CN110189977A - 离子检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子检测器，其能够抑制离子检测器中的电子倍增机构的时效老化。该离子检测器作为电子倍增机构具备：使响应离子入射而释放的二次电子倍增的倍增极单元；和具有电子倍增功能的半导体检测器。而且，在从倍增极单元向半导体检测器去的二次电子的轨道上，配置有具有使二次电子通过的开口的聚焦电极，该聚焦电极以将来自倍增极单元的二次电子引导到半导体检测器的电子入射面上的方式发挥功能。

Description

离子检测器

技术领域

本发明涉及具有电子倍增机构的离子检测器。

背景技术

一直以来在ICP质量分析(ICP-MS：Inductively Coupled Plasma MassSpectrometry)等技术领域利用了离子检测器。特别是，在应用于微量离子的检测的离子检测器中，为了将作为带电粒子的离子的检测量作为电信号进行检测而包括电子倍增机构，该电子倍增机构响应离子而入射产生二次电子，通过将产生的二次电子级联倍增到能够检测的电平，生成与离子量相应的电信号。其中，在ICP-MS装置中，为了能够在离子检测中实现超过9位数的广动态量程，设置有用于从级联倍增二次电子的电子倍增机构的任意的部位取出二次电子的多个输出端口(多模式输出)。

作为这种多模式的离子检测器，例如，在专利文献1中公开了一种双模式的离子检测器，其中，电子倍增机构由20级以上的倍增极(dynode)构成，在该电子倍增机构的不同的位置设置有2个输出端口。

专利文献1中公开的双模式的离子检测器的2个输出端口中的、在电子倍增率低的阶段取出电信号的输出端口被称为模拟端口(以下记作“模拟模式输出端子”，将来自该输出端子的信号输出记作“模拟模式输出”)。另一方面，进一步电子倍增后取出电信号的输出端口被称为计数端口(以下记作“计数模式输出端子”，将来自该输出端子的信号输出记作“计数模式输出”)。即，双模式的离子检测器，是通过在2个电子倍增率不同模式的输出端子中择一地使用任一个，能够根据要检测的离子的量而切换信号输出模式的离子检测器。

具体来说，在专利文献1所示的双模式的离子检测器中，模拟模式输出是当离子量大时的输信号出，为了将电子倍增率抑制到较低，到达多级构成的倍增极中位于中间的倍增极(以下记作“中间倍增极”)的二次电子的一部分被相邻的阳极电极捕获。另一方面，计数模式输出是离子量少时的信号输出，为了确保足够的电子倍增率，从最后级倍增极输出的二次电子被阳极电极捕获。

[现有技术文献]

专利文献

专利文献1：美国专利第5463219号公报

发明内容

[发明要解决的技术问题]

发明者们对现有的离子检测器、特别是具有电子倍增机构的双模式的离子检测器进行了详细的研究，其结果，发现了以下的技术问题。

即，在上述专利文献1所示的双模式的离子检测器中，在从模拟模式输出用的中间倍增极至最后级倍增极之间，为了使计数模式输出确保足够的电子倍增率，要准备相当数量的倍增极。但是，与从初级倍增极至中间倍增极的前级部分的电子碰撞相比，从中间倍增极至最后级倍增极的后级部分的电子碰撞显著变多。通常而言，构成双模式的离子检测器的电子倍增机构的倍增极的级数，是应用于一般的电子倍增管的倍增极的级数的2倍以上(20级以上)。因此，在后级部分的倍增极表面，伴随电子碰撞会附着大量的碳(Carboncontamination)。由于这种结构上的特征，后级部分的电子倍增率的下降速度比前级部分的电子倍增率的下降速度快(计数模式输出的有效工作期间比模拟模式输出的有效工作期间短)。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种具备用于有效抑制电子倍增机构的时效老化的结构的离子检测器。

[用于解决技术问题的方法]

本实施方式的离子检测器具备如下结构，即，其不仅能够进行模拟模式输出和计数模式输出这两者的双模式工作，而且能够进行专用于计数模式输出的单模式工作，并且能够有效抑制电子倍增机构的时效老化。具体来说，该离子检测器具备：离子入射部、转换倍增极、倍增极单元、第1电子检测部、和聚焦电极。离子入射部将作为带电粒子的离子取入到该离子检测器内。转换倍增极配置在经由离子入射部取入的离子要到达的位置，响应离子的入射而释放二次电子。倍增极单元由沿规定的电子倍增方向配置的多级的倍增极构成，其用于将从转换倍增极释放的二次电子级联倍增。其中，至少由转换倍增极和倍增极单元构成该离子检测器的电子倍增机构。第1电子检测部包括具有电子倍增功能的半导体检测器，该半导体检测器配置在从倍增极单元中所含的最后级倍增极释放的二次电子要到达的位置。聚焦电极配置在从最后级倍增极向第1电子检测部去的二次电子的轨道上，具有用于使从该最后级倍增极释放的二次电子通过的开口。

另外，根据以下的详细说明和附图能够进一步充分地理解本发明的各实施方式。这些实施例只是例示，并不该认为它们限定了本发明。

另外，根据以下的详细说明能够明白本发明的进一步的应用范围。但是，虽然详细的说明和特定的事例表示本发明的优选的实施方式，但是这些仅仅是例示，很显然，对于本领域技术人员来说，根据这些详细说明，本发明范围内的各种变形和改良是显而易见的。

[发明效果]

根据本发明，通过用具有电子倍增功能的半导体检测器来替代由多级倍增极构成的电子倍增机构中的后级部分的至少一部分，能够有效抑制该电子倍增机构的时效老化。特别是，在双模式的离子检测器中，能够改善电子倍增机构中的对计数模式输出有贡献的部分的电子倍增率的下降(时效老化)。

附图说明

图1是表示本实施方式的离子检测器的主要部位的代表性结构例的截面图。

图2是说明本实施方式的离子检测器的栅极功能的图。

图3是作为本实施方式的离子检测器和比较例的离子检测器的时间特性而表示各自的计数模式输出的波形的曲线图。

图4是用于说明本实施方式的离子检测器中的基极部的代表性结构的组装工序图。

图5是用于说明本实施方式的离子检测器的代表性结构例的组装工序图。

图6是用于说明经图4和图5所示的工序得到的离子检测器的结构的立体图和截面图。

图7是表示本实施方式的离子检测器中的基极部(特别是第1支承基板)的另一结构例的立体图和使用了该基极部的离子检测器的截面图。

图8是表示能够使用于本实施方式的第2电子检测部(模拟模式输出)的各种电极结构的例子的图。

图9是表示本实施方式的离子检测器的各种变形例的截面图。

符号说明

100A、100B、100C、100D…离子检测器

110…离子入射部

120…转换倍增极(conversion dynode)

130…倍增极单元(DY1～DY15)

DY11…中间倍增极

DY15…最后级倍增极

131A～131D…壁部(最后级倍增极DY15的一部分)

140…聚焦电极

150…AD(雪崩二极管)

160…栅极倍增极(gate dynode)组(DY12～DY15)

170…阳极电极(第2电子检测部)

230…泄放电路(bleeder circuit)

240…栅极部

500A、500B…基极部

510A…第1支承基板

510B…第2支承基板

521…计数模式输出端子(计数端口)

600…电极单元

610A、610B…绝缘性支承基板

640…金属板(泄放电路230)

660A…倍增极供给销

660B…栅极供给销

700…第2电子检测部

710…模拟模式输出端子(模拟端口)。

具体实施方式

[本发明的实施方式的说明]

首先，对本发明实施方式的内容以分别单独列举的方式进行说明。

(1)本实施方式的离子检测器具备如下结构，即，其不仅能够进行模拟模式输出和计数模式输出这两者的双模式工作，而且能够进行专用于计数模式输出的单模式工作，并且能够有效抑制电子倍增机构的时效老化。特别是，作为本实施方式的一个方式，该离子检测器具备：离子入射部、转换倍增极、倍增极单元、第1电子检测部、和聚焦电极。离子入射部将作为带电粒子的离子取入到该离子检测器内。转换倍增极配置在经由离子入射部取入的离子要到达的位置，其响应离子的入射释放二次电子。倍增极单元由沿规定的电子倍增方向配置的多级的倍增极构成，其用于将从转换倍增极释放的二次电子级联倍增。其中，至少由转换倍增极和倍增极单元构成该离子检测器的电子倍增机构。第1电子检测部包括具有电子倍增功能的半导体检测器，该半导体检测器配置在从倍增极单元中所含的最后级倍增极释放的二次电子到达的位置。聚焦电极配置在从最后级倍增极向第1电子检测部去的二次电子的轨道上，具有用于使从该最后级倍增极释放的二次电子通过的开口。

(2)作为本实施方式的一个方式，优选：倍增极单元中所含的最后级倍增极具有沿与上述电子倍增方向交叉的方向延伸的第1壁部。在该情况下，聚焦电极和半导体检测器分别沿由最后级倍增极的上述第1壁部偏转后的二次电子的行进方向配置。另外，作为本实施方式的一个方式，也可以是：倍增极单元中所含的最后级倍增极的第1壁部沿与上述电子倍增方向正交的方向延伸。在这种情况下，聚焦电极优选以开口的中心通过电子入射面的中心的第1法线与电子倍增方向正交的方式配置。同样，半导体检测器优选以通过该半导体检测器的电子入射面的中心的第2法线与电子倍增方向正交的方式配置。而且，作为本实施方式的一个方式，聚焦电极和半导体检测器优选分别以第1法线和第2法线沿上述电子倍增方向错开的方式配置。

如上所述，设置于最后级倍增极的第1壁部具有使从该最后级倍增极释放的二次电子的轨道相对于电子倍增方向偏转的功能，所以，能够任意地设定聚焦电极和半导体检测器相对于倍增极单元的设置位置。另外，考虑到该离子检测器的小型化，第1壁部优选沿与电子倍增方向正交的方向延伸。但是，在该情况下，为了更准确地控制二次电子的轨道，聚焦电极和半导体检测器以第1法线和第2法线沿电子倍增方向错开的方式配置。

(3)另一方面，作为本实施方式的一个方式，聚焦电极也可以以通过其开口的中心的第3法线与电子倍增方向平行的方式配置。同样，半导体检测器也可以以通过该半导体检测器的电子入射面的中心的第4法线与电子倍增方向平行的方式配置。

(4)作为本实施方式的一个方式，聚焦电极可以具有沿与上述电子倍增方向交叉的方向延伸的第2壁部。通过该第2壁部的存在能够提高该离子检测器内的屏蔽效应。

(5)作为本实施方式的一个方式，该离子检测器优选将装载各部件的基极部分割为多个基板。例如，在该基极部由第1和第2支承基板构成的情况下，在第1支承基板上至少装载有包括转换倍增极、倍增极单元和聚焦电极的电极单元。另外，在第2支承基板上至少装载有第1电子检测部，并且，该第2支承基板与第1支承基板呈电绝缘的状态。在这种情况下，多个支承基板彼此电绝缘，所以能够有效抑制爬电的发生。另外，作为本实施方式的一个方式，第1和第2支承基板的相对位置以第1和第2支承基板可物理分离的状态被固定。在本实施方式的情况下，用于获得计数模式输出的电子倍增功能(例如，在专利文献1所示的结构中，倍增极单元的后级部分的电子倍增功能)是由半导体检测器担当的。在这种情况下，因电子入射面上的碳附着(carbon contamination)，需要更换半导体检测器。因此，通过将装载电极单元的支承基板与装载半导体检测器的支承基板预先物理分离，该离子检测器中的部件更换变得容易。

(6)作为本实施方式的一个方式，该离子检测器也可以进一步具备第2电子检测部，该第2电子检测部具有用于捕获二次电子的至少一部分的电极。即，在具备如上所述的第1电子检测部的结构(至少能够进行计数模式输出的单模式结构)的基础上，通过进一步具备其他的电子检测部，能够进行多模式的离子检测。其中，如果限定于双模式的话，第2电子检测部的电极优选与构成倍增极单元的倍增极中的最后级倍增极以外的任意中间倍增极相邻地配置。在这种情况下，利用该电极捕获到达中间倍增极的二次电子的至少一部分。另一方面，作为本实施方式的一个方式，第2电子检测部的电极也可以包括与构成倍增极单元的倍增极中的最后级倍增极以外的任意中间倍增极。在这种情况下，作为第2电子检测部的电极发挥功能的中间倍增极是接地(GND)的。

以上，在该[本发明的实施方式的说明]的栏目中列举的各个方式能够分别应用于其余的全部的各个方式、或者这些其余的方式的全部的组合。

[本发明的实施方式的详情]

以下，参照附图对本发明的离子检测器的具体例进行详细说明。另外，本发明并不限定于这些示例，而是由权利要求的范围进行表示，其意图在于包含与专利权利要求范围等同的意思和范围内的所有的变更。另外，在附图说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，省略重复说明。

(第1实施方式)

图1是表示1实施方式的离子检测器100A的主要部位的代表性结构例的截面图。另外，图2是说明图1所示的第1实施方式的离子检测器100A的栅极功能的图。特别是，图2(a)表示包含栅极部240的泄放电路230的结构；图2(b)表示图2(a)中的区域A所示的部分，特别是阳极电极170的另一结构；图2(c)是表示用于实现栅极功能的各电极的电位设定的一例的曲线图。

如图1所示，第1实施方式的离子检测器100A具备：离子入射部110、转换倍增极120、由多级倍增极DY1～DY15构成的倍增极单元130、聚焦电极140、和作为第1电子检测部中所含的半导体检测器的雪崩二极管(以下记作“AD”)150。其中，AD150是具有使到达电子入射面151的二次电子倍增的功能的半导体器件。而且，该离子检测器100A具备构成第2电子检测部700(参照图5)的一部分的阳极电极170。由该AD150电子倍增后的电子从第1电子检测部的AD150经由耦合电容作为电信号被输出(计数模式输出)。另外，由该阳极电极170捕获的二次电子从第2电子检测部700的阳极电极170经由耦合电容作为电信号被输出(模拟模式输出)。

离子入射部110具备：用于将作为带电粒子的离子取入到该离子检测器100A的内部的入射口110A；和用于将取入的离子引导到转换倍增极120的出射口110B。通过调节该入射口110A和出射口110B的相对位置，能够控制向转换倍增极120去的离子的轨道(离子入射部110的离子轨道控制功能)。转换倍增极120是发挥如下功能的电极，其响应由离子入射部110控制了轨道的离子的入射将二次电子释放到该离子检测器100A内。倍增极单元130由沿规定的电子倍增方向AX1分别配置的多级倍增极DY1～DY15构成。即，从转换倍增极120释放的二次电子入射到第1级倍增极DY1之后，从该倍增极DY1向最后级倍增极DY15级联倍增。聚焦电极140是用于将从最后级倍增极DY15释放的二次电子引导至AD150的电子入射面151的电极，具有用于使该二次电子通过的开口141。

阳极电极170与构成倍增极单元130的倍增极中的第11级倍增极(以下记作“中间倍增极”)DY11相邻地配置。另外，在中间倍增极DY11设置有用于使到达该中间倍增极DY11的二次电子的一部分向阳极电极170通过的网眼结构132。另一方面，中间倍增极DY11以后的倍增极、即第12级倍增极DY12～最后级倍增极DY15的电极组构成栅极倍增极组160，该栅极倍增极组160作为构成栅极部240(参照图2(a))的一部分的栅极电极发挥功能。其中，栅极部240通过在任意的时刻调节栅极电极的设定电位，能够切换控制从中间倍增极DY11向AD150去的二次电子的通过和切断，该栅极部只要包括至少一个倍增极(实质上至少为最后级倍增极DY15)作为栅极电极即可。

在图1的结构例中，由上述转换倍增极120、构成倍增极单元130的多级倍增极DY1～DY15、和聚焦电极140构成电极单元600(参照图5)。另外，从转换倍增极120至第11级的中间倍增极DY11的前级部分，能够得到1～10⁵程度的增益。栅极部240中所含的栅极倍增极组160(第12级倍增极DY12～最后级倍增极DY15)是实质上用于实现栅极功能的栅极电极，所以增益只要为1～20程度即可。AD150的增益为5×10³～10⁴程度即可。这样，本实施方式中，由AD150实现现有的倍增极单元中的电子倍增功能的一部分，所以，在从转换倍增极120至中间倍增极DY11的前级部分、和从第12级倍增极DY12至最后级倍增极DY15的后级部分(栅极倍增极组160)，电子倍增能力是不同的。具体来说，包括转换倍增极120的前级部分的电子倍增率大于后级部分的电子倍增率(栅极倍增极组160的电子倍增率)。换言之，包括转换倍增极120的前级部分的倍增极的级数多于后级部分的倍增极的级数。

在最后级倍增极DY15设置有壁部131A，该壁部131A以将从最后级倍增极DY15释放的二次电子的轨道修正到与电子倍增方向AX1交叉的方向的方式发挥功能。在图1的结构例中，考虑到该离子检测器100A的小型化，壁部131A沿与电子倍增方向AX1正交的方向延伸。聚焦电极140以通过开口141的中心的法线AX2与电子倍增方向AX1正交的方式配置。另外，AD150也以通过电子入射面151的中心的法线AX3与电子倍增方向AX1正交的方式配置。另外，为了更准确地控制二次电子的轨道，聚焦电极140和AD150以各自的法线AX2、AX3沿电子倍增方向AX1错开的方式配置。

关于转换倍增极120以及构成倍增极单元130的倍增极DY1～DY15的各电位，由例如图2(a)所示的泄放电路230设定。即，转换倍增极120侧被设定为V1(＜GND)，最后级倍增极DY15侧被设定为V2(＞GND)。在倍增极DY1～DY14，利用直接连接的各电阻的电压降低来设定规定的电位。其中，构成栅极倍增极组160的倍增极DY12～DY15的电位设定是由栅极部240进行的。在图2(a)的例子中，第12级倍增极DY12的电位被设定为V3(＜V2)。栅极部240具有用于将最后级倍增极DY15的电位在电位V2与电位V3之间切换(模式切换)的开关SW。在此，由于第11级的中间倍增极DY11的电位比第12级的倍增极DY12的电位V3低，所以，阳极电极170的电位只要比V3高即可。作为一例，在第12级倍增极DY12接地(GND)的情况下，阳极电极170的电位被设定为正电位(＞GND)。

在计数模式输出的情况下，从转换倍增极120至最后级倍增极DY15的各电极的电位是以图2(c)中的曲线图G210所示的方式设定。另外，聚焦电极140的电位是由与图2(a)所示的泄放电路230不同的别的电源来设定。另一方面，当利用开关SW进行从计数模式输出到模拟模式输出的模式切换时，构成栅极倍增极组160的倍增极DY12～DY15的电位全部被设定为V3(图2(c)的曲线图G211A)。阳极电极170的电位被设定得比V3高，所以能够利用栅极部240实现屏蔽二次电子的功能。另外，图2(c)的曲线图G211A表示了将倍增极DY12～DY15设定为共同的V3的情况，但也可以通过将第12级倍增极DY12设定为V3(＝GND)、并将最后级倍增极DY15设定为V3(＜GND)，来形成如曲线图G211B那样的电位梯度。不论在哪种情况下，本实施方式都通过具有这种实现二次电子的屏蔽的栅极部240，能够得到来自模拟模式输出端子的可靠的信号输出，并且能够有效地抑制AD150的劣化。

图3是作为本实施方式的离子检测器和比较例的离子检测器的时间特性而表示各自的计数模式输出的波形的曲线图。图3中，横轴表示时间(ns)，纵轴表示输出电压(a.u.)。另外，曲线图G310表示本实施方式的离子检测器100A的计数模式输出的波形，曲线图G320表示比较例的离子检测器(上述专利文献1)的计数模式输出的波形。另外，曲线图G310和曲线图G320是以各自的峰值一致的方式进行了标准化后的曲线图。

在比较例的离子检测器中，用于获得计数模式输出的各电极的设定电位遵从上述专利文献1的记载。另一方面，在本实施方式的离子检测器100A中，用于获得计数模式输出的各电极的设定电位落在后述的范围内。在比较例中，作为模拟模式输出使用由电子倍增机构中的前级部分倍增后的二次电子，作为计数模式输出使用由前级部分和连接于该前级部分的后级部分这两者倍增后的二次电子。与之相对地，本实施方式的离子检测器100A中，虽然电子倍增机构中的用于获得模拟模式输出的前级部分的结构与比较例相似，但是与比较例的后级部分(电子倍增功能)相当的部分是由AD150来担当的，其排除了作为栅极电极发挥功能的一部分的倍增极。这样，用于获得计数模式输出的电子倍增机构中的特别是后级部分的结构差异在图3呈现为曲线图G310和曲线图G320的形状上的差别。

即，在图3中，表示比较例的时间特性的曲线图G320的半峰全宽为8ns，而表示本实施方式的时间特性的曲线图G310的半峰全宽为5ns。这样，根据本实施方式，由AD150来担当将用于获得计数模式输出的电子倍增机构的一部分(除了作为栅极电极发挥功能的倍增极以外的后级部分)的电子倍增功能，由此，能够抑制因该二次电子到达捕获二次电子的电极或入射部位的到达时间的偏差而导致的输出信号的时间上的延长，显著提高离子检测器的时间特性。

接着，参照图4和图5说明第1实施方式的离子检测器100A的组装工序。其中，图4是用于说明第1实施方式的离子检测器100A中的基极部500A的代表性结构的组装工序图。图5是用于说明第1实施方式的离子检测器100A的代表性结构例的组装工序图。

如图4所示，基极部500A具备以电绝缘的状态彼此固定的第1支承基板510A和第2支承基板510B。第1支承基板510A上装载有主要包括转换倍增极120、倍增极单元130和聚焦电极140的电极单元600(参照图5)。另一方面，在第2支承基板510B上装载有AD150。

第1支承基板510A具有后方部分垂直立起的形状，在面对第2支承基板510B的位置设置有开口513。在第1支承基板510A的前方部分设置有用于支承装载于电极单元600的离子入射部110的支承部511，并且设置有用于规定电极单元600的装载位置的定位狭缝512A。另一方面，在第1支承基板510A的后方部分也设置有用于规定电极单元600装载位置的定位孔512B。而且，在开口513的周边形成有用于规定第2支承基板510B的固定位置的固定用孔514。

在第2支承基板510B的上表面(面对被保持于电极单元600的聚焦电极140的面)上装载有AD150，并且以包围该AD150的方式形成有电压施加用的电极垫。耦合电容525的一端与第2支承基板520B的背面连接，另一方面，该耦合电容525的另一端插入到计数模式输出端子(计数端口)521。另外，在第2支承基板520B的周围形成有与固定用孔514对应地设置的固定用孔515。

以使固定用孔515的位置与固定用孔514的位置一致的状态，第2支承基板510B经由绝缘间隔件530置于第1支承基板510A上。在该状态下，以从第2支承基板510B的上表面侧贯通固定用孔515、绝缘间隔件530、固定用孔514的方式插入螺栓520。而且，通过在从第1支承基板510A的背面侧伸出的螺栓520的前端安装螺母540，将第1支承基板510A与第2支承基板510B的相对位置固定。

如上所述，第1支承基板510A与第2支承基板510B通过绝缘间隔件530电绝缘，所以能够有效地抑制爬电的发生。另外，第2支承基板510B以与第1支承基板510A可物理分离的状态被固定。因此，在因电子入射面151上的碳附着而需要更换AD150的情况下，该AD150的更换变得容易。

而且，如图5所示，电极单元600具备一对绝缘性支承基板610A、610B，其用于将离子入射部110、转换倍增极120、构成倍增极单元130的倍增极DY1～DY15、聚焦电极140、和包括阳极电极170的第2电子检测部700一体地把持。

在一对绝缘性支承基板610A、610B中的绝缘性支承基板610A的后方部分，设置有要插入到设置于第1支承基板510A的后方部分的定位孔512B的固定片611B。另外，在绝缘性支承基板610A的前方部分设置有：要插入到设置于第1支承基板510A的后方部分的定位狭缝512A的固定片611A；和用于将离子入射部110固定到规定位置的定位用缺口部611C。而且，在绝缘性支承基板610A分别设置有：用于将离子入射部110固定到规定位置的定位孔612A；用于将转换倍增极120和倍增极DY1～DY15分别固定到规定位置的定位孔612B；用于将第2电子检测部700固定到规定位置的定位狭缝612C；和用于将聚焦电极140固定到规定位置的定位孔613。另外，绝缘性支承基板610B也可以具有与绝缘性支承基板610A同样的结构。另外，对转换倍增极120供给电位V1的倍增极供给销660A被安装于绝缘性支承基板610A侧，对最后级倍增极DY15供给电位V2的栅极供给销660B被安装于绝缘性支承基板610B。

在构成倍增极单元130的倍增极DY1～DY15中，构成网眼结构132的中间倍增极DY11具有如图8(a)所示的结构。即，中间倍增极DY11是由设置有用于使到达的二次电子通过的开口620的倍增极主体DY11a和形成有网眼部631的网眼结构体DY11b构成的。网眼结构体DY11b以开口620与网眼部631一致的状态直接固定于倍增极主体DY11a。

在由一对绝缘性支承基板610A、610B把持的构成要素中的离子入射部110，在设置有入射口110A的前表面设置有要嵌入到定位用缺口部611C的固定片和要插入到绝缘性支承基板610A、610B各自的定位孔612A的固定片111。在转换倍增极120、倍增极DY1～DY15也设置有要插入到定位孔612B的固定片。在聚焦电极140设置有要插入到定位孔613的固定片142。第2电子检测部700具备：设定为GND电位的壳体、模拟模式输出端子(模拟端口)710、密闭件(绝缘部件)720、和阳极电极170。模拟模式输出端子710和密闭件720被固定于壳体上部。其中，密闭件720是用于将阳极电极170与GND电位绝缘的绝缘部件。在该第2电子检测部700的壳体侧面设置有要插入到分别设置于一对绝缘性支承基板610A、610B的定位狭缝612C的固定片730。最终，通过利用螺栓固定一对绝缘性支承基板610A、610B的相对位置，这些构成要素被一对绝缘性支承基板610A、610B把持。

另外，如图5所示，在绝缘性支承基板610A的外侧侧面设置有作为泄放电路230发挥功能的金属板640，第12级倍增极DY12与第1支承基板510A(设定为GND电位)经由GND配线650电连接。

通过将经以上的组装工序得到的电极单元600安装到基极部500A，能够得到图6(a)所示的离子检测器100A。另外，图6(a)是用于说明经图4和图5所示的工序得到的离子检测器100A的结构的立体图。另外，图6(b)是沿图6(a)中的I-I线的离子检测器100A的截面图。另外，图1所示的截面图也相当于沿图6(a)中的I-I线的截面图。另外，图6(a)中所示的配线670A是用于将AD150的偏压线设定为规定电位的供给线，配线670B是用于将聚焦电极140设定为规定电位的供给线。

作为一例而说明第1实施方式的离子检测器100A中的各部位的设定电位的话，离子入射部110和第2电子检测部700的壳体部分的电位被设定为GND。由倍增极供给销660A设定的转换倍增极120的电位，是0V～-3000V的负电位。第12级倍增极DY12的电位被设定为GND。由栅极供给销660B设定的最后级倍增极DY15的电位在计数模式输出的情况下为+300V～+600V。聚焦电极140的电位为+600V～+1000V。AD150的偏置电压为+3500V。

(第2实施方式)

图7(a)是表示2实施方式的离子检测器100B中的基极部500B(特别是第1支承基板)的另一结构例的立体图，图7(b)是使用了该基极部500B的离子检测器100B的截面图。除了图7(a)所示的基极部500B以外，第2实施方式的离子检测器100B的结构与第1实施方式相同。因此，在离子检测器100B中，最后级倍增极DY15的壁部131B也具有沿与电子倍增方向AX1正交的方向延伸的形状。

如图7(a)所示，与第1实施方式同样的是，离子检测器100B的基极部500B也是由以电绝缘的状态彼此固定的第1支承基板510A和第2支承基板510B构成。但是，在该第2实施方式中，在第1支承基板510A的前方部分和后方部分分别设置有前方固定用弹簧550A和后方固定用弹簧550B。另一方面，如图7(b)所示，在装载于基极部500B的电极单元600设置有：与前方固定用弹簧550A抵接的前方固定用杆560A；和与后方固定用弹簧550B抵接的后方固定用杆560B。另外，与第1实施方式同样的是，该第2实施方式的电极单元600也具有由一对绝缘性支承基板610A、610B分别把持离子入射部110、转换倍增极120、倍增极单元130、聚焦电极140和第2电子检测部700的结构。

当将电极单元600装载于具有如上所述结构的基极部500B时(即，将电极单元600安装到基极部500B时)，利用基极部500B的前方固定用弹簧550A和后方固定用弹簧550B的弹性力将电极单元600的前方固定用杆560A和后方固定用杆560B按压到基极部500B。由此，将电极单元600稳定地固定于基极部500B。

接着，参照图8(a)和图8(b)对能够用于第1和第2实施方式的离子检测器100A、100B的任意一方的第2电子检测部700(模拟模式输出)的电极结构进行详细说明。另外，图8(a)和图8(b)是表示能够用于本实施方式(第1～第4实施方式)的第2电子检测部700的各种电极结构的例子的图。

如图8(a)所示，在第1和第2实施方式的离子检测器100A、100B中，第2电子检测部700的阳极电极170的一端与模拟模式输出端子(模拟端口)710连接，而另一端与用于将阳极电极170和GND绝缘的密闭件(绝缘部件)720连接。与该阳极电极170相邻的中间倍增极DY11由彼此接触的倍增极主体DY11a和网眼结构体DY11b构成(倍增极主体DY11a与网眼结构体DY11b被设定为同电位)。在倍增极主体DY11a设置有使到达的二次电子通过的开口620。在网眼结构体DY11b设置有网眼部631，利用该开口620和网眼部631构成图1等中所示的中间倍增极DY11的网眼结构132。

在图8(a)所示的电极结构中，中间倍增极DY11被设定为网眼开口率70％(＝0.7)程度。其中，网眼开口率是网眼结构体DY11b的网眼开口的总面积相对于设置于倍增极主体DY11a的开口620的开口面积之比。

图8(b)所示的电极结构中，阳极电极170与中间倍增极DY11直接接触(中间倍增极DY11包括在阳极电极170中)。因此，在图8(b)的电极结构中，不需要在中间倍增极DY11设置网眼结构132(参照图1等)。但是，在图8(b)的电极结构的情况下，图2(a)所示的泄放电路230的结构中，区域A内的结构被置换为图2(b)所示的结构。即，在上述第1和第2实施方式的离子检测器100A、100B中应用图8(b)的电极结构的情况下，在栅极部240中，如图2(a)和图2(b)所示，替代为第12级倍增极DY12，经由配线231改变设定为V3的位置。其中，由于中间倍增极DY11被包括在阳极电极170中，所以，中间倍增极DY11与泄放电路230是电分离的。

即使在采用图8(b)的电极结构的情况下，在计数模式输出的情况下，从转换倍增极120至最后级倍增极DY15的各电极的电位是与图2(c)中的曲线图G210平行的曲线图。此时，聚焦电极140的电位由与图2(a)所示的泄放电路230不同的别的电源来设定。另一方面，当利用开关SW进行从计数模式输出到模拟模式输出的模式切换时，构成栅极倍增极组160的倍增极DY12～DY15的电位全部被设定为V3或低于V3的负电位。另外，倍增极DY12～DY15的设定电位不需要一致。如图2(c)的曲线图G211B所示，也可以是：通过将位于第10级倍增极DY10与第12级倍增极DY12之间的、与配线231连接的部分(中间倍增极DY11与泄放电路230是电分离的。)设定为电位V3(＝GND)，另一方面，将最后级倍增极DY15设定为电位V3(＜GND)，由此，形成如图2(c)中的曲线图G211B那样的电位梯度。另外，由于包括中间倍增极DY11的阳极电极170的电位是正电位，所以能够利用栅极部240实现屏蔽二次电子的功能。

(第3和第4实施方式)

图9(a)和图9(b)是表示本实施方式的离子检测器的各种变形例的截面图。其中，与图1同样的是，图9(a)和图9(b)都表示了本实施方式的离子检测器中的主要部位。另外，图9(a)和图9(b)所示的截面图也相当于沿图6(a)中的I-I线的截面图。即，对于第3和第4实施方式的离子检测器100C、100D而言，除了最后级倍增极DY15的壁部131C、131D的结构、聚焦电极140的设置位置和AD150的设置位置以外，都具有与第1实施方式的离子检测器100A同样的结构。

在图9(a)所示的第3实施方式的离子检测器100C中，最后级倍增极DY15具有沿与电子倍增方向AX1成锐角交叉的方向延伸的壁部131C。即，在图9(a)的结构例中，利用设置于最后级倍增极DY15的壁部131C，对从最后级倍增极DY15释放的二次电子修正轨道，以使该二次电子沿与电子倍增方向AX1成锐角交叉的方向前进。聚焦电极140也以通过开口141的中心的法线AX2与电子倍增方向AX1成锐角交叉的方式配置。同样，AD150也以通过电子入射面151的中心的法线AX3与电子倍增方向AX1成锐角交叉的方式配置。另外，为了更准确地控制二次电子的轨道，聚焦电极140和AD150以各自的法线AX2、AX3彼此错开的方式配置。

如上所述，设置于最后级倍增极DY15的壁部131C控制从该最后级倍增极DY15释放的二次电子的轨道，所以能够任意地设定聚焦电极140和AD150相对于倍增极单元130的设置位置。

另一方面，在图9(b)所示的第4实施方式的离子检测器100D中，虽然最后级倍增极DY15也具有壁部131D，但是，该壁部131D实质上不具有使从最后级倍增极DY15释放的二次电子的轨道偏转的功能。即，在第4实施方式中，设置于最后级倍增极DY15的壁部131D实质上是不需要的，但只要是不会影响从该最后级倍增极DY15释放的二次电子的轨道的程度的长度的话，则不会产生实用上的问题。因此，第4实施方式的聚焦电极140和AD150分别沿电子倍增方向AX1配置。

具体来说，在第4实施方式中，聚焦电极140以通过开口141的中心的法线AX2与电子倍增方向AX1成平行的方式配置。同样，AD150也以通过电子入射面151的中心的法线AX3与电子倍增方向AX1成平行的方式配置。另外，为了使从最后级倍增极DY15向AD150的电子入射面151去的二次电子的轨道稳定，聚焦电极140和AD150以各自的法线AX2、AX3彼此错开的方式配置。

(第5实施方式)

对于第5实施方式的离子检测器而言，除了用于获得阳极模式输出的结构和栅极部240以外，具备与图1所示的第1实施方式和图7所示的第2实施方式同样的结构(基本结构)。另外，如果忽略聚焦电极140和AD150的设置位置的话，则该第5实施方式的离子检测器也具备与图9(a)和图9(b)所示的第3和第4实施方式同样的基本结构。在该第5实施方式中，除了图2(a)和图2(b)所示的泄放电路230中的由倍增极DY12～DY15构成的栅极倍增极组160以外，不需要栅极部240。即，第5实施方式的离子检测器是仅进行计数模式输出的单模式的离子检测器。另外，参照图1说明的话，在从第5实施方式的结构中排除的、用于获得阳极模式输出的结构中，包括：用于捕获由转换倍增极120和倍增极DY1～DY11倍增后的二次电子的阳极电极170；和用于使到达中间倍增极DY11的二次电子的一部分通过阳极电极170侧的网眼结构132。因此，第5实施方式的倍增极DY11的结构具有与图8(b)所示的结构同样的结构。

因此，第5实施方式的离子检测器具备：离子入射部110、转换倍增极120、包括栅极倍增极组160的倍增极单元130、聚焦电极140、和AD150。在该结构中，离子入射部110的电位被设定为GND。另外，通过调节入射口110A和出射口110B的相对位置，由离子入射部110控制离子的轨道。转换倍增极120和构成倍增极单元130的倍增极DY1～DY15分别由泄放电路230(图2(a)和图2(b)所示的结构中的、排除了除栅极倍增极组160的栅极部240的结构)设定为规定的电位。具体来说，转换倍增极120的电位被设定为0～-6500V。另一方面，最后级倍增极DY15的电位被设定为+300V～+600V。配置在转换倍增极120与最后级倍增极DY15之间的倍增极DY1～DY14的设定电位，是由构成泄放电路230的串联连接的各电阻的电压降低来决定的。另外，与第1和第2实施方式同样的是，聚焦电极140的电位被设定为+600V～+1000V。另外，施加于AD150的电压(以GND为基准的电位差)为+3500V。

根据以上的对本发明的说明能够明确地得知可以对本发明进行各种变形。不能认为这样的变形脱离了本发明的思想和范围，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改良都包括在本发明的权利要求书中。

Claims (10)

1.一种离子检测器，其特征在于，

具备：

离子入射部；

转换倍增极，其配置在经由所述离子入射部取入的离子要到达的位置，响应所述离子的入射而释放二次电子；

倍增极单元，其由沿规定的电子倍增方向配置的多级的倍增极构成，用于将从所述转换倍增极释放的二次电子级联倍增；

第1电子检测部，其包括具有电子倍增功能的半导体检测器，所述半导体检测器配置在从所述倍增极单元中所含的最后级倍增极释放的二次电子要到达的位置；和

聚焦电极，其配置在从所述最后级倍增极向所述第1电子检测部去的二次电子的轨道上，具有用于使从所述最后级倍增极释放的二次电子通过的开口。

2.如权利要求1所述的离子检测器，其特征在于：

所述倍增极单元中所含的所述最后级倍增极具有沿与所述电子倍增方向交叉的方向延伸的第1壁部，

所述聚焦电极和所述半导体检测器分别沿由所述最后级倍增极的所述第1壁部偏转后的二次电子的行进方向配置。

3.如权利要求2所述的离子检测器，其特征在于：

所述倍增极单元中所含的所述最后级倍增极的所述第1壁部沿与所述电子倍增方向正交的方向延伸，

所述聚焦电极以通过所述开口的中心的第1法线与所述电子倍增方向正交的方式配置，

所述半导体检测器以通过该半导体检测器的电子入射面的中心的第2法线与所述电子倍增方向正交的方式配置。

4.如权利要求3所述的离子检测器，其特征在于：

所述聚焦电极和所述半导体检测器分别以所述第1法线和所述第2法线沿所述电子倍增方向错开的方式配置。

5.如权利要求1所述的离子检测器，其特征在于：

所述聚焦电极以通过所述开口的中心的第3法线与所述电子倍增方向平行的方式配置，

所述半导体检测器以通过该半导体检测器的电子入射面的中心的第4法线与所述电子倍增方向平行的方式配置。

6.如权利要求1～5中任一项所述的离子检测器，其特征在于：

所述聚焦电极具有沿与所述电子倍增方向交叉的方向延伸的第2壁部。

7.如权利要求1～6中任一项所述的离子检测器，其特征在于：

还具备：

第1支承基板，其至少装载有包括所述转换倍增极、所述倍增极单元和所述聚焦电极的电极单元；和

第2支承基板，其至少装载有所述第1电子检测部，且该第2支承基板与所述第1支承基板呈电绝缘的状态。

8.如权利要求7所述的离子检测器，其特征在于：

所述第1和第2支承基板的相对位置以所述第1和第2支承基板能够物理分离的状态被固定。

9.如权利要求1～8中任一项所述的离子检测器，其特征在于：

还具备具有电极的第2电子检测部，该电极与构成所述倍增极单元的倍增极中的所述最后级倍增极以外的任意中间倍增极相邻地配置，用于捕获到达所述中间倍增极的二次电子的至少一部分。

10.如权利要求1～8中任一项所述的离子检测器，其特征在于：

还具备第2电子检测部，其具有包括构成所述倍增极单元的倍增极中的所述最后级倍增极以外的任意中间倍增极的电极。