电子回旋共振(ECR)离子源的工作原理

      ECR离子源如图4所示,微波能量通过微波输入窗(由陶瓷或石英制成)经波导或天线耦合进入放电室,在窗上表面的永磁系统产生的高强磁场作用下,放电室内的气体分子的外层电子做回旋运动,回旋角频率为:

ωe= eB/m(3)

       当ωe和外施微波角频率相等时,为共振状态,运动电子能从微波中不断地、有效地接受能量提高电子温度,使气体电离。在低气压时,电子在与气体分子或原子相邻两次碰撞之间回旋次数可能更多,而每回旋一次的能量就增加,因此也可以获得较高密度的等离子体。电子从微波中的能量来自与外磁场方向成右手极化的波中获得。外磁场还有助于电子和离子的约束,以及离子的引出。微波输入窗是ECR的关键部件,它不仅用于真空密封,防止反向电子的轰击,而且在微波输入与等离子体之间起着极为重要的阻抗匹配作用。

图4 ECR 离子源原理

      表1对以上讨论的离子源进行了比较。可以看出, 灯丝寿命短、稳定性差、污染及其与反应气体兼容性差是Kaufman离子源的缺点,RF和ECR离子源解决了这些问题,虽然在反应气体工作时也会在放电室内部和栅网上产生碳氟沉积,但可以在工作间隙通入氧气或者一氧化碳等“清洗气体”(cleaning gas)加以去除。

表1 常用离子源的比较