Исследование ионного диода с Br - магнитным полем

• Автор: Степанов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Введение

Глава 1. Диодные системы для формирования импульсных мощных ионных пучков

1.1 Отражательные диоды

1.2 Пинч - диодные системы

1.3 Магнитно-изолированные ионные диоды

1.3.1 Ионные диоды с Вг - магнитным полем и пассивным анодом

1.3.2 Ионные диоды сВг- магнитным полем и активным анодом

1.3.3 Ионный диод полоскового типа с двухимпульсным

режимом работы

1.3.4 Требования к магнитному полю ионного диода с

Вг - магнитным полем

Выводы
Постановка задачи
Г лава 2 Аппаратура и методика проведения исследований
2.1 Сильноточный импульсный ионный ускоритель «ТЕМП»
2.2 Источник питания катушек магнитного поля
2.3 Диагностическое обеспечение ускорителя
2.3.1 Метод измерения магнитного поля в
ускоряющем зазоре
2.3.2 Метод измерения импульсного давления
Г лава 3. Исследование ионного диода с Вг - магнитным полем
3.1 Конструкция ионного диода с Вг- магнитным полем
и пассивным анодом
3.2 Влияние магнитного поля на параметры ионного диода с
Вг — магнитным полем
3.3 Режимы работы ионного диода с Вг- магнитным полем
3.4 Исследование ионного диода с Вг- магнитным полем
в двухимпульсном режиме
3.5 Сравнительный анализ параметров ионного диода с
Вг - магнитным полем
Выводы
Глава 4. Короткоимпульсный имплантер
4.1 Исследование ресурса эмиссионного покрытия анода
4.2 Ограничение частоты следования импульсов при
Газоотделении
4.3 Короткоимпульсная имплантация ионов углерода
в кремниевую мишень
Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Взаимодействие мощных ионных пучков заряженных частиц с твёрдым телом активно исследуется на протяжении более трех десятилетий. Активно развиваются методы короткоимпульсной имплантации ионов. Особенность данного метода состоит в том, что наряду с имплантацией определенных ионов происходит и отжиг дефектов, образование которых сопровождает ионную имплантацию. Это происходит за счет нагрева поверхностного слоя током переносимым импульсным ионным пучком и быстрого охлаждения [1]. Наряду с имплантацией в полупроводниковые материалы [2] этот подход может использоваться и для короткоимпульсной имплантации в металлические материалы, также с отжигом дефектов [3]. Данный режим был использован для синтеза наноразмерных частиц на основе углерода: наноалмазов и карбида кремния [4]. Это направление по модифицированию - изменению свойств материалов МИП представляется важным для практического применения источников мощных ионных пучков (МИП).
Использование метода короткоимпульсной имплантации для реализации прикладных исследований предъявляет определенные требования к параметрам мощных ионных пучков:
- Величина потока энергии переносимой МИП должна лежать в диапазоне 106-н 107 Вт/см2;
- Частота повторения импульсов МИП 1 ч-10 имп/с;
- Максимальный разброс энергии и плотности тока МИП должен быть в пределах 1СН-15%;
- Ресурс работы диодной системы не менее 104 последовательных импульсов тока.
Наиболее эффективными источниками МИП, применяемыми в методах короткоимпульсной имплантации, являются ионные диоды с Вг - магнитным

полем. В связи с этим, представляет научный и практический интерес исследование параметров ионного диода с Вг - магнитным полем с точки зрения определения факторов влияющих на увеличение стабильности параметров МИП и повышения ресурса работы диодной системы и частоты следования импульсов МИП.
Цель работы и задачи исследования.
Исследование параметров ионного диода с Вг - магнитным полем направленное на установление основных факторов, приводящих к увеличению частоты следования импульсов тока МИП, повышению эффективности работы ионного диода и повышению стабильности параметров МИП и ресурса работы анодного покрытия.
Для достижения поставленной цели было необходимо решение следующих задач:
1. Экспериментальное исследование влияния конфигурации изолирующего магнитного поля в ускоряющем зазоре ионного диода с В, - магнитным полем на параметры тока МИП.
2. Экспериментальное установление факторов, ограничивающих частоту следования импульсов тока МИП в диоде с Вг - магнитным полем и пассивным анодом, определение предельной частоты следования импульсов для диапазона рабочих давлений.
3. Исследование параметров ионного диода с Вг - магнитным полем и предварительной наработкой плазмы на анодной поверхности за счет дополнительного отрицательного импульса напряжения, предшествующего основному в диоде с диэлектрическим покрытием.
4. Апробация разработанной диодной системы при короткоимпульсной имплантации ионов углерода в кремниевую мишень. Исследование возможности синтеза наноразмерных частиц на основе углерода.

В течении длительности импульса ускоряющего напряжения происходит увеличение ионного тока, которое сопровождается быстрым снижением импеданса диода. В ранних моделях диодов [52] падение импеданса тока связывалось с тем, что электродная плазма расширялась и тем самым сокращала величину А-К зазора, и таким образом ионный ток увеличивался. Однако экспериментально наблюдаемая скорость расширения плазмы была слишком мала, чтобы объяснить быстрое снижение импеданса, наблюдаемое в некоторых мощных ускорителях.
Альтернативное объяснение состоит в том, что электроны непрерывно попадают на анод из катодной области. Ионный ток также нарастает сохраняя общий заряд в диоде близким к нейтральному. Модель ионного диода [53], которая основана на данном предположении хорошо совпадает с экспериментальными результатами [47], особенно в начальной области импульса тока.
В работе [54] исследовалась зависимость распределения радиального профиля плотности ионного тока ^ от отношения напряженности магнитного поля на внутреннем катоде к напряженности магнитного поля на внешнем катоде В|/В2 (рис. 13). Величина В]/В2 определялась соотношением токов в катушках магнитного поля при заданном отношении величин А-К зазоров диода с^ЛК, где б, - зазор между анодом и кромкой внутреннего катода, 6? -зазор между анодом и кромкой внешнего катода (рис. 4). Согласно данной зависимости, радиальное распределение плотность ионного тока ЬСго) имеет максимальное значение 1300 А/см2 при отношении В|/В2 =1,6. В диапазоне изменения В1/В2 = 1,3-Н,6 зависимость плотности ионного тока б, является пологой, в этом случае эмиттером является кромка внешнего катода. При увеличении отношения В)/В2>1,6 эмиссия электронов, в основном, идет с кромки внутреннего катода. При изменении отношения 61/62 меняется и оптимальное отношение В[/В2 , при котором плотность ионного тока К максимальна.