Сеточные источники ионов НТК "Платар" обеспечивают получение широкоапертурных моноэнергетичных пучков
ионов инертных и химически активных газов. Ионный ток пучка - от 0,2 мА до 1 А, энергия ионов - от 50 эВ до
1,5 (5) кэВ.
Характеристики сеточных источников ионов определяются свойствами их составных элементов, выбор которых должен быть произведен в соответствии с особенностями конкретного технологического применения.
НТК "Платар" предлагает различные типы сеточных источников для нанотехнологий.
Принцип действия сеточных источников ионов заключается в получении
ионов в плазме газового разряда, электростатическом ускорении ионов и формировании ионного пучка с помощью ионно-оптической системы и последующей нейтрализации пространственного заряда ионного пучка электронами. Сеточные ИИ классифицируются по типу используемого в них газового разряда (или катода), а также по форме выходного сечения ионного пучка.
Источники ионов типа Кауфман с накальным катодом наиболее широко известны. Обычно
они работают на инертных газах (Ar, Kr, Н2). Ресурс накальных катодов составляет десятки часов и достаточен для большинства применений. Катоды изготавливаются из вольфрамовой проволоки. Замена катодов несложна и не требует много времени.
Источники ионов с холодным полым катодом имеют возможность функционирования на инертных и химически активных газах (N2, смеси с O2 и др.) с длительным ресурсом благодаря конструкции катодов, основанных на тлеющем разряде. Кроме того, в связи с тем, что холодный полый катод вынесен из ГРК и охлаждается, тепловыделение в ГРК минимально, что важно при низкотемпературной обработке.
Радиочастотные ионные источники,основанные на индукционном разряде 13,56 МГц, могут надежно работать при использовании еще более широкого круга химически активных газов (О2, C2H8 и т.д.). Применение этого типа разряда в ионных источниках способствует также повышению чистоты ионного пучка, которая является определяющим фактором в ряде применений.
Круговые источники ионов создают осесимметричные ионные пучки с
выходным диаметром от 2 мм до 20 см или эллиптические пучки. Используются при обработке, как правило, круглых подложек или мишеней, расположенных перпендикулярно или наклонно к оси ионного пучка.
Прямоугольные источники ионов предназначены для создания
вытянутых в одном направлении ионных пучков и имеют максимальный размер выходного сечения пучка до
80 см. Предназначены, в частности, для обработки протяженных деталей (лент, полос).
Основные элементы сеточных источников – газоразрядная камера (ГРК), в которой происходит ионизация рабочего газа, ионно-оптическая система (ИОС), обеспечивающая ускорение ионов и формирование ионного пучка, а также катод-нейтрализатор (КН), служащий источником электронов для компенсации пространственного заряда ионного пучка. Кроме того, сеточные источники, основанные на постоянном разряде, включают катод, обеспечивающий поддержание разряда в ГРК.
ГРК сеточных источников на постоянном разряде состоят из корпуса, анода и
магнитной системы. В источниках с диаметром пучка до 10 см включительно
применяются магнитные системы с расходящимся магнитным полем, свыше 10 см - многополюсные системы с
периферийным полем. Основные элементы ГРК выполняются из нержавеющей стали и других материалов,
наиболее подходящих для конкретной технологии.
ГРК сеточных радиочастотных источников – включают корпус из кварца и охлаждаемый индуктор.
Двухсеточные ИОС включают два перфорированных электрода-сетки.
Они просты по конструкции, недороги и наиболее часто используются, особенно, при создании пучков с
энергией ионов выше 200 - 300 эВ.
Трехсеточные ИОС состоят из трех перфорированных сеток.
Они обеспечивают существенно меньшую расходимость пучков с энергией ионов до 500 эВ по сравнению с
двухсеточными системами. Кроме того, использование трехсеточных ИОС позволяет снизить загрязнение пучка,
связанное с распылением ускоряющей сетки.
Дефокусирующие ИОС включают выпуклые сетки. Благодаря специальной (профилированной) форме выпуклых сеток, достигается существенное увеличение зоны однородности ионного пучка. Материал сеток - титан.
Фокусирующие ИОС содержат вогнутые сетки. Обеспечивают получение
пучков с большой плотностью ионного тока на мишени (подложке). Материал сеток - титан.
Плоские ИОС применяются более часто, т.к. они удовлетворяют
требованиям многих технологических применений источников ионов. Материал сеток - молибден.
Струнные ИОС образованы двумя рядами натянутых металлических струн. Применение такой оптики позволяет избежать проблем, связанных с тепловой нестабильностью сеток и особенно перспективно в источниках большого размера (протяженных).
Накальные катоды-нейтрализаторы используются в составе всех типов
ионных источников. Включают одну или две нити из вольфрамовой проволоки. Погруженные КН располагаются
непосредственно в зоне пучка, обеспечивая хорошую его нейтрализацию. Внешние КН размещаются рядом с
ионным пучком, благодаря чему уменьшается загрязнение пучка атомами распыленного материала КН.
Катоды-нейтрализаторы типа "плазменный мост" представляют собой небольшую
разрядную камеру, внутри которой установлена нить накала. Они практически не загрязняют ионный пучок,
одновременно обеспечивая хорошую его нейтрализацию. КН этого типа требуют отдельной системы подачи газа (аргона).
Катоды-нейтрализаторы на основе холодного полого катода аналогичны по конструкции ХПК газоразрядной камеры и обладают большим ресурсом работы. КН этого типа также требуют дополнительной системы подачи газа (аргон).
