ECR離子源如圖4所示,微波能量通過(guò)微波輸入窗(由陶瓷或石英制成)經(jīng)波導(dǎo)或天線耦合進(jìn)入放電室,在窗上表面的永磁系統(tǒng)產(chǎn)生的高強(qiáng)磁場(chǎng)作用下,放電室內(nèi)的氣體分子的外層電子做回旋運(yùn)動(dòng),回旋角頻率為:

ωe= eB/m(3)

       當(dāng)ωe和外施微波角頻率相等時(shí),為共振狀態(tài),運(yùn)動(dòng)電子能從微波中不斷地、有效地接受能量提高電子溫度,使氣體電離。在低氣壓時(shí),電子在與氣體分子或原子相鄰兩次碰撞之間回旋次數(shù)可能更多,而每回旋一次的能量就增加,因此也可以獲得較高密度的等離子體。電子從微波中的能量來(lái)自與外磁場(chǎng)方向成右手極化的波中獲得。外磁場(chǎng)還有助于電子和離子的約束,以及離子的引出。微波輸入窗是ECR的關(guān)鍵部件,它不僅用于真空密封,防止反向電子的轟擊,而且在微波輸入與等離子體之間起著極為重要的阻抗匹配作用。

圖4 ECR 離子源原理

      表1對(duì)以上討論的離子源進(jìn)行了比較。可以看出, 燈絲壽命短、穩(wěn)定性差、污染及其與反應(yīng)氣體兼容性差是Kaufman離子源的缺點(diǎn),RF和ECR離子源解決了這些問(wèn)題,雖然在反應(yīng)氣體工作時(shí)也會(huì)在放電室內(nèi)部和柵網(wǎng)上產(chǎn)生碳氟沉積,但可以在工作間隙通入氧氣或者一氧化碳等“清洗氣體”(cleaning gas)加以去除。

表1 常用離子源的比較