低能过程(空间电荷限制)。对于大面积处理，离子引线通过多孔浇口或多缝浇口进行。光圈或狭缝宽度必须小于外壳厚度。否则，等离子体将填充在外出间隙内，并发生短路。离子束的空间电荷吸引电子(由中和器或气体的碰撞产生)时，空间电荷将得到补偿。离子束只有在完全补偿后才能保持近似平行的发射方向。如果没有补偿，离子束就会膨胀，失去初始电流密度。准中性等离子体与完全补偿离子束的区别在于矩阵方向离

8、子速度。无栅离子源的本质是减少阳极对电子的吸收力，使离子流仍然可以部分地引出，除非满足阴极的要求。获得低能量大光束离子束的一种方法是使用4级浇口，之后2级浇口用于减速。另一种方法是改变离子出去的方式。磁化等离子体中，穿过磁力线的电子的运动受到抑制，沿着磁力线的运动不受影响。因此，磁力线对应于电场的等电位线，磁力线之间的电场可用于加速。低于50eV时，等离子源和离子源的差异不重要。尤其是当等离子体源产生快速漂移的等离子体时。End-Hall源和阳极层离子源磁控概念也可以反过来使用，以提高正离子从源中流出的速度，如下图所示。在磁控中，离子加速是在磁场存在的情况下通过电场实现的。正交场作用下形成Ha

9、ll电流。郑智薰栅离子源不受空间电荷的限制(仍然存在空间电荷，可能需要灯丝等中和)。两种类型的无栅离子源分别是端-端源和阳极层离子源。End-Hall离子源是由于离子束离开磁场末端而得名的。阳极层离子源适用于光束能量大于100eV，发散角度大的情况。physcs of closed drift thrusters-v . v Zhu rin/h r kauf man阳极推进剂为了减少极靴的侵蚀，大部分离子束被限制在窄的宽度内。由于没有进行能量交换，电子温度不受限制，在电子流向两极移动的过程中，温度持续增加，阳极附近的等离子体电位可能会急剧增加。大部分离子在这个“阳极层”产生并加速。正交场中电离

10、的离子几乎全部是单电离状态。这是因为原子失去一个电子后加速电场，在与另一个电子碰撞前，该离子会迅速排出电离区。少量多电离离子之所以存在，是因为高能电子碰撞的结果。等离子体电子通过磁场的运动受到抑制，这是正交场推进剂有效运行的基础。极靴之间的磁场主要是径向的。有关磁场强度沿轴的径向分量分布和轴向电位分布，请参阅右图。磁场呈顺时针分布，在极化附近最大，正缩小到两极。等离子电位差主要分布在磁场最强的位置附近。Hall电流沿角度流动，通过与电子和其他粒子(电子、离子、原子)和表面的碰撞以及等离子体电位波动产生的轴向电子电流。由于横穿磁场的动作受到抑制，阳极层离子源在保持强电场的情况下只能传导少量的电子

11、电流。所以，电场主要用于加速离子和增加动能。Hall电流干扰时，产生二次电场。这导致与电场应用方向平行的电子漂移，从而增加电子电导率。为了确保正交场推进器的有效运行，在环形轨道内，Hall电流会受到这种干扰而渡边杏。磁场和等离子体密度必须保证很高的均匀性。考虑到电子向两极移动有多困难，大部分电子都被困在漂移区。因为它被阴极供应电子和二次电子排斥，所以可以满足这个古濑车站内的准中性条件。-嗯？-嗯？-嗯？-嗯？磁场的强度和分布漂移区的磁场强度必须符合以下条件：而且，这意味着电子完全磁化，碰撞频率比旋转角频率小得多。离子几乎不受磁场的影响。磁场对离子运动影响不大，因此离子角速度比漂移速度小得多。漂

12、移区域的轴向宽度比离子回旋半径小得多推力器的工作取决于电子角漂移，因此长度l不应小于电子回旋半径。通常是几个级别。磁场的形状可以控制离子的轨迹，其最重要的部分是两极和轴接近极化的位置之间。实验结果表明，该古濑车站内的磁场几乎在径向方向分布，有助于轴向加速离子。Hall电流密度因为准中立条件，2.热电位置放电等离子体中热电位置的定义如下电子电导很小，几乎垂直于磁力线，所以我们可以忽略沿着磁力线的电导。那么，在磁力线方向，热电位置是恒定的。具有磁线和等电位吴宣仪匹配精度的量(例如，eV表示电子温度，v表示精度)。两者之间的关系是控制离子轨迹和等离子流的有利工具。请注意，阻挡漂移路径的电子温度可能很

13、高，等电位线和磁力线的比重越来越大。在阳极附近(z=0)，磁力线弱，但电势变化很大。handbook of plasma processing technology-chapter 7栅离子源有两种基本结构，End-Hall类型，离子束在磁场末端的加速区域加速离开阳极层类型，不是End-Hall的圆，而是离子加速通道中的环。阳极离子源的磁场基本上呈辐射状，当电子经过径向磁场时，产生Hall电流。加速度场来自横向磁场的电导率下降。平行和垂直于磁力线的电导率比大约该比率为256，实际上可能更大，因此您可以认为有分析认为，如果电子在离子逃逸区加速到离子形成区中的电子，阳极附近会出现不连续电位跳跃。E

14、nd-Hall源的工作方式类似于阳极层离子源。阴极发出的电子沿着磁力线进入放电区域，以阳极为中心漂移，分离工作气体原子或分子。随着气体密度迅速下降到下游方向(正极指向负极方向)，大量电离事件在阳极附近发生。根据上述分析，上图的磁力线应该能大致表示等离子体中间电位线的分布。但是在等离子体电位的径向测量中，考虑到从对称轴到阳极位置，电位的增加只有电压的一半。主要电位差存在于轴上！当非均匀磁场的倾斜方向和磁场方向相同时，电子在此场中移动时会受到与磁场平行的力。假设等离子体密度均匀，电位差可以表示为在特定位置，等离子体电位也增加。US6086962Mahoney利用栅加速离子源作为乙炔气体直接沉积DL

15、C，可以形成高耦合度的膜层，超过10GPa的硬度和10A/s的沉积速度。沉积成功的必要条件如下：l乙炔气体电离度l离子类型C/H比高l平均离子束能量为100eV(每个沉积的c原子)但是，栅加速离子源仅限于空间电荷限制，光束密度和沉积速度很低。另外，闸门也镀了电，要经常裴珉姬管理。栅孔电流离子源制作Hall必须满足以下条件：l以较高的功率和电流运行，对阳极放电区域形成的非导电膜层不敏感l簧片梁稳定性，连续，对称l没有火灾和其他有害的瞬态时间l容易发光，周期性启动停止l使用大面积基板轻松扩展大小现有Hall电流离子源不能高速(大于10A/s)沉积大于10GPa硬度的DLC不能再以更高的功率工作了阳

16、极区域形成的隔热材料很敏感离子束特性不稳定性、不连续性、不对称火灾、短路和其他事件很难刺激，不适合周期性的启动停止过程尺寸难以扩展，可以大面积涂层hydranated DLC deposition by using an anode layer type linear ion source-j k Kim本文采用直流和不对称双极脉冲电源驱动离子源，分解C2H2。在直流模式下，阳极层始终存在。在脉冲模式下，阳极层重新建立所需的时间(3040)导致阳极层的存在中断。在DLC沉积过程中，离子能量是控制SP2和SP3结合比的主要参数。因此，阳极层的行为对控制膜层的特性非常重要。在阳极层离子源中，阳极层的形成与放电电压变化有关。本文中使用的直流和脉冲放电的电压均设置为1000V。直流放电情况。电压1kV，电流0.08A。在电流波形中可见的microarc的存在是由于不通电的DLC沉积产生的电荷积累。微弧影响膜层的质量和工艺稳定性。在脉冲模式下，microarc现象消失，下