電子回旋共振(ECR)離子源的工作原理

真空鍍膜 盧景景 合肥工業大學機械與汽車工程學院

      ECR離子源如圖4所示,微波能量通過微波輸入窗(由陶瓷或石英制成)經波導或天線耦合進入放電室,在窗上表面的永磁系統產生的高強磁場作用下,放電室內的氣體分子的外層電子做回旋運動,回旋角頻率為:

ωe= eB/m(3)

       當ωe和外施微波角頻率相等時,為共振狀態,運動電子能從微波中不斷地、有效地接受能量提高電子溫度,使氣體電離。在低氣壓時,電子在與氣體分子或原子相鄰兩次碰撞之間回旋次數可能更多,而每回旋一次的能量就增加,因此也可以獲得較高密度的等離子體。電子從微波中的能量來自與外磁場方向成右手極化的波中獲得。外磁場還有助于電子和離子的約束,以及離子的引出。微波輸入窗是ECR的關鍵部件,它不僅用于真空密封,防止反向電子的轟擊,而且在微波輸入與等離子體之間起著極為重要的阻抗匹配作用。

ECR離子源 

圖4 ECR 離子源原理

      表1對以上討論的離子源進行了比較。可以看出, 燈絲壽命短、穩定性差、污染及其與反應氣體兼容性差是Kaufman離子源的缺點,RF和ECR離子源解決了這些問題,雖然在反應氣體工作時也會在放電室內部和柵網上產生碳氟沉積,但可以在工作間隙通入氧氣或者一氧化碳等“清洗氣體”(cleaning gas)加以去除。

表1 常用離子源的比較