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JPS60208033A - Ion beam generator - Google Patents

Ion beam generator

Info

Publication number
JPS60208033A
JPS60208033A JP59066893A JP6689384A JPS60208033A JP S60208033 A JPS60208033 A JP S60208033A JP 59066893 A JP59066893 A JP 59066893A JP 6689384 A JP6689384 A JP 6689384A JP S60208033 A JPS60208033 A JP S60208033A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substance
laser beam
electric field
state
ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59066893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeto Fujita
重人 藤田
Koichi Ono
高一 斧
Tatsuo Omori
達夫 大森
Yoshihiro Ueda
植田 至宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59066893A priority Critical patent/JPS60208033A/en
Publication of JPS60208033A publication Critical patent/JPS60208033A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/24Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the ionization efficiency by irradiating a beam from a laser beam generating section comprised of a flush lamp and two color element lasers onto the material to be ionized. CONSTITUTION:Magnesium vapor 10 to be ionized is led into a container 1 while two laser beams B1, B3 from laser beam generating section comprised of a flush lamp and two color element lasers are led through windows 3a, 3b to perform resonance excitation of vapor 10 into first exciting condition through 2,853Angstrom beam B1 in the crossing ion producing space 4 then perform resonance excitation into Rydberg condition through 3,859Angstrom beam then perform ionization through Shutalk effect under the electric field to be produced between the eletrodes 5, 6 synchronously with the laser oscillation thus to take out as an ion beam 9 under the voltage between the electrodes 6, 8a and to irradiate a specimen 8. Consequently, the ionization efficiency and the selectivity of ion can be improved considerably.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野〕 本発明は、半導体加工装置をはじめ材料改質。[Detailed description of the invention] (Technical field of invention) The present invention is applicable to material modification including semiconductor processing equipment.

材料合成等に使われるイオンビーム発生装置に関するも
のである。
This relates to ion beam generators used for materials synthesis, etc.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、イオンビーム発生装置によるイオン発生方法とし
ては、種々の手法が考えられ実用化されて来た。その大
部分は放電を利用したものであったが、近年レーザ光を
使ったイオン源が考え出されて来ている。このレーザ光
等の光を使った方式には2つあり、1つはレーザ光を金
属等の固体に照射してそのプラズマをイオン源として使
ったり、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプラ
ズマを作り、これをイオン源としたりするものであり、
他の1つは波長の可変な光源を使い、レーザ光等の単一
波長を対象とするイオン化されるべき物質のエネルギ準
位に共鳴させて該物質をイオン化させるものであり、本
発明は後者に関するものである。
Conventionally, various methods have been considered and put into practical use as ion generation methods using ion beam generators. Most of them used electric discharge, but in recent years ion sources using laser light have been devised. There are two methods that use light such as laser light. One is to irradiate a solid such as a metal with laser light and use the resulting plasma as an ion source, or to focus the laser light and convert it into gas or liquid. irradiation to create plasma, which is used as an ion source.
The other method uses a variable wavelength light source to ionize a substance by resonating a single wavelength such as a laser beam with the energy level of the substance to be ionized. It is related to.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記共鳴光励起、イオン化方式のイオンビー
ム発生装置において、イオン化させる物質の共鳴光励起
にてイオン化させる直前の状態として、該物質のシュタ
ルク効果によりイオン化できるリュードベルグ状態(R
ydberg 1evel )又はこれに近い高励起状
態を使うことにより、従来の共鳴光励起、イオン化方式
に比ベイオン化効率を数桁以上向上でき、かつ選択イオ
ン化における選択性に優れたイオンビーム発生装置を提
供することを目的としている。
The present invention provides an ion beam generator using resonant light excitation and ionization as described above, in which the substance to be ionized is set in the Rydberg state (R
To provide an ion beam generator that can improve the specific beam ionization efficiency by several orders of magnitude compared to conventional resonant optical excitation and ionization methods and has excellent selectivity in selective ionization by using an excited state of ydberg 1evel or a high excitation state close to this. The purpose is to

(発明の実施例) まず本発明装置におけるイオン化方法をマグネシウムイ
オンビームを発生する場合を例にとって従来の方法と比
較しつつ説明する。第1図はマグネシウム中性原子のエ
ネルギ準位図である。
(Embodiments of the Invention) First, the ionization method in the apparatus of the present invention will be explained by comparing it with a conventional method using an example in which a magnesium ion beam is generated. FIG. 1 is an energy level diagram of a neutral magnesium atom.

従来のイオン化方法は、例えば波長が2853人。In the conventional ionization method, for example, the wavelength is 2853.

5528人の2本のレーザビームBl、B2をイオン化
させたいマグネシウム蒸気に照射する方法であり、即ち
基底状態3s(’S)にあるマグネシウム原子をまず2
853人のレーザビームB1により第1励起状態3p(
IPO)に共鳴励起し、その後5528人のレーザビー
ムB2によりエネルギ準位d (I D)に共鳴励起し
、さらに2853人のレーザビームB1でイオン化させ
るものである。
This is a method of irradiating the magnesium vapor to be ionized with two laser beams Bl and B2, that is, the magnesium atoms in the ground state 3s ('S) are first ionized into 2
The first excited state 3p (
IPO), then resonantly excited to energy level d (I D) by the laser beam B2 of 5528 people, and further ionized by the laser beam B1 of 2853 people.

本発明装置におけるイオン化方法が上記従来のイオン化
方法と異なる点は、マグネシウム蒸気を第1励起状態3
p(’PO)からシュタルク効果によりイオン化できる
リュードベルグ状Lt13d(ID)又はこれに近い高
励起状態に励起し、さらに該励起蒸気に電界を印加して
イオン化する点にある。例えば、リュードベルグ状態1
3d(ID)にする場合は波長3859人のレーザビー
ムB3によりリュードベルグ状態に共鳴励起させ、さら
に該励起蒸気をイオン化するには該蒸気に例えば次式で
示される電界をレーザビームB3と共に印加することに
より、この励起状態からシュタルク効果によりイオン化
を行なうものである。
The ionization method in the device of the present invention differs from the conventional ionization method described above in that magnesium vapor is brought into the first excited state 3.
The point is to excite p('PO) to Rydberg-like Lt13d(ID), which can be ionized by the Stark effect, or a highly excited state close to this, and then apply an electric field to the excited vapor to ionize it. For example, Rydberg state 1
In the case of 3d (ID), the Rydberg state is resonantly excited by the laser beam B3 of 3859 wavelengths, and in order to further ionize the excited vapor, an electric field expressed by the following formula is applied to the vapor together with the laser beam B3. As a result, ionization is performed from this excited state by the Stark effect.

E (V/an) =0.3125X109・n−4こ
こでnはリュードベルグ状態の有効主景子数である。
E (V/an) =0.3125X109·n-4 where n is the effective principal view number of the Rydberg state.

この発明装置におけるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法がエネルギ準位3d(ID>から直接イオン化
させるのに比べ、イオン化させる衝突断面積が数桁以上
高い。従ってレーザビームの出力エネルギが小さくてす
み、しかも完全に共鳴のみを使うためレーザビームのエ
ネルギ準位。
In the case of the ionization method in this inventive device, the collision cross section for ionization is several orders of magnitude higher than in the conventional ionization method, which directly ionizes from energy level 3d (ID>).Therefore, the output energy of the laser beam can be small. , and because it uses only resonance, the energy level of the laser beam.

波長を不純物原子のそれらと一致しないように選択すれ
ばイオン化させたい物質のみをイオン化でき、しかも純
度の高いものができる。
By selecting wavelengths that do not match those of impurity atoms, it is possible to ionize only the substance to be ionized, and moreover, it is possible to ionize the substance with high purity.

また上記レーザビームの波長や電界強度を変えることに
より、容易に他種の物質のイオンビームを発生すること
ができ、この場合イオン化される多種の物質を前もって
イオンビーム発生容器内に導入しておいても良い。この
ように発生するイオンビームの種類を容易に変えること
ができる本発明の手法は従来の方法にないものであり、
イオンビームで処理する2つ以上の行程を連続して行な
うことができる利点がある。
Furthermore, by changing the wavelength and electric field strength of the laser beam, ion beams of other types of substances can be easily generated.In this case, various types of substances to be ionized can be introduced into the ion beam generation container in advance. It's okay to stay. The method of the present invention, which can easily change the type of ion beam generated in this way, is unlike any conventional method.
There is an advantage that two or more steps of processing with an ion beam can be performed in succession.

次にこの発明の実施例を図について説明する。Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本願の第1の発明の第1の実施例を示す。図に
おいて、1はイオン化されるべき物質が導入される容器
、1aは上記物質を該容器1内に導入するためのガス導
入孔、1bはガス排出孔、3a、3bは図示しないレー
ザビーム発生部からのレーザビームBl、B3を上記容
器l内に導入する窓であり、該容器1内のレーザビーム
Bl。
FIG. 2 shows a first embodiment of the first invention of the present application. In the figure, 1 is a container into which a substance to be ionized is introduced, 1a is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1, 1b is a gas exhaust hole, and 3a and 3b are laser beam generating parts (not shown). This is a window that introduces the laser beams Bl and B3 from the inside of the container 1 into the container 1, and the laser beam B1 inside the container 1.

B3が交差する空間はイオン生成空間4となっている。The space where B3 intersects is the ion generation space 4.

そして上記レーザ発生部は、図示していないがフランシ
ュランプと該ランプにより励起される2つの色素レーザ
とから構成されている。
Although not shown, the laser generating section is composed of a Franche lamp and two dye lasers excited by the lamp.

5.6は上記イオン生成空間4を挟んで配置された電極
、5a、5aは上記電極5.6に電圧を印加する端子で
あり、これらは上記イオン生成空間4に上記物質をイオ
ン化するためのイオン化電界を印加する電界発生部15
を構成している。8は試料、8aは該試料8を保持する
試料台であり、該試料台8aと上記電極6との間には直
流電圧が印加され、これによりイオン化された物質をイ
オンビームとして引き出すための引き出し電界が発生さ
れる。なお、上記イオン化電界が上記引き出し電界を兼
ねるようにしてもよい。
Reference numerals 5.6 and 5.6 are electrodes arranged across the ion generation space 4, and 5a and 5a are terminals for applying voltage to the electrodes 5.6, which are used to ionize the substance in the ion generation space 4. Electric field generating section 15 that applies an ionizing electric field
It consists of 8 is a sample, and 8a is a sample stand that holds the sample 8. A direct current voltage is applied between the sample stand 8a and the electrode 6, and a drawer is used to extract the ionized substance as an ion beam. An electric field is generated. Note that the ionization electric field may also serve as the extraction electric field.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

本実施例装置により、マグネシウムのイオンビームを発
生する場合を考える。まず容器lにガス導入孔1aより
マグネシウム蒸気10を導入する。
Let us consider the case where a magnesium ion beam is generated by the apparatus of this embodiment. First, magnesium vapor 10 is introduced into the container l through the gas introduction hole 1a.

そして上記レーザビーム発生部において、フランシュラ
ンプに電源が供給され、これにより色素レーザが励起さ
れる。すると波長2853人のレーザビームB1が窓3
aを介して上記容器1に導入され、また3859人のレ
ーザビームB3が窓3bを介して同様に導入され、両ビ
ームBl、B3が容器1内のイオン生成空間4において
交差し、これにより上記マグネシウム蒸気10は、28
53人のレーザビームB1により基底状態3s(’S)
から第1励起状態3p(IP’)に共鳴励起され、さら
に3859人のレーザビームB3により上記第1励起状
態3p(1PO)からりュードベルグ状態13d(ID
)に階段状に共鳴励起される。
In the laser beam generating section, power is supplied to the Franche lamp, thereby exciting the dye laser. Then, the laser beam B1 of 2853 people has a wavelength of 2853 and enters window 3.
a into the vessel 1, and the 3859 laser beam B3 is likewise introduced through the window 3b, and both beams Bl, B3 intersect in the ion production space 4 in the vessel 1, thereby causing the above-mentioned Magnesium vapor 10 is 28
Ground state 3s ('S) by 53 people's laser beam B1
is resonantly excited from the first excited state 3p (IP') to the first excited state 3p (IP'), and then the first excited state 3p (1PO) is resonantly excited to the Rydberg state 13d (ID
) is resonantly excited in a stepwise manner.

また上記レーザ発振と時間的に同期して電極5と電極6
の各々に端子5a、6aから電圧が印加され、これによ
り、上記リュードベルグ状態13d (I D)にある
マグネシウム蒸気10に電界が印加され、その結果マグ
ネシウム蒸気10はシュタルク効果によりイオン化され
る。また上記電極6と試料台8aとの間には直流電圧が
印加されており、これにより上記イオン化されたマグネ
シウム蒸気10はマグネシウムのイオンのみからなるイ
オンビーム9として引き出され、該イオンビーム9は上
記試料8に照射される。
Also, in time synchronization with the laser oscillation, the electrode 5 and the electrode 6 are
A voltage is applied to each of the terminals 5a and 6a, thereby applying an electric field to the magnesium vapor 10 in the Rydberg state 13d (ID), and as a result, the magnesium vapor 10 is ionized by the Stark effect. Further, a DC voltage is applied between the electrode 6 and the sample stage 8a, whereby the ionized magnesium vapor 10 is extracted as an ion beam 9 consisting only of magnesium ions. The sample 8 is irradiated.

以上の動作説明における本実施例の特徴を示すと、まず
第1に本実施例は完全に共鳴のみを用いて選択イオン化
を行なうものであるので、上記容器1内にイオン化させ
るべき物質、この場合マグネシウム、以外の不純物、酸
素、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しかもその量
がマグネシウムより多(でも、レーザビームのエネルギ
準位。
The characteristics of this embodiment in the above operation description are as follows: First of all, since this embodiment performs selective ionization completely using only resonance, the substance to be ionized in the container 1, in this case, It contains impurities other than magnesium, such as oxygen, nitrogen, carbon, and hydrogen, and the amount is higher than that of magnesium (but the energy level of the laser beam.

波長を上記不純物等のそれらと一致させないようにして
希望の元素、この場合はマグネシウム、のみがイオン化
された純粋なマグネシウムイオンビームが得られる。
A pure magnesium ion beam in which only the desired element, in this case magnesium, is ionized can be obtained by making the wavelength not coincident with those of the above-mentioned impurities.

第2に本実施例は上述のとおり、選択イオン化を行なう
ものであり、かつ光共鳴励起によるイオン化を行なうも
のであるので、電子や他の元素が励起されたり、エネル
ギ吸収により温度上昇したりすることはなく、その結果
イオンビームを照射する対象試料8、例えば半導体の場
合は基板、の温度を上昇させることはなく、低温処理が
できる。
Second, as mentioned above, this embodiment performs selective ionization and ionization by optical resonance excitation, so that electrons and other elements are excited and the temperature rises due to energy absorption. As a result, low-temperature processing can be performed without increasing the temperature of the target sample 8 to be irradiated with the ion beam, such as a substrate in the case of a semiconductor.

第3にイオンビームの種類や特性を変える場合はレーザ
ビームの波長及び印加電圧を変えれば良く、従来のよう
な試料を取り出したり、イオン源部を交換するために容
器を開閉したりする必要はな(、従って、イオン注入と
アニーリング等の連続動作が容易にできる。
Third, if you want to change the type or characteristics of the ion beam, you can simply change the wavelength of the laser beam and the applied voltage, and there is no need to open and close the container to take out the sample or replace the ion source, as in the past. (Thus, continuous operations such as ion implantation and annealing can be easily performed.

第3図は本願の第1の発明の第2の実施例を示す。図に
おいて、第2図と同一符号は同−又は相当部分を示し、
13はイオン化させるべき物質12を収容するオーブン
、13aは上記オーブン13の外周に設けられたヒータ
、11はイオン化されたマグネシウム蒸気10を容器1
の軸心に集束せしめるマグネット、14は上記集束され
たマグネシウム蒸気10をイオンビーム9として引き出
す引き出し電極である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the first invention of the present application. In the figure, the same reference numerals as in Figure 2 indicate the same or equivalent parts,
13 is an oven containing the substance 12 to be ionized; 13a is a heater provided around the outer periphery of the oven 13; 11 is a container 1 for storing the ionized magnesium vapor 10;
A magnet 14 is an extraction electrode that extracts the focused magnesium vapor 10 as an ion beam 9.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

オーブン13内にイオン化させる物質であるマグネシウ
ム12を入れ、ヒータ13aによりオーブン13を加熱
すると上記マグネシウム12が溶融、気化してマグネシ
ウム蒸気10が発生し、該蒸気10はガス導入孔1aを
通って容器1内に導入される。そして2853人のレー
ザビームB1と3859人のレーザビームB3が各々窓
3a、3bを介して上記容器1内に導入されて上記蒸気
10に照射され、また同時に電極5.6に電圧が印加さ
れて上記蒸気10に電界が印加される。するとこれによ
り蒸気10は基底状態3s(1S)から第1励起状態3
p(’PO)を経てリュードベルグ状態13d(ID)
に階段状に励起され、さらにシュタルク効果によりリュ
ードベルグ状態13d(ID)にあるマグネシウム蒸気
10の電子が自由電子となり、これによりイオン生成空
間4にマグネシウムイオンが生成され、該マグネシウム
イオンはマグネット11により軸心に集束された後、引
き出し電極14によってイオンビーム9として放出され
る。
Magnesium 12, which is a substance to be ionized, is placed in the oven 13, and when the oven 13 is heated by the heater 13a, the magnesium 12 is melted and vaporized to generate magnesium vapor 10, and the vapor 10 passes through the gas introduction hole 1a into the container. 1. The laser beam B1 for 2853 people and the laser beam B3 for 3859 people are introduced into the container 1 through the windows 3a and 3b and irradiated onto the vapor 10, and at the same time a voltage is applied to the electrode 5.6. An electric field is applied to the vapor 10. This causes the vapor 10 to change from the ground state 3s (1S) to the first excited state 3.
Rydberg state 13d(ID) via p('PO)
Further, due to the Stark effect, the electrons of the magnesium vapor 10 in the Rydberg state 13d (ID) become free electrons, and thereby magnesium ions are generated in the ion generation space 4, and the magnesium ions are generated by the magnet 11. After being focused on the axis, the ions are emitted as an ion beam 9 by the extraction electrode 14 .

第4図は本願の第1の発明の第3の実施例によるイオン
ビーム発生装置におけるレーザ発振装置の構成例であり
、第5図はその色素セル部を示す。
FIG. 4 shows a configuration example of a laser oscillation device in an ion beam generator according to a third embodiment of the first invention of the present application, and FIG. 5 shows a dye cell portion thereof.

本発明におけるイオン生成のためのレーザビームと電界
とは時間的に同期される必要があり、また階段状に元素
を励起させるためには複数の各々特定周波数のレーザビ
ームが必要であり、該複数のレーザビームももちろん同
期させる必要がある訳であるが、第4図及び第5図はそ
の同期方法の一例を示すものである。
In the present invention, the laser beam and electric field for ion generation need to be synchronized in time, and in order to excite the elements in a stepwise manner, a plurality of laser beams each having a specific frequency are required. Of course, it is also necessary to synchronize the laser beams, and FIGS. 4 and 5 show an example of a synchronization method.

図において、21はレーザ発振装置20の反射鏡セル、
22は2個の色素セル、23は1本のフラッシュランプ
、24は鏡、25は平面鏡、26は回折格子、27.2
8はレーザビームである。
In the figure, 21 is a reflector cell of the laser oscillation device 20;
22 is two dye cells, 23 is one flash lamp, 24 is a mirror, 25 is a plane mirror, 26 is a diffraction grating, 27.2
8 is a laser beam.

本レーザ発振装置20では、1本のフランシュランプ2
3により2個の色素セル22が励起され、これにより波
長の異なる色素レーザビームω1゜ω2が同期して発振
される。そして本実施例装置では2つのレーザビームω
1.ω2によりイオン化すべき物質を基底状態から中間
状態を経て上記リュードベルグ状態に階段状に共鳴励起
することとなる。
In this laser oscillation device 20, one Franche lamp 2
3, the two dye cells 22 are excited, whereby dye laser beams ω1°ω2 having different wavelengths are synchronously oscillated. In this example device, two laser beams ω
1. Due to ω2, the substance to be ionized is resonantly excited stepwise from the ground state to the Rydberg state through the intermediate state.

上記レーザビームω1.ω2の波長を異なるものとする
には、上記2(11の色素セル22として異なる色素の
ものを使用して波長を変えたり、また該2個の色素セル
22として同じ色素のものを使用し、平面鏡25と回折
格子26との配位角θ1゜θ2により波長を相互に変え
たりすることができ、このようにしてイオン化させる物
質に共鳴させる波長を選択でき、かつ各レーザビームを
相互に時間同期でき、その結果物質を階段状に励起でき
る。
The above laser beam ω1. In order to make the wavelength of ω2 different, the wavelength can be changed by using different dyes as the 11 dye cells 22, or using the same dye as the two dye cells 22, The wavelengths can be mutually changed by adjusting the coordination angles θ1 and θ2 between the plane mirror 25 and the diffraction grating 26. In this way, the wavelength that resonates with the substance to be ionized can be selected, and each laser beam can be time-synchronized with each other. As a result, substances can be excited stepwise.

また上記フラッシュランプ23の始動と、上記電極5.
6への電圧印加を同時に行なうことにより、レーザビー
ムと電界とを時間的に同期できることとなる。
Furthermore, the above-mentioned flash lamp 23 is started, and the above-mentioned electrode 5.
By simultaneously applying voltage to 6, the laser beam and the electric field can be temporally synchronized.

なお上記第1の発明の各実施例では、イオン化させるべ
き物質をリュードベルグ状態に励起した後イオン化する
ようにした場合について説明したが、本願の第2の発明
では上記物質をリュードヘルグ状態より少し低く、かつ
シュタルク効果によってイオン化できる高励起状態に励
起し、しかる後該物質に電界を印加してイオン化するよ
うにすればよく、このようにしても上記第1の発明の各
実施例と略同様の効果を奏する。
In each of the embodiments of the first invention described above, a case has been described in which the substance to be ionized is excited to the Rydberg state and then ionized, but in the second invention of the present application, the substance is excited to a level slightly lower than the Rydberg state. , the material may be excited to a highly excited state that can be ionized by the Stark effect, and then an electric field may be applied to the material to ionize it. Even in this case, substantially the same effect as in each embodiment of the first invention is achieved. be effective.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

このように、本発明に係るイオンビーム発/4′:装置
によれば、イオン化されるべき物質をレーザビームの照
射によりその基底状態からりュードベルグ状態又はこれ
に近い高励起状態に共鳴光励起し、さらに上記物質を電
界の印加により該励起状態からイオン状態にするように
したので、イオン化効率及びイオンの選択性を大きく向
上できる効果がある。
As described above, according to the ion beam generation/4' device according to the present invention, a substance to be ionized is resonantly excited from its ground state to a Rydberg state or a highly excited state close to it by irradiation with a laser beam, Furthermore, since the substance is changed from the excited state to the ion state by applying an electric field, the ionization efficiency and ion selectivity can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はマグネシウム中性原子のシングレット系のエネ
ルギ状態図、第2図は第1の発明の第1の実施例による
シャワー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第3図
は第1の発明の第2の実施例による集束型イオンビーム
発生装置の概略構成図、第4図は第1の発明の第3の実
施例によるイオンビーム発生装置のレーザビーム発振器
の概略構成図、第5図はその色素セル部分を示し、第5
図(8)はその断面平面図、第5回申)はその断面正面
図である。 1・・・容器、15・・・電界発生部、20・・・レー
ザビーム発生部、22・・・色素レーザ、23・・・フ
ランジュラン7”、Bl〜B3・・・レーザビーム。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第1図 第3図 第5図 第4図 手続補正書(自発) 59822 昭和 年 月 日 3、補正をする者 代表者片山仁へ部 4、代理人 5、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄、及び発明の詳細な説明の
欄 6、補正の内容 11) 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正する
。 (2) 明細書第4頁第16行のrRydberg 1
evel」をrRydberg 5tate Jに訂正
する。 (3) 同第5頁第18行の「からシュタルク」を「か
ら、シュタルク」に訂正する。 (4) 同第9頁第10行の「同期して電極」を「同期
し1μsec程度遅れて電極」に訂正する。 (5)同第10頁第13行の「光共鳴励起」を「共鳴光
励起」に訂正する。 (6)同第12頁第3行の「同時に電極」を「同時に1
μsec程度遅れて電極」に訂正する。 以 −ト 特許請求の範囲 +l) イオン化されるべき物質を収容する容器と、該
容器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビー
ム発生部と、上記容器内の上記物質に電界を印加する電
界発生部とを備え、上記物質のイオンビームを発生する
装置において、上記レーザビーム発生部はフランシュラ
ンプと、これにより励起され上記物質をエネルギ準位の
基底状態からりュードベルグ状態に共鳴光励起するよう
な波長を有するレーザビームを発生する色素レーザとか
らなるものであり、上記電界発生部は上記物質をシュタ
ルク効果によりリュードベルグ状態からイオン状態とす
る電界を発生するものであることを特徴とするイオンビ
ーム発生装置。 (2)上記レーザビーム発生部は、上記物質を基底状態
から中間状態を経て上記リュードベルグ状慾に階段状に
共鳴光励起するような波長の異なる複数のレーザビーム
を発生するものであることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のイオンビーム発生装置。 (3) 上記レーザビーム発生部は、1つのフラッシュ
ランプと、該フラッシュランプで励起される相互に時間
同期可能な複数の色素レーザとからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第2項記載のイオンビーム発生装置。 (4) 上記物質は、固体又は液体の物質を加熱気化し
て生成された蒸気として上記容器に導入されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項ないし第1項のいずれか
に記載のイオンビーム発生装置。 (5) 上記電界は、上記イオン化された物質をイオン
ビームとして引き出すための引き出し電界を兼ねている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項の
いずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (6) イオン化されるべき物質を収容する容器と該容
器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビーム
発生部と、上記容器内の上記物質に電界を印加する電界
発生部とを備え、上記物質のイオンビームを発生する装
置において、上記レーザビーム発生部はフラッシュラン
プとこれにより励起され上記物質をエネルギ準位の基底
状態からりュードベルグ状態に近い高励起状態に共鳴光
励起するような波長を有するレーザビームを発生する色
素レーザとからなるものであり、上記電界発生部は上記
物質をシュタルク効果により上記高励起状態からイオン
状態とする電界を発生するものであることを特徴とする
イオンビーム発生装置。
Fig. 1 is an energy phase diagram of a singlet system of magnesium neutral atoms, Fig. 2 is a schematic configuration diagram of a shower type ion beam generator according to a first embodiment of the first invention, and Fig. 3 is a diagram of the first embodiment of the shower type ion beam generator. FIG. 4 is a schematic diagram of the laser beam oscillator of the ion beam generator according to the third embodiment of the first invention, and FIG. The dye cell part is shown, and the fifth
Figure (8) is a cross-sectional plan view thereof, and Figure (8) is a cross-sectional front view thereof. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Container, 15... Electric field generating section, 20... Laser beam generating section, 22... Dye laser, 23... Frangulaan 7'', Bl to B3... Laser beam. The same reference numerals in the middle indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa Figure 1 Figure 3 Figure 5 Figure 4 Procedural amendment (voluntary) 59822 Showa year, month, day 3, person making the amendment Representative Hitoshi Katayama Part 4, Agent 5, Claims column of the specification to be amended and Detailed explanation of the invention column 6, Contents of amendment 11) Correct the claims of the specification as shown in the attached sheet. 2) rRydberg 1 on page 4, line 16 of the specification
evel” is corrected to rRydberg 5tate J. (3) Correct "kara Stark" on page 5, line 18 of the same page to "kara, Stark." (4) Correct "electrodes in synchronization" in line 10 of page 9 to "electrodes in synchronization and with a delay of about 1 μsec". (5) "Optical resonance excitation" on page 10, line 13 is corrected to "resonant optical excitation." (6) In the third line of page 12, “electrode at the same time” was changed to “electrode at the same time”
Corrected to ``electrode delayed by about μsec''. Claims +l) A container containing a substance to be ionized, a laser beam generator that irradiates the substance in the container with a laser beam, and an electric field that applies an electric field to the substance in the container. In the apparatus for generating an ion beam of the substance, the laser beam generating unit includes a Fransch lamp, and a laser beam generating unit that is excited by the Franch lamp and resonantly excites the substance from the ground state of the energy level to the Rydberg state. and a dye laser that generates a laser beam having a wavelength, and the electric field generating section generates an electric field that changes the substance from the Rydberg state to the ion state by the Stark effect. Generator. (2) The laser beam generating section is characterized in that it generates a plurality of laser beams with different wavelengths that resonantly excite the substance stepwise from the ground state to the Rydberg-like state through the intermediate state. An ion beam generator according to claim 1. (3) The laser beam generating section includes one flash lamp and a plurality of dye lasers that are excited by the flash lamp and can be synchronized with each other in time. Ion beam generator. (4) The substance according to any one of claims 1 to 1, wherein the substance is introduced into the container as a vapor generated by heating and vaporizing a solid or liquid substance. Ion beam generator. (5) Ion beam generation according to any one of claims 1 to 4, wherein the electric field also serves as an extraction electric field for extracting the ionized substance as an ion beam. Device. (6) A container containing a substance to be ionized, a laser beam generation unit that irradiates the substance in the container with a laser beam, and an electric field generation unit that applies an electric field to the substance in the container, In an apparatus for generating an ion beam of a substance, the laser beam generating section has a flash lamp and a wavelength that, when excited by the flash lamp, resonantly optically excites the substance from a ground state of energy level to a highly excited state close to the Rydberg state. and a dye laser that generates a laser beam, and the electric field generating section generates an electric field that changes the substance from the highly excited state to the ionic state by the Stark effect. .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 fi+ イオン化されるべき物質を収容する容器と、該
容器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビー
ム発生部と、上記容器内の上記物質に電界を印加する電
界発生部とを備え、上記物質のイオンビームを発生する
装置において、上記レーザビーム発生部はフラッシュラ
ンプと、これにより励起され上記物質をエネルギ準位の
基底状態からりュードベルグ状態に共鳴光励起するよう
な波長を有するレーザビームを発生する色素レーザとか
らなるものであり、上記電界発生部は上記物質をシュタ
ルク効果によりリュードベルグ状態からイオン状態とす
る電界を発生するものであることを特徴とするイオンビ
ーム発生装置。 (2)上記レーザビーム発生部は、上記物質を基底状態
から中間状態を経て上記リュードベルグ状態に階段状に
共鳴光励起するような波長の異なる複数のレーザビーム
を発生するものであることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のイオンビーム発生装置。 (3) 上記レーザビーム発生部は、1つのフラッシュ
ランプと、該フラッシュランプからのレーザビームで励
起される相互に時間同期可能な複数の色素レーザとから
なることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のイオ
ンビーム発生装置。 (4)上記物質は、固体又は液体の物質を加熱気化して
生成された蒸気として上記容器に導入されることを特徴
とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに
記載のイオンビーム発生装置。 (5) 上記電界は、上記イオン化された物質をイオン
ビームとして引き出すための引き出し電界を兼ねている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項の
いずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (6) イオン化されるべき物質を収容する容器と、該
容器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビー
ム発生部と、上記容器内の上記物質に電界を印加する電
界発生部とを備え、上記物質のイオンビームを発生する
装置において、上記レーザビーム発生部はフラッシュラ
ンプと、これにより励起され上記物質をエネルギ準位の
基底状態からりュードベルグ状態に近い高励起状態に共
鳴光励起するような波長を有するレーザビームを発生す
る色素レーザとからなるものであり、上記電界発生部は
上記物質をシュタルク効果により上記高励起状態からイ
オン状態とする電界を発生するものであることを特徴と
するイオンビーム発生装置。
[Scope of Claims] fi+ A container that contains a substance to be ionized, a laser beam generator that irradiates the substance in the container with a laser beam, and an electric field generator that applies an electric field to the substance in the container. In the apparatus for generating an ion beam of the substance, the laser beam generating section includes a flash lamp, and a flash lamp that emits a wavelength that is excited by the flash lamp to resonantly excite the substance from the ground state of the energy level to the Rydberg state. and a dye laser that generates a laser beam having the following characteristics, and the electric field generating section generates an electric field that changes the substance from the Rydberg state to the ion state by the Stark effect. . (2) The laser beam generating section is characterized in that it generates a plurality of laser beams having different wavelengths to resonantly excite the substance stepwise from the ground state to the Rydberg state via the intermediate state. An ion beam generator according to claim 1. (3) The laser beam generating section is comprised of one flash lamp and a plurality of dye lasers that are excited by the laser beam from the flash lamp and can be time-synchronized with each other. The ion beam generator according to item 2. (4) The substance described in any one of claims 1 to 5 is introduced into the container as a vapor generated by heating and vaporizing a solid or liquid substance. Ion beam generator. (5) Ion beam generation according to any one of claims 1 to 4, wherein the electric field also serves as an extraction electric field for extracting the ionized substance as an ion beam. Device. (6) comprising a container containing a substance to be ionized, a laser beam generation unit that irradiates the substance in the container with a laser beam, and an electric field generation unit that applies an electric field to the substance in the container, In the apparatus for generating an ion beam of the substance, the laser beam generating section includes a flash lamp and a wavelength that is excited by the flash lamp and resonantly excites the substance from the ground state of the energy level to a highly excited state close to the Rydberg state. and a dye laser that generates a laser beam having the following characteristics, and the electric field generating section generates an electric field that changes the substance from the highly excited state to an ion state by the Stark effect. Generator.
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