Ионный пучок

Ионный пучок представляет собой тип пучка заряженных частиц, состоящий из ионов . Ионные пучки находят широкое применение в производстве электроники (в основном в области ионной имплантации ) и других отраслях промышленности. Существует множество источников ионного пучка , некоторые из которых основаны на двигателях на парах ртути , разработанных НАСА в 1960-х годах. Наиболее распространены ионные пучки однозарядных ионов.

Плотность ионного тока обычно измеряется в мА/см^2, а энергия ионов — в эВ. Использование эВ удобно для преобразования между напряжением и энергией, особенно при работе с однозарядными ионными пучками, а также для преобразования между энергией и температурой (1 эВ = 11600 К). ^[1]

В большинстве коммерческих приложений используются два популярных типа источников ионов, с сеткой и без сетки, которые различаются по характеристикам тока и мощности, а также по возможности управления траекториями ионов. ^[1] В обоих случаях для генерации ионного пучка необходимы электроны. Наиболее распространенными эмиттерами электронов являются горячая нить накаливания и полый катод.

В источнике ионов с сеткой для генерации ионов используется разряд постоянного тока или ВЧ , которые затем ускоряются и уничтожаются с помощью сеток и апертур. Здесь ток разряда постоянного тока или мощность разряда ВЧ используются для управления током луча.

Плотность ионного тока , который можно ускорить с помощью источника ионов с сеткой, ограничена эффектом пространственного заряда , который описывается законом Чайлда :${\ Displaystyle j}$

${\ displaystyle j \ приблизительно {\ frac {4 \ epsilon _ {0}} {9}} {\ sqrt {\ frac {2e} {m}}} {\ frac {(\ Delta V) ^ {\ frac { 3}{2}}}{д^{2}}}}$,

НАСА испытывает небольшую ракету с ионным пучком.

Carl Zeiss Crossbeam 550 - сочетает в себе сканирующий электронный микроскоп с полевой эмиссией (FE-SEM) и сфокусированный ионный пучок (FIB).

Нанофлюидные каналы, изготовленные с помощью Zeiss Crossbeam 550 L, на кремниевом эталонном штампе