Физика и технология источников ионов, Браун Я., 1998

Физика и технология источников ионов, Браун Я., 1998.
В коллективной монографии авторов из США, ФРГ, Великобритании, Бельгии, Японии и России рассмотрены вопросы физики плазмы применительно к ионным источникам, проблемы вытягивания, фокусировки и транспортировки ионов, методы компьютерного моделирования, сильноточные газовые источники, источники-инжекторы для ускорителей частиц, источники для электромагнитных разделителей изотопов и промышленных имплантеров, источники на основе электронного циклотронного резонанса, микроволновые ионные источники, источники с ионизацией протяженным электронным пучком для получения многозарядных ионов, лазерные источники ионов, источники ионов на принципе дугового разряда в парах металлов, источники отрицательных ионов, импульсные источники легких ионов для термоядерных устройств с магнитным удержанием плазмы. Для специалистов в области физики и технологии ионных источников, радиационного материаловедения, микроэлектроники, физической электроники, физики плазмы, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
Авторы: Я. Браун, Р. Келлер, А. Холмс, П. Шпедтке, Б. Гавин, Д. Эйткен, С. Линейс, И. Жонжен, Н. Сакудо, Е. Донец, Дж. Исикава, Р. Хьюз, Р. Андерсон, Л. Суонсон, А. Белл, К. Ленг, Р. Гербер, С. Хамфриз, мл., К. Буркхарт, Л. Лен.

Физика плазмы ионных источников
Характеристики ионного пучка определяются параметрами плазмы и извлекающего электрода (экстрактора). Так, например, ток ионного пучка зависит от плотности плазмы, ее электронной температуры, потенциала экстрактора и его геометрии. Эмиттанс пучка определяется ионной температурой плазмы и геометрией экстрактора, а состав пучка — составом плазмы. Таким образом, физика ионного источника во многих отношениях является физикой плазмы. Написано довольно много книг, в которых дано превосходное освещение основ физики плазмы и ионизационных явлений (см., например, книги [1—9]). В этой главе дается обзор принципиальных вопросов физики плазмы, необходимых для понимания как конструирования ионных источников, так и их работы.
Оглавление
Предисловие редактора перевода
Авторы
Предисловие
Глава 1 Введение Я. Браун
Глава 2Физика плазмы ионных источников Я. Браун
2.1. Плотность, температура и функции распределения
2.1.1. Процент ионизации
2.1.2. Функции распределения
2.2. Оболочки и электрические поля
2.2.1. Дебаевская длина
2 2.2. Электронейтральность
2.3. Столкновения частиц в плазме
2.4. Плазменная частота
2.5. Влияние магнитного поля
2.5.1. Циклотронный радиус
2.5.2. Циклотронная частота
2.6. Давление плазмы
2.7. Поток частиц
2.8. Ионизация
2.9. Многократная ионизация
Глава 3 Извлечение ионов Р. Келлер
3.1. Физика извлечения ионов
3.2. Анализ извлечения ионов в первом приближении
3.3. Параметры качества пучка
3.4. Углубленный анализ извлечения ионов
3.5. Законы масштабирования напряжения для тока и яркости пучка
3.6. Специальные извлекающие системы
Глава 4 Транспортировка пучка А. Холмс
4.1. Оптика пучка в отсутствие коллективных эффектов
4.1.1. Теорема Буша и уравнение параксиального луча
4.1.2. Решения уравнения параксиального луча и матричный метод
4.1.3. Фокусировка ионных пучков
4.1.4. Каналы транспортировки пучка
4.2. Транспортировка ламинарных пучков в собственных полях
4.2.1. Движение ионного пучка при отсутствии внешних полей
4.2.2. Собственные поля и уравнение параксиального луча
4.3. Нейтрализация объемного заряда ионных пучков
4.3.1. Нейтрализация заряда в пучке положительных ионов
4.3.2. Простая модель плазмы пучка положительных ионов
4.3.3. Нейтрализация пучков отрицательных ионов
4.3.4. Влияние магнитных полей
4.4. Неламинарные пучки
4.4.1. Теорема Лиувилля
4.4.2. Эмиттанс и яркость
4.4.3. Измерение Эмиттанса пучка
4.4.4. Эмиттанс и распространение пучка
4.4.5. Распределение Капчинского - Владимирского
4.4.6. Рост эмиттанса и нелинейная оптика
4.5. Огибающая дрейфующего пучка
4.5.1. Решение уравнения Капчинского—Владимирского
Глава 5 Численное моделирование П. Шпедтке
5.1. История
5.2. Элементы программ трассирования хода луча
5.2.1. Уравнение Пуассона
5.2.2. Моделирование катода
5.2.3. Моделирование плазмы
5.2.4. Трассирование хода луча
5.3. Представление результатов
5.4. Двумерный пример
5.4.1. Извлечение пучка ионов
5.4.2. Дрейфовое пространство
5.4.3. Ускорение
5.5. Трехмерный случай
Приложение
Дискретизация
Глава 6 Некоторые простые ионные источники Я. Браун
6.1. Источники, изготовленные из манометров Байярда-Альперта
6.2. Другие источники с электронной бомбардировкой
6.3. Источники ионов металла
6.4. Микроволновые ионные источники
6.5. Другие источники
Глава 7 Сильноточные газовые ионные источники Р. Келлер
7.1. Источники с одноступенчатым разрядом
7.2. Источники с двухступенчатым разрядом
7.3. Многозарядные ионы
7.4. Ионы элементов с низким давлением пара
7.5. Заключение
Глава 8 Ионные PIG-нсточннки Б. Гавин
8.1. Основные представления
8.2. Характеристики источников с холодным катодом
8.3. Характеристики источников с горячим катодом
8.4. Механизм PIG-разряда
8.5. Получение многозарядных ионов
8.6. Рабочие параметры
8.7. Получение ионов металлов
8.8. Характеристики ионного пучка
8.9. Заключение
Глава 9 Фримановские ионные источники Д. Эйткен
9.1. Первый фримановский источник
9.2. Фримановские источники в лабораторных разделителях изотопов и первых имплантерах
9.2.1. Первоначальная конструкция харуэллского разделители изотопов
9.2.2. Варианты источников
9..2.3. Харуэллский разделитель изотопов как имплантер
9.2.4. Фримановский источник в коммерческих ионных имплантерах
9.3. Характеристики источника
9.3.1. Управление током дуги
9.3.2. Неоднородность дугового разряда по длине нити
9.4. Варианты фримановского источника
9.4.1. Магнитная бутылка
9.4.2. Электростатические электронные отражатели
9.4.3. Нить на переменном токе
9.4.4. Источник с контролируемым магнитным полем
9.4.5. Другие варианты
9.5. Вытягивание ионного пучка
9.6. Управление дугой
9.7. Рабочие материалы
9.9. Заключение
Глава 10 Ионные источники на электронном циклотронном резонансе
И. Жонжен, К. Линейс
10.1. Краткая история развития ЭЦР-источников
10.2. Основные принципы ЭЦР-источников
10.2.1. Ионизация электронным ударом
10.2.2. Магнитное удержание
10.2.3. ЭЦР-нагрев
10.2.4. Потери при перезарядке
10.2.5. Удержание ионов
10.2.6. Ступень инжектора плазмы
10.2.7. Кругооборот газа в ЭЦР-источниках
10.3. Семейство ЭЦР-источпиков
10.4. Пример типичного ЭЦР-нсточника: LBbECR
10.4.1. Конструкция
10.4.2. Производительность
10.4.3. Пучки ЭЦР-нсточников. полученные из твердых материалов
Глава 11 СВЧ ионные источники Н. Сакудо
11.1, Генерирование плазмы посредством СВЧ разряда в магнитном поле
11.2. Некоторые практические аспекты
11.3, Многообразие способов вывода пучка
11.3.1. Пучок большого поперечного сечения, выводимый через многоанертурную линзу
11.3.2. Ионный пучок со щелевой конфигурацией дня ионных имплантеров
11.3.3. Дальнейшее совершенствование ионных пучков, формируемых щелью
11.4. Разнообразие получаемых ионов
11.5. Заключение
Глава 12 Ионные источники с электронным пучком Е. Донец
12.1. Физические основы и принцип действия ИИЭП [31]
12.1.1. Физические основы
12.1.2. Сущность метола получения многозарядных ионов с применением электронного пучка
12.2. Типы конструкций ИИЭП
12.2.1. Конструкция источника ионов КРИОН-2
12.2.2. Конструкция источника ионов CRYEBIS [14]
12.3. Экспериментальная разработка ИИЭП
12.3.1. Емкость ионной ловушки
12.3.2. Удержание ионов в пучке
12.3.3. Получение многозарядных ионов
12.3.4. Другие экспериментальные результаты
12.4. Краткий обзор проектов и устройств
12.5. Некоторые специальные применения
12.5.1. Ионизация положительных ионов электронным ударом [3, 41]
12.5.2. Зависимость ядерных свойств от зарядового состояния иона
12.5.3. Спектроскопия медленных многозарядных ионов на поверхности твердых тел
12.6. Проблемы и перспективы развития ИИЭП
Глава 13 Пучково-плазменные ионные источники Дж. Исикава
13.1. Характеристики ионного источника
13.2. Конструкция источника
13.2.1. Извлечение ионов и область электронной пушки
13.2.2. Дрейфовое пространство
13.2.3. Область коллектора электронного пучка
13.3. Пучково-плазменный разряд [12]
13.3.1. Пучково-плазменный разряд, обусловленный гидродинамической неустойчивостью
13.3.2. Квазилинейная релаксация
13.4. Извлечение ионов с компенсацией объемного заряда [8]
13.4.1. Ослабление ограничения объемным зарядом тока извлекаемых ионов
13.4.2. Ток извлекаемых ионов
13.5. Заключение