DE3810293A1 - Elektronenkanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenplasma-Elektronenkanone.

Die erfindungsgemäße Ionenplasma-Elektronenkanone ist vom gleichen Typ wie die in der US-PS 39 70 892 und der älteren Patentanmeldung P 37 00 775.0 beschriebene Elektronenkanone. Wie in der US-PS erwähnt ist, stellt die Plasmakathoden-Elektronenkanone den jüng­ sten Fortschritt auf dem Gebiet der Erzeugung von Hochenergie- Elektronenstrahlen dar, wie sie beispielsweise in elektronenstrahl­ erregten Gaslasern verwendet werden. In einer solchen Elektronen­ kanone wird in einer Hohlkathoden-Entladung zwischen der hohlen Kathodenoberfläche und einem bezüglich der Kathode mit einer relativ niedrigen Spannung gespeisten Anodengitter ein Plasma erzeugt. Aus dem Entladungsplasma werden durch das Anodengitter und ein Steuergitter Elektronen extrahiert,welche in einer plasmafreien Zone zwischen den Gittern und einer Beschleunigungs­ anode auf hohe Energien beschleunigt werden. Bei der Beschleuni­ gungsanode handelt es sich typischerweise um ein dünnes Folien­ fenster, welches gegenüber der Kathode auf einer relativ hohen Spannung gehalten wird. Vorteile der Plasmakathoden-Elektronen­ kanone sind deren konstruktive Einfachheit und Stabilität, die leichte Steuerbarkeit sowie der hohe Wirkungsgrad, geringe Kosten und die Eignung zur Erzeugung großflächiger Elektronenstrahlen.

Die Elektronenverteilung der in den Röhren nach der US-PS 39 70 892 und der US-PS 40 25 818 erzeugten Elektronenstrahlen ist im allgemeinen gekennzeichnet durch einen Peak in der Mitte und einen allmählichen Abfall auf Null an den Kanten des Folien­ fensters. Das Gerät nach der älteren Anmeldung P 37 00 775.0 stellt demgegenüber einen Fortschritt dar, da es eine verbesserte Struktur aufweist, die einen Elektronenstrahl mit gleichförmiger Elektronenverteilung über den ganzen Strahl bei dessen Austritt aus dem Folienfenster erzeugt.

Bei der Verwendung von bekannten Elektronenstrahlgeneratoren wurde erkannt, daß die Strahlgleichförmigkeit grundsätzlich unabhängig von der Strahlintensität ist. Der Strahlstrom ist proportional dem Strom von der Hochspannungsstromversorgung. Die Kontrolle der Dosis­ rate der Elektronen, die ein zu bestrahlendes laufendes Band bombardieren, ist damit einfach eine Frage, den von der Hoch­ spannungsstromversorgung gelieferten Strom zu messen und zu kon­ trollieren. Im Falle von Draht-Ionenplasma-Geräten, beispielsweise gemäß US-PS 39 70 892, ist der Hochspannungs-Stromversorgungs-Strom die Summe der aufprallenden Heliumionen und der emittierten Elektronen. Das Verhältnis der emittierten Elektronen zu den aufprallenden Ionen, der Sekundäremissionskoeffizient, hängt von den Oberflächenbedingungen der Emitteroberfläche ab. In Anbetracht der Tatsache, daß diese Bedingungen sich ändern können, reicht eine einfache Überwachung der Hochspannungsstromversorgung nicht dazu aus, die Dosisrate der Sekundärelektronen zu kontrollieren, die auf die Oberfläche des laufenden Bandes auftreffen.

Bei weiterer Betrachtung von Draht-Ionenplasma-Geräten ergibt sich, daß, wenn die Option ausgeschlossen wird, das Gitter zwischen der Plasmakammer und der unter Hochspannung stehenden emittierenden Elektrode mechanisch zu ändern, die momentane Strahlstärke der Sekundärelektronen nur dadurch variiert werden kann, daß die Intensität der Plasmaentladung und damit der Heliumionenstrom variiert wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine Variation des Plasmastroms über einen Faktor 2 nach oben oder unten zu einer merklichen, unerwünschten Änderung der Strahlgleichförmigkeit führt, wenn die Plasmaintensität variiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Gerät und ein Verfahren zu dessen Betrieb verfügbar zu machen, mit dem es möglich ist, die Sekundärelektronen-Strahl-Intensität zu variieren, die Gleichförmig­ keit des abgegebenen Sekundärelektronenstrahls aber beizubehalten. Weiter soll durch die Erfindung eine Einrichtung geschaffen werden, mit der die Dosisrate der Sekundärelektronen variiert wird, die durch ein Draht-Ionenplasma-Gerät hindurchtreten und auf ein stehendes oder laufendes Materialband aufprallen, während die Intensität des Sekundärelektronenstrahls über die ganze Oberfläche des stehenden oder laufenden Bandes aufrechterhalten wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem elektrisch leitenden, evakuierten Gehäuse, das eine erste und eine zweite Kammer bildet, die einander benachbart sind und zwischen denen eine Öffnung vorgesehen ist. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um in der ersten Kammer ein Plasma aus Elektronen und posiviten Ionen, beispielsweise Heliumionen, zu erzeugen. Eine in der zweiten Kammer angeordnete Kathode ist im Abstand von dem Gehäuse ange­ ordnet und gegen dieses isoliert. Die Kathode ist mit einer Sekundärelektronen emittierenden Oberfläche versehen.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um eine hohe negative Spannung zwischen der Kathode und dem Gehäuse anzulegen, um die Kathode zu veranlassen, positive Ionen von der ersten Kammer in die zweite Kammer zu ziehen, damit diese auf die Kathodenoberfläche aufprallen und veranlassen, daß diese Sekundärelektronen emittiert. Eine elektrisch leitende, elektronendurchlässige Folie erstreckt sich über eine Öffnung in dem Gehäuse an dem Ende der ersten Kammer, das der Kathode zu weist. Die Folie ist elektrisch mit dem Gehäuse verbunden, um eine Anode für die Sekundärelektronen zu bilden, wodurch sie veranlaßt werden, als Elektronenstrahl durch die Folie hindurchzutreten.

Ein elektrisch leitendes Extraktionsgitter ist in der zweiten Kammer benachbart der Sekundärelektronen emittierenden Kathodenoberfläche montiert und ist mit dem Gehäuse verbunden, um ein elektrostatisches Feld an der Sekundärelektronen emittierenden Oberfläche zu erzeugen, mit dem Sekundärelektronen veranlaßt werden, durch die Öffnungen des Gitters hindurch in die erste Kammer einzutreten. Ein elektrisch leitendes Traggitter ist in der ersten Kammer der Folie benachbart montiert; es ist mit der Folie und dem Gehäuse verbunden und dient dazu, die Folie abzustützen. Das Traggitter bewirkt in Verbindung mit dem Extraktionsgitter, daß Sekundärelektronen zur Folie hin beschleunigt werden.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen ein Impuls von Sekundär­ elektronen erzeugt wird. Das erfolgt dadurch, daß die Zeitspanne variiert wird, in der Sekundärelektronen durch die Folie emittiert werden. Wenn das geschieht, wird die Intensität der Sekundärelektronen, die durch die Folie hindurch emittiert werden, im wesentlichen konstant gehalten, während der Zeitbruchteil, während dessen Sekundärelektronen durchgelassen werden, variiert wird. Dadurch wird ein Impuls in der Weise erzeugt, daß eine Längeneinheit Bahnmaterial eine Dosis Sekundärelektronen erhält, die variiert werden kann, um die gesamte Energie zu kontrollieren, die die Bahnoberfläche bestrahlt, während die gleichförmige Strahlintensität über die ganze Bahnoberfläche erhalten wird.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht der Hauptkomponenten einer Ausführungsform der Ionenplasma- Elektronenkanone;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Hauptkomponenten, die dazu notwendig sind, eine Impulsbreitenmodulation der Sekundärelektronenentladung von der Draht-Ionenplasma- Anordnung nach der Erfindung zu erhalten;

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild einer Ausführungsform einer Stromversorgung, die in der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 4 ein Detail-Schaltbild einer Schaltung, die in der bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung als Interface zwischen dem Impulsbreitengenerator und der Strom­ versorgung verwendet wird;

Fig. 5 einen Impulszug-Spannungsverlauf, der mit der Schaltung nach Fig. 3 und 4 erzeugt wird;

Fig. 6 ein vereinfachtes Schaltbild einer Nebenschluß-Regulator- Stromversorgung, die als Dauer-Stromversorgung nach der Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt die Hauptkomponenten einer erfindungsgemäßen Plasma- Elektronenkanone. Die Kanone enthält ein elektrisch leitendes, ge­ erdetes Gehäuse, welches sich aus einer Hochspannungskammer 13, einer Ionenplasma-Entladungskammer 12 und einem elektronendurchlässigen Folienfenster 2 zusammensetzt. Durch die Plasma-Entladungskammer 12 hindurch erstreckt sich ein Draht 4. Das Folienfenster ist elektrisch an das geerdete Gehäuse angeschlossen und bildet eine Anode, welche Elektronen veranlaßt, auf sie und durch sie hindurch beschleunigt zu werden. Das Gehäuse ist mit 1-10 Millitorr (0,133-1,33 Pa) Helium ge­ füllt. In der Hochspannungskammer 13 befindet sich eine Kathode 6, auf deren Unterseite ein Kathodeneinsatz 5 montiert ist. Der Einsatz 5 be­ steht typischerweise aus Molybdän, kann jedoch aus irgendeinem anderen Material bestehen, welches einen hohen Sekundäremissions-Koeffizienten besitzt. Die Hochspannungskathode 6 ist gegenüber dem Gehäuse gleich­ mäßig beabstandet, um einen Paschen-Durchbruch zu vermeiden.

Eine Hochspannungsquelle 210 liefert ein negatives Potential von 150-300 Kilovolt über ein Kabel 9 an die Kathode 6. Das Kabel 9 läuft durch einen Epoxy-Isolator 14 zu einem optionalen Widerstand 8, der zwischen dem Kabel 9 und der Kathode 6 liegt. Die Kathode 6 und der Einsatz 5 werden durch eine geeignete Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Öl, gekühlt, wozu die Kühlflüssigkeit durch Leitungen 7 hindurchgepumpt wird.

Die Plasmakammer 12 enthält eine Anzahl metallischer Rippen 3, die mit­ einander mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Rippen 3 ent­ halten in der Mitte Ausschnitte, so daß der Draht 4 durch den gesamten Aufbau hindurchlaufen kann. Die der Kathode 6 zugewandten Seiten der Rippen 3 bilden ein Extraktionsgitter 16, während die gegenüberliegenden Seiten der Rippen ein Traggitter 15 zur Abstützung des elektronen­ durchlässigen Folienfensters 2 bilden. Stattdessen können das Extraktions­ gitter und die Anodenplatten aus Metallblech mit ausgeschnittenen Löchern bestehen. Flüssigkeitskühlkanäle 11 dienen zur Abfuhr von Wärme aus der Plasmakammer.

Das elektronendurchlässige Fenster 2 kann aus einer 1 Millizoll (zirka 25,4 Mikrometer) dicken Titan- oder Aluminium-Folie bestehen, die von dem Traggitter 15 gehalten wird und mit Hilfe eines 0-Ringes gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Eine Gas-Verteilungskanal­ anordnung 10 ist ein optimales Hilfsmittel zum Kühlen des Folien­ fensters mit unter Druck stehendem Stickstoff sowie zur Beseitigung von Ozon aus dem Strahlbereich.

Wenn die modulierte Stromversorgung 1 erregt ist, wird von dem den Draht 4 umgebenden elektrischen Feld in der Plasmakammer 12 ein Plasma aufgebaut, das aus Heliumionen und Elektronen der Entladung besteht. Bei dem Modulator kann es sich um eine Gleichstromversorgung handeln, oder einen Hochfrequenzgenerator für 20-30 MHz. Wenn ein­ mal das Plasma aufgebaut ist, werden die Heliumionen von dem Feld, das durch das Extraktionsgitter 16 in die Plasmakammer hindurchgreift, zur Kathode 6 angezogen. Die Stärke dieses Feldes kann von einigen 100 Volt bis hinauf zu 10000 Volt variieren. Die Ionen fließen längs der Feldlinien durch das Extraktionsgitter 16 in die Hochspannungskammer 13. Hier werden sie über das volle Potential beschleunigt und bombardieren den Kathodeneinsatz 5 als kolli­ mierter Strahl. Die von der Kathode emittierten Sekundärelektronen haben negative Ladung und werden deshalb zur Anode hin angezogen, so daß der gewünschte Elektronenstrahl zum Durchtritt zur Bahn 50 geformt wird.

Der durch das Folienfenster 2 hindurchtretende Elektronenstrahl trifft auf die Bahn 50 auf, die sich in Richtung eines Pfeils 51 bewegt. Es ist oft erwünscht, in der Lage zu sein, die Gesamtenergie zu kontrollieren, die beim Härten oder sonstigen Bestrahlen einer spezifischen Längeneinheit der laufenden Bahn 50 oder einer statio­ nären Bahn in einer spezifizierten Zeiteinheit von den Sekundär­ elektronen zur Verfügung gestellt wird. Wie bereits erwähnt, konnte das vor der vorliegenden Erfindung nur dadurch geschehen, daß ent­ weder das Gitter zwischen der Plasmakammer und der unter Hoch­ spannung stehenden emittierenden Elektrode variiert wird, was eine körperliche Modifikation des Draht-Ionenplasma-Gerätes erfordert, oder durch Änderung der Intensität des Plasmaentladung und damit des Heliumionenstroms. Wenn Versuche durchgeführt wurden, die Ausgangsstrahlintensität durch Variation der Intensität des Plasmastroms um mehr als den Faktor 3 nach oben oder unten zu stabilisieren, ergab sich eine bedeutsame, unerwünschte Änderung der Strahlgleichförmigkeit. Das ist offensichtlich nicht akzeptabel, weil dann die laufende oder stehende Bahn über ihre Breite ungleich­ förmig aushärten würde.

Die Erfindung gibt eine sehr erwünschte Lösung des Problems der Variation der Dosisrate der Sekundärelektronen, die auf eine laufende oder stehende Bahn 50 auftreffen, während die Gleichförmigkeit über die gesamte Oberfläche der Bahn beibehalten wird. Das wird dadurch erreicht, daß ein Impulsbreiten-Modulations-Schema geschaffen wird, bei dem die momentane Strahlintensität konstant gehalten wird, der Zeitbruchteil jedoch variiert wird, über den der Strahl emittiert wird. Die minimale Dauer eines Strahlimpulses wird durch die Zeit festgelegt, die dazu benötigt wird, ein die Plasmakammer erfüllendes Plasma zu bilden. Beispielsweise bei einem Heliumdruck von 20 Mikron und bei einer maximalen oder "Durchbruch"-Spannung von 1500 Volt beträgt bei einer Anodenbereichsdimension von mehreren Zentimetern (einigen Zoll) längs des Anodendrahtes die zur Bildung eines die Plasmakammer erfüllenden Plasmas benötigteZeit etwa 50 Mikrosekunden. Im Falle einer laufenden Bahn wird die maximale Dauer der Modulationszeit­ periode durch die Laufzeit des Bahnmaterials 50 festgelegt. Wenn auch die Dosisrate eine Sache der Wahl bei der Konstruktion ist und von dem zu bestrahlenden Werkstoff sowie der zum Aushärten benötigten Gesamtenergie ist, wird doch vorgeschlagen, daß in den meisten Fällen eine adäquate Gleichförmigkeit der Bestrahlung erhalten werden kann, wenn die Bahn für wenigstens zehn Modulationszeit­ perioden während des Durchlaufs unter dem Folienfenster exponiert wird. In Fortführung des illustrierenden Beispiels, wenn eine Bahngeschwindigkeit von rund 300 m pro Minute (1000 Fuß pro Minute) gewählt werden soll, während eine Fensterlänge von 25 cm (10 Zoll) verwendet wird, wird eine Laufzeit von 50 Millisekunden erhalten. Die Impulsperiode könnte dann zu 5 Millisekunden gewählt werden.

Eine Variation der Impulsdauer von mindestens 50 Mikrosekunden bis zu Dauerstrich würde damit einstellbar die Lieferdosis über einen Bereich von 100 zu 1 variieren. Ersichtlich kann man einen größeren dynamischen Bereich erreichen, wenn ein größeres Fenster und/oder eine kleinere Bahngeschwindigkeit verwendet wird.

Variablen, die den Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung bestimmen, um die erforderliche Dosierung der Sekundärelektronen zu erhalten, sind beispielsweise die Intensität des Ausgangsstrahls, die Bahn­ geschwindigkeit und die gewünschte Dosis oder Bestrahlungsquantität, die dazu notwendig ist, auszuhärten oder sonst auf die Bahn einzu­ wirken.

Es gibt eine Anzahl von bekannten Einrichtungen zur Überwachung der Intensität des Ausgangsstrahls eines Elektronenstrahlgenerators und es soll hier nicht versucht werden, diese Überwachungseinrichtungen oder Monitoren zu beschreiben, weil sie zur Offenbarung der vor­ liegenden Erfindung nicht erforderlich sind. Bei diesen Monitoren kann es sich um einen direkt abfangenden Dosisratenmonitor oder einen Röntgen-Dosisraten-Monitor handeln. Wenn jedoch einmal eine Messung der momentanen Strahlintensität durchgeführt worden ist, kann der Tastfaktor für die Bahn bestimmt werden, der lediglich das Energie­ verhältnis konstituiert, das geliefert würde, wenn der Elektronen­ strahl im Impulsbetrieb eingeschaltet ist, zu der Energie, die ge­ liefert würde, wenn der Elektronenstrahl kontinuierlich an die Ober­ fläche der laufenden Bahn geliefert würde.

In Fig. 2 ist ein Grundschaltbild der impulsmodulierten Plasma­ stromversorgung für den Draht 4 der Plasma-Elektronenkanone darge­ stellt. Eine Stromquelle liefert Strom an einen Stromgenerator 64. Ein Schalter 66 wird von einem Impulsgenerator 68 in der Weise kon­ trolliert, daß die Verbindung zwischen Stromgenerator 64 und Draht 4 geöffnet bzw. geschlossen wird. Der Stromgenerator 64 und der Schalter 66 bilden zusammen die modulierte Stromversorgung 1.

Der Impulsgenerator 68 wird vom Benutzer so eingestellt, daß er einen Impulszug mit einem bezeichneten Tastverhältnis liefert. Der Impuls­ zug ist ein periodisches Signal, von dem jede Periode einen EIN- Zustand für einen vorgegebenen Teil der Periode, und einen AUS- Zustand für den Rest dieser Periode hat. Das Verhältnis der EIN- Zeit zur Zeit der gesamten Periode wird als Tastverhältnis des Impulszuges bezeichnet. Wie oben erwähnt, wird das Tastverhältnis des Impulszuges so gewählt, daß eine gewünschte Dosis zur Bahn 50 geliefert wird.

Eine genauere Beschreibung der Implementierung der Funktionen der Stromquelle 64 und des Schalters 66 nimmt auf Fig. 3 und 4 Bezug. Der Impulsgenerator 68 kann irgendeiner von einer Anzahl von Impuls­ generatoren sein, die Impulszüge mit einstellbaren Tastverhältnissen liefern können, beispielsweise Modell 100 A der Firma Systron Donner Corporation, Concord, Cal., U.S.A.

Fig. 4 zeigt die Schaltung in der modulierten Stromversorgung 1 zum Interface mit dem Impulsgenerator 68.

Die modulierte Stromversorgung 1 selbst wird in Verbindung mit Fig. 3 erläutert. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollte die Stromquelle 64 einen Impuls liefern, der anfänglich eine hohe Spannungsspitze hat, der ein Dauerpegel angegebener Dauer folgt. Beispielsweise kann die Hochspannungsspitze, oder der Triggerimpuls, eine Spannung von etwa 2000 Volt haben, während der Dauerpegelteil einen Pegel von etwa 400 Volt haben kann. Eine solche Spannungsverlauf- Kennlinie kann dadurch erhalten werden, daß ein Triggerimpuls von einer Trigger-Versorgung 70 mit einer Haltespannung von einer Halte­ spannungsversorgung 72 kombiniert wird. Diese beiden Versorgungen wandeln Strom von der Stromquelle 62 um, bei der es sich bei der Schaltung nach Fig. 3 um Netzwechselspannung von 120 Volt handelt. Der Triggerimpuls und der Halteimpuls werden am Knoten 74 mittels der Kombination von Widerstand 76 und Diode 78 summiert. Der Wider­ stand 76 erhält den Triggerimpuls von der Triggerimpulsschaltung 70 und legt das Signal über Diode 78 an den Summierknoten 74 an. Die Diode 78 gewährleistet, daß der Stromfluß zwischen Triggerversorgung 70 und Summierknoten 74 in den Knoten 74 erfolgt und nicht in der Gegen­ richtung und isoliert die Triggerversorgung 70 vom Signal von der Spannungsversorgung 72. In ähnlicher Weise koppeln ein Widerstand 80 und eine Diode 82 das Halteimpulssignal von der Halteimpuls-Strom­ versorgung 72 in den Summierknoten 74 in einer Richtung.

Allgemein verwendet die Triggerimpuls-Stromversorgung 70 einen Aufwärtstransformator 86 und einen Kondensator 88 zur Erzeugung der geforderten Spannungsspitze. Während der Erzeugung der Spannungsspitze wird der Kondensator 88 mit einer vorgegebenen Strommenge versorgt. Dieser Strom wird durch eine Zenerdiode 90, einen Widerstand 92 und die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 94 bestimmt. Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, liegt der Widerstand 92 zwischen dem Emitter des Transistors 94 und der Kathode der Zenerdiode 90. Die Anode der Zenerdiode 90 ist mit der Basis des Transistors 94 verbunden. Auf diese Weise bestimmt die Zenerdiode 90 den Spannungsabfall über dem Widerstand 92. Dadurch wird der Pegel des durch den Widerstand 92 fließenden Stroms eingestellt.

Die Basis des Transistors 94 wird über einen Widerstand 96 getrieben, der am Knoten 98 über Widerstand 100 mit der gleichgerichteten Span­ nung verbunden ist. Der gleichgerichtete Strom wird durch eine Voll­ weg-Diodenbrücke 102 geliefert, der den Wechselstrom von der Sekundär­ seite eines 1:2-Aufwärtstransformators 104 gleichrichtet. Die Primär­ wicklung des Aufwärtstransformators 104 ist mit der Stromquelle 62 verbunden, bei der es sich in diesem Fall um die Wechselstromquelle von 120 Volt handelt.

Der Emitter des Transistors 107 ist mit dem Kollektor des Transistors 94 verbunden, seine Basis mit der Verbindung der Widerstände 96 und 100, und sein Kollektor mit dem Knoten 98. Der Transistor 107 handhabt einen Teil der Spannung, die sonst an die Kollektor-Basis des Tran­ sistors 94 angelegt würde, wenn die Trigger-Impuls-Versorgung 70 in den Zustand AUS getriggert wird. Das erlaubt es, Transistoren mit niedrigeren Durchbruchspannungen zu verwenden, statt eines einzigen, teureren Hochspannungstransistors.

Zur Erläuterung des Mechanismus, mit dem der Kondensator 88 und der Aufwärtstransformator 86 die Hochspannungsspitze erzeugen, sei darauf hingewiesen, daß die Dioden 106 und 108 zusammen mit einem gesteuerten Siliciumgleichrichter 110 das Laden und Entladen des Kondensators 88 steuern. Der gesteuerte Gleichrichter 110 wird mit der Zündungs-Triggerschaltung 109 gemäß Fig. 4 ein- und aus­ geschaltet. Fig. 4 wird später näher erläutert.

Wenn der gesteuerte Siliciumgleichrichter 110 im Zustand AUS ist, sind die Dioden 106 und 108 in Sperrichtung vorgespannt und der Kondensator 88 lädt sich über Transistoren 94 und 107, Widerstand 92 und Zenerdiode 90 auf. Wenn der Kondensator 88 seine Ladespannung erreicht, schalten die Transistoren 94 und 106 ab. Wenn der gesteuerte Gleichrichter 110 im Zustand EIN ist, sind die Dioden 106 und 108 in Durchlaßrichtung vorgespannt, also leitend, so daß die Transistoren 94 und 106 auf AUS gehalten werden und der Kondensator 88 entlädt sich durch die Primärwicklung 86.

Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, ist der Aufwärtstransformator 86 pola­ risiert, wie durch die Punkte an zweien der Anschlüsse angedeutet ist, so daß, wann immer der Kondensator 88 sich entlädt, in der Sekundär­ wicklung des Aufwärtstransformators 86 eine Hochspannungsspitze indu­ ziert wird. Die Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 86, die mit einem Punkt markiert ist, liefert ein positiv gehendes Hoch­ spannungspotential an Widerstand 76 und Diode 78. In diesem Zustand ist die Diode 78 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet, so daß die Hochspannung an den Draht 4 angelegt wird.

Wenn der Kondensator 88 anfänglich beginnt, zu laden, ist die Span­ nung über ihm klein und der durchfließende Strom groß. Wie erinner­ lich, wird der zum Kondensator 88 gelieferte Strom durch den Spannungs­ abfall über Widerstand 92 bestimmt. Wenn sich der Kondensator 88 auf­ lädt, steigt die Spannung über ihm und der durchfließende Strom fällt. Da in dieser Situation der Strom durch die Primärwicklung des Trans­ formators 86 in einen nichtgepunkteten Anschluß fließt, wird in der Sekundärwicklung ein negativgehendes Signal induziert. Dadurch wird die Diode 78 in Sperrichtung vorgespannt und der Knoten 74 erhält kein Signal.

Wenn der gesteuerte Siliciumgleichrichter 110 im Zustand EIN ist, entlädt sich der Kondensator 88 durch die Primärwicklung des Trans­ formators 86. Diese Entladung sorgt dafür, daß über der Sekundär­ wicklung des Transformators 86 eine positiv gehende Spannungsspitze induziert wird. Dieser Spannungsverlauf hat eine sehr schnelle Anstiegszeit auf hohe Spannung, beispielsweise 2000 Volt, und dann einen etwas allmählicheren Abfall der Spannung auf 0 Volt hin. Diese Spitze sorgt dafür, daß die Diode 78 in Durchlaßrichtung vor­ gespannt wird, so daß die Spitze zum Knoten 74 hindurchtritt.

Ein Klingeln in der Primärwicklung des Aufwärtstransformators 86 erlaubt es dem gesteuerten Gleichrichter 110, in den Zustand AUS zurückzukehren. Wenn der Kondensator 88 entladen ist und der ge­ steuerte Gleichrichter 110 sich im Zustand AUS befindet, werden die Transistoren 94 und 107 wieder in den Zustand EIN gebracht. Der Kondensator 88 wird dann wie eben geladen, in Vorbereitung für den nächsten Triggerimpuls.

Nun zu der Halte-Stromversorgung 72 in Fig. 3. Dort ist eine Spannungsquelle gezeigt, die mit einem MOSFET-Schalter 108 mit einem Widerstand 80 verbunden bzw. von diesem getrennt werden kann. Diese Spannungsquelle arbeitet mit einem Transformator 110 mit einer Primärwicklung 112, die mit zwei gesteuerten Silicium­ gleichrichtern 114 und 116 verbunden ist. Das Paar von gesteuerten Gleichrichtern kann mit entsprechenden Raten ein- und ausgeschaltet werden, um den Spannungspegel zu kontrollieren, der in der Sekundär­ wicklung 118 des Transformators 110 vorhanden ist.

Die Sekundärwicklung 118 ist über eine Diodenbrücke 120 geschaltet, die für eine Doppelweggleichrichtung des Wechselstromsignals von der Sekundärwicklung 118 sorgt. Eine Drossel 122 und ein Kondensator 124 filtern das Doppelweg-gleichgerichtete Signal und liefern eine Gleichspannung an den Knoten 126. Der Drain des MOSFET 108 ist mit dem Knoten 126 verbunden, und die Source ist mit Widerstand 80 ver­ bunden. Das Gate des MOSFET 108 ist über einen Widerstand 128 und einen Widerstand 130 mit Masse verbunden. Das Gate ist auch mit einer Gate-Treibschaltung 132 verbunden, die in Verbindung mit Fig. 4 noch näher erläutert wird. Schließllich ist der Verbindungs­ punkt der Widerstände 128 und 130 auch mit der Gate-Treibschaltung 132 verbunden.

Der MOSFET 108 ist ein Enhancement-Mode-n-Kanal-Element derart, daß eine positive Spannung zwischen Gate und Source einen Stromfluß vom Drain zur Source ergibt. Umgekehrt, wenn sich die Spannung zwischen Gate und Source dem Wert Null nähert, schaltet der MOSFET 108 ab. Als solches arbeitet der MOSFET 108 also als Schalter in Abhängig­ keit von der angelegten Gate-Source-Spannung. In einigen Fällen wird der MOSFET 108 servo-gesteuert, um den Plasmastrom während des Impulses abzuflachen.

Die Gate-Treibschaltung 132 legt das entsprechende Steuersignal an Gate-Source von MOSFET 108, um den Halte-Impuls-Teil des an den Draht 4 gelegten Signals zu erzeugen.

Wie dargestellt, befindet sich in der Halteimpuls-Stromversorgung 72 ein Widerstandspaar 134, 136, die zwischen Knoten 126 und Masse liegen. Diese Widerstände arbeiten als Spannungsteiler und liefern eine Spannung, bei der es sich um einen vorgegebenen Anteil der Spannung am Knoten 126 handelt, an den Spannungsmonitor 138. Auf diese Weise kann der von der Halteimpulsversorgung 72 gelieferte Spannungspegel festgelegt werden.

In ähnlicher Weise wird ein Strom-Fühl-Widerstand 140 zwischen einen Punkt der Diodenbrücke 120 und Masse geschaltet. Die über dem Strom- Fühl-Widerstand 140 erzeugte Spannung ist proportional dem von der Haltestromversorgung 72 gelieferten Strom. Diese Spannung wird an einen Strommonitor 142 geliefert.

Wie oben diskutiert, ist der gewünschte Spannungsverlauf für den Plasmastrom eine Reihe von Impulsen mit einem vorgegebenen Tast­ verhältnis, von denen jeder Impuls eine anfängliche Hochspannungs­ spitze hat, der ein Halteimpuls mit erheblich niedrigerer konstanter Spannung folgt. Fig. 5 veranschaulicht zwei Perioden eines solchen Spannungsverlaufs. Dieser Spannungsverlauf steht am Knoten 74 der Fig. 3 und ist eine Summe des Triggerimpulses von der Triggerimpuls­ versorgung 70 und des Halteimpulses von der Halteimpulsversorgung 72. Der Betrieb der Zünder-Trigger-Schaltung 109 und der Gate-Treib­ schaltung 132 sollte synchronisiert erfolgen, so daß die Spannungs­ verläufe von jeder Versorgung in der richtigen Folge mit Bezug auf­ einander erzeugt werden. Diese Funktion wird mit der Interface- Schaltung nach Fig. 4 kontrolliert.

Diese Schaltung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Wie erinnerlich, treibt gemäß Fig. 1 der Impulsgenerator 68 die modulierte Stromversorgung 1 als Funktion des vom Dosisratenmonitor 69 gemessenen Strompegels. Die Schaltung nach Fig. 4 sorgt für das Interface zwischen dem Impulsgenerator 68 und den Trigger- und Halte-Stromversorgungen nach Fig. 3. Eine detailliertere Darstellung der Schaltung für den Zündungs­ trigger 109 und den Gate-Treiber 132 ist in Fig. 4 in unterbrochenen Linien eingeschlossen.

Genauer gesagt, der Zündungstrigger 109 verwendet einen photooptischen Anschluß zur Aufnahme von Signalen vom Impulsgenerator 68. Diese Signale treiben einen digitalen Monoflop 146, der seinerseits einen MOSFET 148 betreibt. Seinerseits schaltet der MOSFET 148 den gesteuer­ ten Siliciumgleichrichter 110 aus oder ein, synchron mit dem Signal vom Impulsgenerator 68. In ähnlicher Weise erhält die Gate-Treib­ schaltung 132 Signale vom Impulsgenerator 68 über einen photo­ optischen Anschluß 150. Ihrerseits treiben die empfangenen Signale eine Inverterstufe 152, die zwischen ein isoliertes Paar Spannungs­ versorgungen gekoppelt ist. Wenn der Spannungsverlauf vom Impuls­ generator 68 positiv geht, sorgt der Inverter 152 dafür, daß der Knoten 154 positiver wird. Der Knoten 154 ist an das Gate des MOSFET 108 über Widerstand 155 und Widerstand 129 gekoppelt (vergl. Fig. 3). Der Widerstand 156 ist zwischen Knoten 154 und die negativ isolierte Versorgung gekoppelt, vergl. Fig. 4. Die Verbindung zwischen Widerstand 156 und der negativen Versorgung ist ihrerseits an die Verbindung zwischen Widerstände 128 und 130 gemäß Fig. 3 angeschlos­ sen. Wenn in dieser Konfiguration der Knoten 154 positiv geht, wird über Widerstand 128 eine positive Spannung induziert, und damit über Gate-Source von MOSFET 108. Dadurch schaltet der MOSFET 108 ein.

Umgekehrt, wenn das Signal vom Impulsgenerator 68 logisch Null ist, hört der Inverter 152 auf, zu leiten. Als solche wird die Spannung am Knoten 154 nur durch Signale von der Halteimpuls-Stromversorgung 72 in Fig. 3 bestimmt. Im Effekt resultiert das darin, daß über Wider­ stand 128 Null Voll induziert werden, und dadurch schaltet MOSFET 108 ab. Auf diese Weise sorgt der Impulsgenerator 68 dafür, daß die Halteimpulsversorgung 72 mit dem Knoten 74 verbunden bzw. von diesem getrennt wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden Signale vom Impulsgenerator 68 an gemeinsame photooptische Anschlüsse 144 und 150 gelegt, damit werden die Steuersignale, die von der Zündschaltung 109 und der Gate-Treibschaltung 132 erzeugt werden, synchronisiert. In Relation zum Schalter 66 nach Fig. 2 sind der gemeinsame Treiber für die photooptischen Anschlüsse 144 und 150 und der Betrieb des gesteuerten Gleichrichters 110 und des MOSFET 108 in Antwort darauf, das funk­ tionelle Äquivalent des Schalters 66.

Die photooptischen Anschlüsse 144 und 150 werden dazu verwendet, den Impulsgenerator von den Impuls-Stromversorgungen zu isolieren. Das ist auch der Grund für die Verwendung von isolierten Stromversorgungen zum Speisen der Gate-Treibschaltung 132.

In Fig. 6 ist ein Nebenschluß-Regulator gezeigt, der anstelle der Schaltung 72 verwendet werden kann, bei der es sich um einen Reihen­ regulator handelt. Im Fall der Fig. 6 ist ein Reihenschaltungs- Array von MOSFET-Transistoren 158 in Nebenschluß zwischen den Ausgang der Stromversorgung und Masse geschaltet. Die Stromversorgung ist so ausgelegt, daß der entsprechende Halteimpuls-Spannungspegel gelie­ fert wird. Wenn der Impuls für die gewünschte Zeitspanne angelegt worden ist, wird an die MOSFET-Struktur 158 ein Steuersignal gelegt, so daß die Struktur den Ausgang der Versorgung nach Masse hin kurz­ schließt. Eine Reihenschaltung von Dioden 160 liefert ein Ein-Weg­ gleichgerichtetes Signal an Filterkondensatoren 162. Zenerdioden 164 regulieren den Spannungspegel, der am Knoten 166 steht. Widerstände 168 und Zenerdioden 170 sorgen für eine Vorspannung der MOSFET- Transistoren in der Struktur 158.

Die impulsbreiten-modulierte Plasmastromversorgung, die oben beschrie­ ben worden ist, kann in eine servo-gesteuerte Konfiguration eingebaut werden, um die Dosis enger zu kontrollieren, die von der Ionenplasma- Elektronenkanone nach der Erfindung geliefert wird. In Fig. 7 ist eine solche Konfiguration in vereinfachter funktioneller Form dargestellt. Fig. 7 ist ähnlich der Anordnung nach Fig. 1, nur daß der Impuls­ generator 68 nach Fig. 1 durch einen Dosisraten-Steuerblock 200 in Fig. 7 ersetzt ist, und daß anstelle eines Reihen-Regulators der Nebenschluß-Regulator nach Fig. 6 in Verbindung mit einer Halte- Plasmastromversorgung 202 verwendet wird.

In Fig. 1 ist durch eine unterbrochene Linie angedeutet, daß das Signal vom Dosisratenmonitor 69 mit dem Impulsgenerator 68 gekoppelt ist, wodurch angedeutet wird, daß das Signal vom Dosisratenmonitor 69 den Impulsgenerator 68 indirekt steuert. Genauer gesagt, bestimmt der Benutzer aufgrund des Signals die richtige Impulsbreite für die gewünschte Dosis und stellt den Impulsgenerator 68 entsprechend ein.

Im Kontrast dazu wird in der Konfiguration nach Fig. 7 das Dosisraten­ monitorsignal als das Rückmeldesignal in einer Servoschleife ver­ wendet, in der der Dosisraten-Kontrollblock 200 das Dosisratensignal mit einem Dosisraten-Einstellpunkt und der Bahngeschwindigkeit ver­ gleicht, um automatisch die Impulsbreite zur Kontrolle der modulierten Stromversorgung 1 einzustellen.

Ein Synchronsignal wird gleichzeitig an den Triggerpulser 70 und die Dosisratenkontrolle 200 geliefert. Der Triggerpulser 70 schickt dann einen Triggerimpuls ab, der das Plasma startet. Die Dosisraten­ kontrolle 200 hält ein Eingangssignal an die Halteversorgung 72 aufrecht, so daß die Halteversorgung eingeschaltet bleibt, bis das Integral des Dosisratensignals den eingestellten Dosispegel über­ steigt. An diesem Punkt schaltet die Dosisratensteuerung 200 das Eingangssignal für die Halteversorgung 72 ab, so daß der Plasma­ impuls beendet wird.

Fig. 8 ist ein detaillierteres Schaltbild der Schaltung der bevor­ zugten Ausführungsform des Dosisraten-Steuerblocks 200. Illustriert ist eine Schaltung für einen Integrator 202, einen Komparator 204 und eine Impulsformerschaltung 206. Der Integrator 202 erhält ein Dosisratensignal vom Dosisratenmonitor 69 und integriert es. Der Ausgang des Integrators 202 wird mit einer e-Strahl-Integrations­ schwelle im Komparator 204 verglichen. Die e-Strahl-Integrations­ schwelle wird hier auch als Dosis-Einstellpunkt bezeichnet. Wenn die e-Strahl-Integrationsschwelle vom integrierten Dosisratensignal überschritten wird, wodurch angezeigt wird, daß die richtige Dosis­ rate für die laufende Periode geliefert worden ist, liefert der Komparator 204 ein Signal an die Impulsformerschaltung 206, um die modulierte Stromversorgung 1 in den Zustand AUS zu bringen.

Eine nicht dargestellte Taktschaltung liefert das Synchronsignal auf Leitung 207 an Integrator 202 und Impulsformerschaltung 206, um den Beginn jeder Periode des Impulszuges einzuleiten. Dieses Synchronsignal wird gleichzeitig an den Triggerpulser 70 geliefert. Der Integrator 202 antwortet auf das Signal durch Reinitialisierung seines Zustandes auf Null. Die Impulformerschaltung 206 antwortet durch Rückstellen ihres Zustandes so, daß die modulierte Strom­ versorgung 1 in den Zustand EIN gebracht wird.

Unter Umständen ist ein Betrieb mit offener Schleife erwünscht, und dann kann das Dosisratensignal manuell an den Integrator 202 ge­ gezeigt, die als einstellbare Stromquelle arbeitet, die mit dem Ein­ gang 209 des Integrators 202 mittels eines Schalters 210 verbunden werden kann. Der Schalter 210 hat zwei Stellungen, von denen die erste dafür sorgt, daß das Signal vom Dosisratenmonitor 69 mit dem Eingang 209 des Integrators 202 verbunden ist. In der zweiten Position ist die manuelle Einstellschaltung 208 mit dem Eingang 209 des Integrators 202 verbunden.

Jeder dieser Funktionsblöcke der Fig. 8 wird jetzt näher erläutert. Der Integrator 202 weist eine Verstärkungsstufe 212 auf, die die Dosisratensignale aufnimmt und verstärkt. Eine invertierende Puffer­ stufe 214 korrigiert die Polarität des Signals von der Verstärkungs­ stufe 212.

Die tatsächliche Integration erfolgt in einer Integrationsstufe 216, die auf das Signal von der invertierenden Pufferstufe 214 arbeitet. Die Integrationsstufe 216 weist einen Verstärker 218 mit einem Konden­ sator 220 auf, der zwischen dessen Ausgang und dessen invertierenden Eingang geschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang ist mit Signal- Masse verbunden. Das Signal von der invertierenden Pufferstufe 216 wird mit einem Widerstand 222 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 218 gelegt. Ein MOS-Schalter 224 liegt im Nebenschluß über dem Konden­ sator 220, so daß die Spannung über dem Kondensator 220 als Antwort auf das Synchronsignal auf Null gesetzt werden kann, wenn ein neuer Integrationsvorgang erwünscht ist.

Der Komparator 204 weist eine einstellbare Spannungsteilerschaltung 226 auf, die das e-Strahl-Integrationsschwelle-Signal erzeugt. Genauer gesagt, ein fester Widerstand 228 und ein variabler Widerstand 230 sind in Reihe geschaltet und teilen die Versorgungsspannung auf eine Spannung herab, die für den gewünschten Schwellwertpegel repräsentativ ist. Durch Manipulation des variablen Widerstandes 230 kann der Be­ nutzer die erzeugte Spannung variieren.

Das e-Strahl-Integrationsschwelle-Signal wird an den invertierenden Eingang eines Komparators 232 gelegt. Das integrierte Dosisratensignal wird an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 232 gelegt. Wenn das integrierte Dosisratensignal die e-Strahl-Integrationsschwelle übersteigt, wodurch angezeigt wird, daß die gewünschte Dosis geliefert worden ist, liefert der Komparator 232 einen Ausgangspegel "logisch eins" an die Impulsformerschaltung 206. Umgekehrt, wenn das integrierte Dosisratensignal kleiner ist als die e-Strahl-Integrationsschwelle, liefert der Komparator 232 Ausgangspegel "logisch null".

Die Impulsformerschaltung 206 weist einen D-Flipflop 234 und eine Folger-Treiberstufe 236 auf. Das Signal vom Komparator 232 wird an den Takteingang des Flipflop 234 gelegt. Der D-Eingang des Flipflop 234 ist auf Pegel "logisch eins" gezogen, und der invertierte Ausgang des Flipflop 234 treibt die Folger-Treiberstufe 236.

Der Rücksetzeingang des D-Flipflop 234 erhält das Komplement des Synchronsignals auf Leitung 207 über Inverter 238. Wie erinnerlich, wird das Synchronsignal auch an den Steuereingang des MOS-Schalters 224 geliefert und bewirkt die Entladung des Kondensators 220, wenn ein neuer Integrationsvorgang beginnen soll. Wenn also das Synchronsignal vom Zustand "logisch eins", in dem der Schalter 224 EIN ist, in einen Zustand "logisch null" übergeht, in dem der Schalter 224 AUS ist und der Kondensator 220 lädt, wird der D-Flipflop 234 rückgestellt.

Wenn der D-Flipflop 234 rückgestellt ist, ist sein invertierender Ausgang auf "logisch eins" und Folger-Treibersignal 236 signalisiert der modulierten Stromversorgung 1, den Erregungsimpuls einzuleiten. Bei einer weiteren Ausführungsform der modulierten Stromversorgung 1 nach der Erfindung könnten der Triggerpulser 72 und die Halte­ versorgung 70 nach Fig. 7 durch eine stromgeregelte Versorgung er­ setzt werden, die eine Maximalspannung entsprechend der hat, die für den Triggerimpuls gefordert wird. Die stromgeregelte Versorgung würde anstelle der Halte-Plasmastromversorgung 202 nach Fig. 7 in Verbindung mit dem Nebenschlußregulator 201 verwendet. Wenn der Nebenschlußregulator 201 nach Fig. 7 ausgeschaltet wird, steigt die stromgeregelte Stromversorgung auf ihren maximalen Spannungspegel, bis die Plasmaentladung geformt ist. Danach stellt sich die strom­ geregelte Versorgung darauf ein, den voreingestellten Strom auf einem niedrigeren Haltespannungspegel zu liefern.

Das Ganze sorgt dafür, daß ein Strahl erzeugt wird und eine Dosis an das Target oder Produkt geliefert wird. Der Dosisratenmonitor 69 mißt die angelegte Dosis und liefert ein diese repräsentierendes Dosisratensignal an den Dosisratensteuerblock 200. Der Integrator 218 im Dosisratensteuerblock 200 integriert dieses Signal und liefert das Integral an den Komparator 204. Wenn das Integral die e-Strahl­ Integrationsschwelle übersteigt, liefert der Komparator 204 einen positiv gehenden Taktimpuls an den D-Flipflop 234. Das sorgt dafür, daß der D-Flipflop 234 den Logikzustand speichert, der am D-Eingang angeboten wird, in diesem Falle logisch eins, und liefert am inver­ tierenden Ausgang logisch null. Seinerseits liefert der Folger- Treiber 235 ein Signal an den Nebenschlußregulator 200, um diesen zu veranlassen, einzuschalten. Der Nebenschlußregulator 200 leitet den Strom ab, der die Plasmaentladung aufrechterhalten hat. Das Plasma verschwindet und der Elektronenstrahl endet. Das beendet den Impuls für die Impulsperiode. Das wird in der nächsten Impulsperiode wiederholt.

Auf diese Weise wird ein servogesteuertes System geschaffen.

Claims (9)

1. Ionenplasma-Elektronenkanone mit

• - einem elektrisch leitenden, evakuierten Gehäuse, das eine erste und eine zweite Kammer bildet, die einander benachbart sind und eine Öffnung zwischen sich besitzen;
• - einer Einrichtung (4) zum Erzeugen positiver Ionen in der ersten Kammer (12);
• - einer in der zweiten Kammer (13) angeordneten Kathode (6), die mit Abstand von dem Gehäuse und von diesem isoliert angebracht ist und eine Sekundärelektronen-Emissionsfläche (5) besitzt;
• - einer Einrichtung (8, 9) zum Anlegen einer negativen Hochspannung zwischen die Kathode (6) und das Gehäuse, damit die Kathode (6) die positiven Ionen aus der ersten Kammer (12) in die zweite Kammer (13) zieht, so daß sie auf die Emissionsfläche (5) der Kathode (6) auftreffen und veranlassen, daß die Emissionsfläche Sekundärelektronen emittiert;
• - einer elektrisch leitenden, elektronendurchlässigen Folie (2), die sich über eine Öffnung in dem Gehäuse an der Seite der ersten Kammer (12), die der Kathode (6) zugewandt ist, erstreckt und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine Anode für die Sekundärelektronen zu bilden und zu veranlassen, daß die Sekundär­ elektronen in Form eines Elektronenstrahls durch die Folie (2) hindurchgelangen;
• - einem elektrisch leitenden Extraktionsgitter (16), das in der zweiten Kammer (13) benachbart der Sekundärelektronen-Emissions­ fläche (5) der Kathode (6) montiert ist und an das Gehäuse ange­ schlossen ist, um ein elektrostatisches Feld an der Oberfläche zu erzeugen und zu veranlassen, daß von dort kommende Sekundärelektronen durch die Öffnungen in dem Gitter (16) in die erste Kammer (12) hineingelangen; und
• - einem elektrisch leitenden Traggitter (15), das in der ersten Kammer (12) der Folie benachbart montiert ist sowie an die Folie und das Gehäuse angeschlossen ist, wobei das Gitter (15) die Folie (2) trägt und gemeinsam mit dem Extraktionsgitter (16) die Sekundärelektronen auf die Folie zu beschleunigt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der ein Impuls von Sekundärelektronen durch Variation der Zeit­ spanne erzeugt wird, in der die Sekundärelektronen durch die Folie hindurchtreten.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der durch die Folie hindurchtretenden Sekundärelektronen im wesentlichen konstant gehalten wird, während der Zeitbruchteil variiert wird, während dessen die Sekundärelektronen hindurchgelassen werden.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärelektronen veranlaßt werden, auf eine stehende oder laufende Materialbahn in der Nachbarschaft des Folienfensters aufzuprallen, so daß diese mit den Sekundärelektronen bestrahlt wird.

4. Elektronenkanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitbruchteil, während dessen Sekundärelektronen hindurchgelassen werden und damit auf die stehende oder laufende Materialbahn auf­ treffen, variiert wird, um einen Impuls der Art zu erzeugen, daß eine Längeneinheit Bahnmaterial eine Dosis von Sekundärelektronen erhält, die über einen Bereich von 100 zu 1 der Dosis einstellbar ist, die sie erhalten würde, wenn das Basismaterial mit den Sekundär­ elektronen kontinuierlich bestrahlt würde.

5. Elektronenkanone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Minimalimpuls aus Sekundärelektronen durch die Zeit bestimmt ist, die dazu benötigt wird, ein die Plasmakammer erfüllendes Plasma zu bilden.

6. Verfahren zur Erzeugung von Sekundärelektronen von einer Ionenplasma- Elektronenkanone,während die Dosis der Sekundärelektronen variiert wird, die auf eine stehende oder laufende Materialbahn auftreffen, die mit der Ionenplasma-Elektronenkanone bestrahlt werden kann, die besteht aus:
einer Ionenplasma-Elektronenkanonen-Anordnung, die ihrerseits auf­ weist ein elektrisch leitendes, evakuiertes Gehäuse, das eine erste und eine zweite Kammer bildet, die einander benachbart sind und eine Öffnung zwischen sich besitzen; eine Einrichtung (4) zum Erzeugen positiver Ionen in der ersten Kammer (12); eine in der zweiten Kammer (13) angeordnete Kathode (6), die mit Abstand von dem Gehäuse und von diesem isoliert angebracht ist und eine Sekundär­ elektronen-Emissionsfläche (5) besitzt; eine Einrichtung (8, 9, 10) zum Anlegen einer negativen Hochspannung zwischen die Kathode (6) und das Gehäuse, damit die Kathode (6) die positiven Ionen aus der ersten Kammer (12) in die zweite Kammer (13) zieht, so daß sie auf die Emissionsfläche (5) der Kathode (6) auftreffen und veranlassen, daß die Emissionsfläche Sekundärelektronen emittiert; eine elektrisch leitende, elektronendurchlässige Folie (2), die sich über eine Öffnung in dem Gehäuse an der Seite der ersten Kammer (12), die der Kathode (6) zugewandt ist, erstreckt und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine Anode für die Sekundärelektronen zu bilden und zu veranlassen, daß die Sekundärelektronen in Form eines Elektronenstrahls durch die Folie (2) hindurchgelangen; ein elektrisch leitendes Extraktionsgitter (16), das in der zweiten Kammer (13) benachbart der Sekundärelektronen-Emissionsfläche (5) der Kathode (6) montiert ist und an das Gehäuse angeschlossen ist, um ein elektro­ statisches Feld an der Oberfläche zu erzeugen und zu veranlassen, daß von dort kommende Sekundärelektronen durch die Öffnungen in dem Gitter (16) in die erste Kammer (12) hineingelangen; und ein elektrisch leitendes Traggitter (15), das in der ersten Kammer (12) der Folie benachbart montiert ist sowie an die Folie und das Gehäuse ange­ schlossen ist, wobei das Gitter (15) die Folie (2) trägt und in sich Öffnungen aufweist, die vorzugsweise mit den Öffnungen in dem Extraktionsgitter (16) ausgerichtet sind, um gemeinsam mit diesem die Sekundärelektronen auf die Folie zu beschleunigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne variiert wird, in der die Sekundärelektronen durch die Folie hindurchtreten, um einen Impuls der Sekundärelektronen zu erzeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Sekundärelektronen, die durch die Folie hindurchtreten, im wesentlichen konstant gehalten wird, während der Zeitbruchteil variiert wird, während dessen die Sekundärelektronen emittiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeit­ bruchteil, während dessen Sekundärelektronen durch die Folie hindurch­ treten und damit auf die stehende oder laufende Materialbahn auf­ treffen, variabel über einen Bereich von 100 zu 1 der Dosis ein­ stellbar ist, die die Materialbahn erhalten würde, wenn das Bahn­ material kontinuierlich mit den Sekundärelektronen bestrahlt werden sollte.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalimpuls aus Sekundärelektronen durch die Zeit bestimmt wird, die dazu benötigt wird, ein die Plasmakammer erfüllendes Plasma zu bilden.