Nguồn ion chùm tia rộng kiểu Kaufman ra đời vào khoảng năm 1960 tại Mỹ và Liên xô trong Ch−ơng trình nghiên cứu chế tạo động cơ phản lực cho các phi thuyền không gian.
Sơ đồ nguyên lí của nguồn ion chùm tia rộng và bộ điều khiển (nguồn điện ) đ−ợc trình bày trên hình 1.10. Khí công tác đ−ợc đ−a vào buồng phóng điện, tại đó các điện tử phát ra từ cathode đ−ợc gia tốc bởi điện tr ờng giữa cathode-anode tới − năng l−ợng cao sẽ va đập và làm ion hoá các nguyên tử hay phân tử khí công tác. Các ion trong buồng phóng điện sẽ đ−ợc chiết ra khỏi buồng phóng điện bởi hệ thống “quang học ion” (tạo thành bởi các l−ới chắn và l−ới gia tốc) và đ ợc gia tốc − tạo thành chùm tia ion. Các lỗ trên các l−ới phải đ−ợc bố trí sao cho l−ới chắn bảo vệ cho các l−ới gia tốc tránh khỏi sự bắn phá trực tiếp của các ion trong quá trình hoạt
động. Để tránh hiện t−ợng phóng điện hồ quang trong buồng chân không, chùm tia ion đ−ợc bù điện tích không gian bằng các điện tử phát ra từ sợi đốt trung hoà. Phóng điện hồ quang có thể trực tiếp làm hỏng bề mặt chi tiết quang, hoặc gây bẩn bề mặt bởi phún xạ các chi tiết kim loại trong buồng chân không. Ngoài ra việc bù điện tích không gian của chùm tia còn nhằm giảm độ phân kì không mong muốn của chùm ion trên bề mặt đế.
Cathode và sợi đốt trung hoà của nguồn ion Kaufman là sợi Vonfram đ−ợc đốt nóng bởi dòng điện lên trên 20000C để phát xạ nhiệt điện tử. Buồng phóng điện và
hệ thống “quang học ion” là hai thành phần chủ yếu tạo nên nguồn ion, và là đối t−ợng của những cải tiến công nghệ không ngừng.
Để nâng cao hiệu suất ion hoá của buồng phóng điện, tức là tạo ra nhiều ion hơn trên một đơn vị điện năng, đã có rất nhiều cải tiến liên quan đến cấu hình của nó. Tất cả các cấu hình này đều sử dụng bẫy từ tr−ờng để tăng chiều dài quãng đ−ờng chuyển động của điện tử trong plasma, qua đó nâng cao hiệu suất ion hoá của các điện tử. Từ tr−ờng có thể tạo ra bằng nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện.
Các nguồn ion Kaufman tiêu chuẩn cho dòng ion 20-500mA, góc mở của chùm ion khoảng 120, đ−ờng kính chùm tia từ 5-40cm, năng l−ợng ion có thể điều khiển trong khoảng 100-1200eV. Tuy nhiên khi chế tạo màng mỏng quang học chất l−ợng cao, nguồn ion Kaufman bộc lộ một số nh−ợc điểm quan trọng:
• Vì chùm tia ion có góc mở khá nhỏ nên.không thể sử dụng cho chi tiết quang có kích th−ớc lớn, hay sản xuất loạt lớn.
• Các l−ới gia tốc và l ới chắn bị ăn mòn nhanh do phún xạ. Việc thay l− −ới tốn kém và tốn nhiều thời gian. Ngoài ra vật liệu phún xạ từ l−ới còn gây bẩn các màng mỏng trên chi tiết quang.