[发明专利]用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生成、加速和传播电子束和等离子体束的设备和方法，尤其是应用于其它处理材料的方法，例如，用于沉积膜或形成各种材料的纳米团簇的方法。

背景技术

更精确地，本发明涉及电子和等离子体的脉冲束的生成、加速和传播，当它们指向由固体或液体物质形成的靶时，能够获得少量物质的爆发性排出，称为烧蚀的现象。相信在不被任何机制限制的情况下该现象关联到由束携带的能量释放到靶的表面以下而不是其表面，以产生位于表面下的部分材料的爆发。

背景技术中已知通过热离子发射或借助于放电在真空中形成电子电流从而在相应的电压场中加速这些电流。然而，如此获得的电流密度对于某些应用是不足的。在背景技术中，通过在包含低压气体的室中的薄板来沉积真空中生成的电子。尽管以此方式可在该低压区域中获得具有高电流密度的电子电流，但所需的仪器的量非常高且效果不令人满意。

美国第4,335,465号公开了一种通过施加电压来生成和加速电子和离子的方法，其中设置了电极，电极在电压的影响下提供电子，并且其中低压气体提供电子和离子。电极互相间隔并向外屏蔽。至少有一条由设置在每一个电极中并沿公共轴线排列的开口形成的气体放电通道。将可在低压下电离的气体设置在电极之间，并将电极连接在使得基本生成称为“伪火花”的气体放电的电压下。低压气体中可获得的电流密度充分高于真空中的电子或离子的电流密度。

德国专利第3834402号公开了一种方法，其中在电绝缘石英管的阳极输出处接收磁性自聚焦电子束或伪火花放电，并在其中携带一定距离。微小曲率的管对束传输不具有显著的影响因此有助于寻找束在靶上撞击的最合适的角度。在一定程度上，管保护伪火花室免受烧蚀蒸汽并由于泵的小的横截面积而允许差动抽吸。通过伪火花室的电子束的生成在技术上是复杂的，因为在束的能量和束的发散度方面它还是受限制的。

美国专利第5,576,593号公开了用于生成带电粒子束的粒子束加速器。以该加速器，从储存器中提取具有预置电荷和质量的粒子并将其提供给在两个不同电位之间形成的加速室，以便提供在进一步处理中使用的束。

具体地，美国专利第5,576,593号公开了用于加速带电粒子的设备。所述的加速器包括高粒子密度的脉冲等离子体储存器；从所述储存器延伸出并具有内直径d的介电管形室；布置在管形室周围的至少两个相互间隔的电极，一个电极沿储存器的内壁布置；用于排空介电管形室以便仅保留具有压力p的残留气体电荷的装置，该压力p足够小使得气体压力p与介电管的内直径d的乘积(p×d)足够低以避免残留气体电荷中的寄生放电；用于将电压施加到电极以在介电管形室中从储存器提取带电粒子并在其内部加速粒子以在介电管形室中形成带电粒子束的装置，使得介电管形室中的残留气体电荷沿其内壁电离并极化，在壁上提供排斥力并在轴上提供吸引力，这能够静电聚焦离开介电管形室的带电粒子束。

通过在商业上能获得的Neocera公司提供的称为通道火花烧蚀器(CSA)的装置可实现上面提到的烧蚀现象。该装置利用低压气体的放电性质。参考图1，示意性示出了这一装置，如下生成电子束。