Д.С. Манегин1, В.Д. Соколов2, О.П. Плотникова3, Е.В. Воробьев4, С.Г. Ивахненко5

1–5 НОЦ «Ионно-плазменные-технологии», МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

1 manegin@bmstu.ru; 2 sokolovvd@bmstu.ru; 3 plotnikova@bmstu.ru; 4 evv@bmstu.ru; 5 ivakhnenko@bmstu.ru

Постановка проблемы. Бессеточные ионные источники (БИИ) как один из широко распространенных инструментов ионно-плазменной технологии используется, в частности, в процессах травления и ассистирования. Наиболее активно применяются конструктивные схемы БИИ с плавающим и анодным потенциалом[М1]  задней стенки разрядной камеры. Энергетические характеристики ионных пучков схемы с плавающим потенциалом задней стенки разрядной камеры подробно изучены, в то время как для схемы с анодным потенциалом задней стенки данные аналогичных исследований отсутствуют, что существенно осложняет разработку технологических процессов.

Цель. Получить энергетические характеристики ионных пучков БИИ, выполненных по двум различным конструктивным схемам.

Результаты. Исследованы ионные пучки БИИ методом тормозных характеристик с помощью электростатического энерго-анализатора. Испытания проведены на аргоне при различных значениях тока и напряжения разряда для двух БИИ, выполненных по схеме с плавающим и анодным потенциалом[М2]  задней стенки разрядной камеры при одинаковых геометрических размерах разрядных камер и величинах индукции магнитного поля. На основе тормозных характеристик ионных пучков получены соответствующие функции распределения ионов по энергиям. Установлено, что для БИИ с анодным потенциалом задней стенки разрядной камеры характерен участок практически сплошного спектра ионов по энергиям, а на энергетическом спектре пучка классической конструкции присутствует ярко выраженный пик. Выявлено, что средняя энергия ионов в пучке источников с анодным потенциалом задней стенки разрядной камеры меньше, чем у БИИ с плавающим потенциалом, что подтверждается ме́ньшими значениями скорости травления, полученными во время контрольного распыления образцов из нержавеющей стали.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при разработке технологических процессов с применением БИИ, созданных по разным конструктивным схемам.

Манегин Д.С., Соколов В.Д., Плотникова О.П., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г. Энергетические характеристики пучков бессеточных ионных источников // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 11. С. 172−180. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202411-20

1. Pawlewicz W.T. et al. Low-energy high-flux reactive ion assisted deposition of oxide optical coatings: performance, durability, stability and scalability // Proceedings of SPIE. V. 2262. Optical Thin Films IV: New Developments. San Diego. CA. 1994. P. 2-13. DOI: 10.1117/12.185776.
2. Kahn J.R., Kaufman H.R. Low-Energy Ion-Beam Etching // SVC. 49th Annual Technical Conference Proceedings. Washington, DC. 2006. 4 p.
3. Tokarev A.S., Lapshina O.A., Kozyrev A.A. Influence of ion cleaning of front facet of 9xx nm InGaAs/AlGaAs/GaAs diode lasers on their maximal output power // Semiconductors. 2023. V. 57. № 1. P. 54–57. DOI: 10.21883/SC.2023.01.55621.3952.
4. Kaufman H.R., Robinson R.S. End-Hall Ion Source // United States Patent No. 4,862,032. Appl. № 920,798. Filed 20.10.1986. Published 29.08.1989.
5. Sainty W.G. Ion Source // United States Patent No. US 6,645,301 B2, Saintech Pty Limited. New South Wales. Australia. Appl. № 09/925,187, filed 09.08.2001. Published 11.11.2003.
6. Gridless Ion & Plasma Sources. Fort Collins, Kaufman & Robinson Inc. 2007. 4 p.
7. Niederwald H., Mahoney L. Next Generation End Hall Ion Source in the Optical Thin Film Production Process // Proceedings of SPIE. V. 7101. Advances in Optical Thin Films III. 2008. 10 p. DOI: 10.1117/12.797596.
8. Ion Source AIDA-V. Operation Manual. Minsk, Republic of Belarus Republican Production Subsidiary Unitary Company “VTLSZOS”. 2008. 19 p.
9. XIAD, ST-55, ST-3000 Saintech Ion Beam Systems. Operation Manual. Battle Ground. Telemark. 2013. 37 p.
10. Kahn J.R., Kaufman H.R., Nethery R.E. Low-Energy End-Hall Ion Source Characterization at Millitorr Pressures // SVC. 48th Annual Technical Conference Proceedings. Denver. Colorado. 2005. P. 445-451.
11. Oudini N. Modélisation d’une source d’ions à effet Hall pour des applications de traitement de surface: thèse… doctorat. Toulouse. 2011. 152 p.
12. Willey R.R., Fortenberry K., Green C. Comparison of the Behavior of Three Different Ion/Plasma Sources for Optical Coating Processes Using a Direct Current Power Supply // SVC. 64th Annual Technical Conference Proceedings. 2021. 4 p. DOI: 10.14332/svc21.proc.0041.
13. Манегин Д.С., Соколов В.Д., Шилов С.О., Воробьев Е.В., Серушкин С.В., Ивахненко С.Г. Исследование параметров работы бессеточных ионных источников // Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. № 12. 12 с. DOI: 10.18698/2308-6033-2023-12-2322.
14. Манегин Д.С., Соколов В.Д., Шилов С.О., Воробьев Е.В., Плотникова О.П., Ивахненко С.Г. Исследование ионных пучков бессеточных ионных источников с плавающим и с анодным потенциалом задней стенки разрядной камеры // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 4. С. 158-167. DOI: 10.18127/j00338486-202404-16.
15. Манегин и др. Результаты испытаний бессеточных ионных источников модифицированной конструкции // Материалы Двад-цать восьмой Всеросс. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-28). Новосибирск. 2024. С. 111-112.
16. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат. 1969. 291 с.
17. Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А., Швачко А.А. Влияние пространственного заряда в газоразрядной плазме на устойчивость баланса частиц и токовую составляющую напряжённости электрического поля. // Радиотехника. 2020. Т. 84. №7(14). С. 50-58. DOI: 10.18127/j00338486-202007(14)-07.
18. Ion-Beam Neutralization. Technical Note KRI-02. Fort Collins, Kaufman & Robinson Inc. 2003. 2 p.