Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.19. Конструкция электронного источника [55]
55
Рис. 3.20. Вольт-амперные характеристики Рис. 3.21. Распределение плот-ПИЭЛ [55] при различных значениях /р ности тока в пучке [553
электродом 8 — перфорированным стальным диском с отверстиями диаметром 3 мм и прозрачностью 45%. На расстоянии 5—6 мм от эмиссионного электрода расположен ускоряющий электрод 9 — перфорированный диск с отверстиями диаметром 3,2 мм. Для уменьшения влияния ускоряющего поля на параметры плазмы в приосевой области эмиссионного электрода закреплена стальная сетка 7 диаметром 80 мм с ячейками 2x2 мм и прозрачностью около 70%.
Для повышения равномерности эмиссии плазменного катода на оси формирователя установлен электрод 4 в виде перфорированного диска диаметром 14 мм, прозрачность которого возрастает к периферии. Чтобы уменьшить потери заряженных частиц в формирователе, перераспределяющий электрод изолирован от него и имеет плавающий потенциал.
Рабочий газ (гелий) подается в полый катод. Расход газа < 350 см3/ч. ПИЭЛ может работать также на аргоне, воздухе и других газах. Для электрического питания разрядной камеры и формирователя используют либо отдельные источники, либо один источник. В последнем случае формирователь подключают к аноду 5 разрядной камеры.
В зависимости от потенциала формирователя и давления газа в нем существуют три режима работы ПИЭЛ. При давлении менее 10”2 Па и потенциале формирователя, не превышающем потенциал плазмы в отверстии катода-отражателя (около 300 В относительно катодов по результатам зондовых измерений), плазма из отражательного разряда проникает в формирователь и расширяется. Плотность плазмы в формирователе зависит от размеров канала, через который она проникает. Диаметр канала определяется как d = d3 — 2dKn, где d3 — диаметр отверстия в катоде 3, dKn — протяженность катодного падения потенциала в отражательном разряде у края отверстия. При подаче высокого напряжения между формирователем и ускоряющим электродом ПИЭЛ генерирует пучок электронов, эмиттированных плазмой через потенциальный барьер у эмиссионного электрода 8 и отверстий в этом электроде. Этот режим работы ПИЭЛ характеризуется низкой эффективностью отбора электронов (а < 0,2).
При более высоком потенциале формирователя из плазмы отражательного разряда извлекается поток электронов. Взаимодействие ускоренных электронов с газом приводит к синтезу в формирователе плазмы, потенциал которой, как и рассмотренной выше плазмы анодной части дугового контрагированного разряда, больше потенциала стенок формирователя. Ток эмиссии плазменного катода в этом режиме обеспечивается расширенным в формирователе электронным потоком из отражательного разряда и пучковой плазмой формирователя. При этом эффектив-56
ность отбора электронов составляет а ъ 0,4. В отличие от ПИЭЛ с дуговым контрагированным разрядом, в котором энергия электронов, входящих в анодную полость, определяется напряжением на двойном электрическом слое и практически не управляется, в рассматриваемом ПИЭЛ изменением напряжения между катодом 3 и формирователем можно в широких пределах управлять током ПБС и распределением плотности тока по сечению. Влияние этого напряжения на распределение плотности тока обусловлено изменением конфигурации плазменной поверхности, определяющей расходимость низкоэнергетичного (порядка 100 эВ) электронного потока в формирователе. На рис. 3.20 и 3.21 приведены характеристики ПИЭЛ и распределение плотности тока по сечению ПБС для этого режима. Неравномерность распределения плотности тока на площади диаметром 100 мм составляет ± 6%, КПД при этом достигает 87%,
При давлении р > 5-10 Па реализуется третий режим работы ПИЭЛ. В этом случае между катодами и формирователем зажигается разряд, и эффективность отбора электронов возрастает до а = 0,8, а КПД до 91%.
Коэффициент токопрохождения многоапертурной электронно-оптической системы 0,94. Возможна работа ПИЭЛ без ускоряющего электрода 9 (см. рис. 3.19), в этом варианте в качестве эмиссионного электрода 8 использовали стальную сетку с ячейками2 х 2 мм и прозрачностью около 70%, а ускоряющее напряжение прикладывали между сеткой и мишенью. КПД ПИЭЛ, выполненной по такой схеме, увеличивался во втором режиме до 94%.
Параметры р и Q (см. разд. 1.3) рассматриваемого ПИЭЛ (р < 0,5, Q < 10~4) много меньше, чем у источников с выпуском ПБС в атмосферу. Это приводит к значительному влиянию тепловых скоростей на расширение пучка ПИЭЛ (т?> 10%, X0t95 > 10%).
Управление током ПБС осуществляли плавно и безынерционно в диапазоне 0—0,5 А изменением тока разряда^путем регулировки потенциалов анода разрядной камеры и формирователя. Перекрывая определенные участки эмиссионного электрода, можно сформировать электронные пучки различных конфигураций.
Отличительной особенностью ПИЭЛ непрерывного действия является широкий диапазон рабочих давлений (10“2 — 1 Па), недостижимый для электронных источников других типов. Рассмотренные источники ПБС использовали для отжига полупроводниковых структур, пайки, спекания порошков и термической обработки изделий.
