Технологический ионный ускоритель на высокие энергии

• Автор: Гончаров, Анатолий Данилович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 90 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение
Глава 1. Укоритель «ИОН-1500»
1.1 Концепция проекта
1.2 Структурная схема ускорителя
1.3 Ускорительная трубка
1.4 Ионный канал
1.5 Приемное устройство
1.6 Ионный источник
1.7 Высоковольтный выпрямитель
1.8 Вакуумная система
Г лава 2. Масс -сепаратор
2.1 Конструкция и параметры магнита
2.2 Система питания током масс -сепаратора
Г лава 3. Высоковольтный терминал
3.1 Электронные блоки высоковольтного терминала
3.2 Конструкция и компоновка блоков терминала
3.3 Трансформатор передачи мощности
3.4 Методика и расчетные соотношения для проектирования
трансформатора передачи мощности
Глава 4. Система управления ускорителя «ИОН-1500»
Глава 5. Наладка и испытание ускорителя «ИОН-1500»
5.1 Калибровка параметров и включение установки
5.2 Измерение параметров ионного пучка
5.3 Обсуждение результатов
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ.
В последние десятилетия, в связи с развитием ионной имплантации для микроэлектронных технологий и модификации поверхностных свойств материалов, приводящей к значительному изменению их качества, получил развитие новый класс прикладных линейных ускорителей ионов на энергии от нескольких кэВ до нескольких МэВ. В микроэлектронной промышленности ионная имплантация решает проблему создания субмикронных полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. В биполярных приборах устраняются паразитные эпитаксиальные слои и улучшаются их частотные свойства [1]. Ионная имплантация открывает большие возможности для материаловедения [2, 3] -получение износостойких материалов, создание электрооптических материалов с управляемыми показателями преломления, ядерных фильтров и т.п.
Метод ионной имплантации был запатентован в 1954 году и в семидесятых годах, благодаря новой технологии, были получены первые результаты -новые материалы для производства солнечных батарей.
Большое количество технологий с применением ионной имплантации породило целый спектр технологических установок, работающих в различных диапазонах энергии и тока с различными рабочими веществами, которые классифицируются как по выходным параметрам, так по физическим и конструктивным особенностям схем, отличающихся взаимным расположением и электрическими потенциалами относительно друг друга различных функциональных частей ионного источника- масс-сепаратора, системы ускорения, приемной камеры и т. п. В мире существует в том же или реорганизованном виде ряд крупных фирм, таких как High Voltage Ing, Varian

Corp, Eaton Corp, Hitachi и другие, производящих промышленное оборудование для имплантации.
С появлением высокопрецизионного технологического оборудования относительно малых габаритов, достаточно надежного и не требующего специальной радиационной защиты цехов, начался интенсивный процесс его внедрения в производство интегральных схем. За рубежом, это прежде всего модификации установки DF-4 фирмы "VARIAN". Стоимость подобных имплантеров достигает одного и более миллиона американских долларов.
Из отечественных промышленных установок, работающих в
микроэлектронной промышленности, известны модификации "Везувий 1 ...15". Ниже приведены параметры установки средних и малых доз " Везувий-13": Диапазон энергии 10-200 кэВ
Дозы имплантации 1010-1011 мм~2
Диапазон масс 10-100 А.Е.М.
Система обработки: индивидуальная, электростатическое сканирование.
До недавнего времени основные работы по ионной имплантации были сконцентрированы в области энергий ионов до нескольких сот кэВ. Однако с развитием новых технологий, появилась необходимость в разработке установок высокоэнергетической ионной имплантации. В конце семидесятых годов за рубежом было создано несколько установок на энергию ионов от 400кэВ до 4000кэВ. Из более поздних разработок [4] известен имплантер фирмы High Voltage Engineering, Europe В. V. на энергию 2МэВ и ионы всех масс с током до 400мкА. ( Стабильность напряжения основного выпрямителя ±2кВ, максимальный градиент поля в ускорительной трубке 17кВ/см ).
В СССР была создана промышленная установка "ВЕЗУВИЙ-15" с ускоряющей системой на 500кэВ, с использованием многозарядных ионов.

сепаратор. Для предотвращения попадания паров масла и воды из форвакуумного насоса в откачиваемый объем, служит азотная ловушка. Причиной выбора ТМН в качестве насоса высокого вакуума является его универсальность по отношению к возможному спектру откачиваемых газов. Другим важным достоинством является отсутствие в насосе каких либо специальных улавливающих жидкостей.
Недостатком ТМН является его высокая стоимость, возможность попадания паров масла, используемого для смазки осевых подшипников, и критичность к механическим нагрузкам в случае резкого ухудшения вакуума в магистрали, так как частота вращения ротора насоса достигает 18 тысяч оборотов в минуту. Для исключения подобной ситуации предусмотрен надежный контроль и быстрая отсечка полости насоса в случае нарушения вакуума. Электромеханический клапан шиберного типа, пневматический клапан и ручные вентили обеспечивают правильный запуск в работу вакуумной системы, а шиберный и пневматический клапаны кроме этого еще и оперативную отсечку полости турбомолекулярного насоса от магистрали. Вакуумная магистраль имеет обходной канал форвакуумной откачки (байпас), который позволяет, при отсеченном, но работающем турбомолекулярном насосе, поддерживать в ускорительной системе форвакуум. Вакуумная система оборудована тремя измерителями низкого вакуума на основе тепловых преобразователей ПМТ-6-3 и измерителем высокого вакуума ВМБ-8 на основе магнитного ионизационного преобразователя давления ПММ-32-1. Система автоматизирована - состояние вакуума, манипуляции с запорной арматурой вакуумной магистрали, включения-выключения насосов контролируются с помощью компьютера. Все коммутации по командам выполняет тиристорный коммутатор.