DE1514972B2 - Ionenstoß-Ionenquelle - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Ionenstoß-Ionen- . festen Elektrode 1 weist eine Oberfläche 4 auf, welche

quellen, bestehend aus einer festen Elektrode aus dicht an einem gewendelten Wolfram-Glühfaden 5

dem zu verdampfenden und zu ionisierenden Ma- angeordnet ist. Die Elektrode 1 und der Glühfaden 5

terial, einem Elektronen emittierenden Glühfaden, sind innerhalb eines Edelstahlgehäuses 6 angeordnet,

einer Ionen-Absaugelektrode mit einer Ionen-Aus- 5 in dessen hinteres Ende ein inertes Gas, beispielsweise

trittsöffnung, einer Gaszuführung, durch welche zu- Xenon, über eine Bohrung 7 durch den Isolator 3

mindest zur Einleitung einer Gasentladung zwischen hindurch zugeführt wird. Xenon wird allgemein bei-

dem Glühfaden und der festen Elektrode Gas zwi- spielsweise Argon vorgezogen, da das schwerere Gas

sehen die Elektroden einströmt, und einem Magnet- besser zur Kathodenzerstäubung geeignet ist. Am

feld, das die in der Gasentladung vorhandenen io vorderen Ende des Gehäuses 6 befinden sich eine

Elektronen in der Nähe des Glühfadens konzentriert, Ionen-Austrittsöffnung 8 in einem Graphitbauteil 9

bei der die feste Elektrode gegenüber dem Glühfaden und eine Graphit-Beschleunigungselektrode 10, die

auf negativem Spannungspotential liegt. eine Öffnung 11 aufweist, welche mit der Öffnung 8

Solche Ionenquellen sind aus »Nuclear Instruments fluchtet.

& Methods«, Vol. 24, 1963, Seiten 358 bis 364, und 15 Wenn auch in der Zeichnung nicht dargestellt, so

aus »Tabellen der Elektronenphysik, Ionenphysik ist doch Vorsorge für die Kühlung der Quelle mit

und Übermikroskopie«, M. v. Ardenne, 1956J Luft während des Betriebs derselben getroffen.

I. Band, S. 534, bekannt. Im Betrieb wird die Beschleunigungselektrode 10

Bekannte Ionenquellen erzeugen allgemein Ionen auf Erdpotential gehalten, das Gehäuse 6 und somit von inerten Gasen. Für einige Zwecke ist jedoch ein 20 auch der Bauteil 9 führen eine positive Spannung Bündel, bestehend aus Ionen eines festen Materials, von 1 bis 20 kV gegen Erde, der Glühfaden 5 hat erforderlich, z. B. bei der Untersuchung der von der eine negative Spannung von.O bis 200 Volt gegenüber Beschießung eines festen Körpers mit Ionen des dem Gehäuse 6, und die Elektrode 1 wird auf einer gleichen oder eines anderen Feststoffes herrührenden negativen Spannung von 2000 Volt gegen das GeBeschädigungen. Es sind bereits Ionenquellen für die 25 häuse 6 gehalten. Die Spannung am Glühfaden 5 Erzeugung von Bündeln mit Ionen eines Metalls her- beträgt etwa 3 Volt und die Stromstärke etwa gestellt worden; jedoch haben diese Quellen ver- 40 Ampere.

schiedene Nachteile. So ist es notwendig, daß das Die Arbeitsweise ist dann wie folgt: Vom Glüh-Metall zunächst verdampft wird, und dies erfordert faden 5 abgestoßene Elektronen ionisieren Atome eine sehr hohe Temperatur. Um die Temperatur, die 30 des Xenon, wobei einige der sich ergebenden Xenonerreicht werden soll, zu vermindern, ist statt des ionen auf die Oberfläche 4 der Elektrode 1 aufMetalls ein Salz desselben, gewöhnlich das Chlorid treffen, wodurch Atome von Kupfer losgeschlagen des Metalls, verwendet worden; jedoch bringt dies werden. Diese Kupferatome werden ebenfalls,durch den weiteren Nachteil mit sich, daß Chlorionen in Elektronen vom Glühfaden 5 ionisiert. Diese Ionisadas erzeugte Bündel mit eingebracht werden. Außer- 35 tion tritt im Bereich des Glühfadens 5 auf, weil das dem zersetzt sich bei einigen Metallen, z. B. bei dem Glühfaden 5 zugeordnete Magnetfeld die Gold, das Chlorid, bevor es verdampft. emittierten Elektronen in der Nähe der Achse des

Den vorgenannten Literaturstellen ist zu ent- Glühfadens 5 zu konzentrieren sucht. Der Bereich

nehmen, daß es lediglich notwendig sei, das Target des Glühfadens 5 enthält daher ein Plasma, welches

nahe dem Glühfaden anzuordnen, und daß man auf 40 Kupfer- und Xenonionen enthält. Die Beschleuni-

die elektrischen Potentiale angewiesen ist, die an den gungselektrode 10 zieht diese Ionen aus dem Plasma

verschiedenen Elementen angelegt werden, um die ab, so daß ein Bündel dieser Ionen aus der Öffnung

Ionen dazu zu bringen, aus der Ausgangsöffnung 11 austritt.

auszuströmen. Um eine zufriedenstellende Arbeitsweise zu er-

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Ausbeute bzw. 45 reichen, braucht der Druck des Xenon anfänglich

den Wirkungsgrad einer Ionenstoß-Ionenquelle der nur etwa 10-^smm Quecksilbersäule zu haben, und

vorgenannten Gattung zu verbessern. bei einer besonderen Ausführungsform der be-

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß schriebenen Quelle kann der Prozentsatz von Kupferdie Symmetrieachse der festen Elektrode, die auf der ionen im Bündel beispielsweise etwa 50 % betragen, Ionen-Austrittsöffnung errichtete Mittelsenkrechte 50 und das Bündel kann eine Stromstärke von 1 MiIIi- und die Symmetrieachse des zwischen der festen ampere haben. Dieser Prozentsatz hat das Bestreben, Elektrode und der Ionen-Austrittsöffnung ange- sich mit der Zeit seit Einschalten der Quelle zu erordneten Glühfadens auf einer gemeinsamen Achse höhen. Er kann außerdem durch Abnahme der liegen, daß die verdampfende Oberfläche der festen Xenonzufuhr erhöht werden, während die Spannun-Elektrode quer zur gemeinsamen Achse liegt und 55 gen zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens eingedaß die magnetischen Feldlinien parallel zu der ge- regelt werden. Auf diese Weise kann ein selbstmeinsamen Achse verlaufen. tragender Kupferlichtbogen erzielt werden, und das

Eine Ionenstoß-Ionenquelle nach der Erfindung sich ergebende Bündel kommt an 100 °/o Kupferionen

wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wieder- heran.

gebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, die 60 Da die Quelle ganz aus Metall und Glas hergestellt

einen Mittelschnitt durch die Quelle wiedergibt. werden kann und die Öffnungen 8 und 11 nur etwa

Die Ionenquelle soll zunächst für die Erzeugung 1 bzw. 1,5 mm im Durchmesser betragen, ist die eines Bündels von Kupferionen beschrieben werden. Quelle sehr gut für die Verwendung in Verbindung Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die Ionen- mit Niederdruckeinrichtungen geeignet.
quelle eine feste Elektrode 1 aus Kupfer auf, die auf 65 Um ein Bündel von anderen Ionen als Kupfereine Kupferhalterung 2 aufgeschraubt ist, welche aus ionen zu erzeugen, wird eine feste Elektrode aus dem dem hinteren Ende der Quelle durch einen Isolator 3 jeweils gewünschten Material eingesetzt. Es ist zu herausragt. Das vordere Ende der zu verdampfenden berücksichtigen, daß die Betriebsweise so ist, daß

ein Ionenbündel selbst von einem Material, wie beispielsweise Wolfram, welches einen sehr hohen Schmelzpunkt hat, erzielt werden kann. Ist das zu verwendende Material kostbar, wenn z. B. Gold verwendet werden soll, dann kann die Halterung 2 verlängert werden, so daß die Sprühelektrode 1 viel kürzer gehalten werden kann.

Zusätzlich zu den Verwendungsmöglichkeiten beim Studium von Strahlenschäden kann die Quelle z. B. auch bei der Massenspektroskopie oder bei Massentrennern verwendet werden. Weil darüber hinaus ein Bündel mit einem sehr hohen Prozentsatz von Metall-, beispielsweise Kupferionen zu erzielen ist, kann die Quelle auch zur Herstellung von elektrischen Leitern für elektrische Druckschaltungen oder Mikroschaltungen verwendet werden. Das Bündel kann entweder in ausreichendem Maße fokussiert werden, damit das gewünschte Muster der Leiter aufgetragen werden kann, oder es kann ein mehr zerstreutes Bündel verwendet und das gewünschte Muster durch Abdecken bzw. Maskieren erzielt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ionenstoß-Ionenquelle, bestehend aus einer festen Elektrode aus dem zu verdampfenden und zu ionisierenden Material, einem Elektronen emittierenden Glühfaden, einer Ionen-Absaugelektrode mit einer Ionen-Austrittsöffnung, einer Gaszuführung, durch welche zumindest zur Einleitung einer Gasentladung zwischen dem Glühfaden und der festen Elektrode Gas zwischen die Elektroden einströmt, und einem Magnetfeld, das die in der Gasentladung vorhandenen Elektronen in der Nähe des Glühfadens konzentriert, bei der die feste Elektrode gegenüber dem Glühfaden auf negativem Spannungspotential liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse der festen Elektrode (1), die auf der Ionen-Austrittsöffnung (11) errichtete Mittelsenkrechte und die Symmetrieachse des zwischen der festen Elektrode und der Ionen-Austrittsöffnung angeordneten Glühfadens (5) auf einer gemeinsamen Achse liegen, daß die verdampfende Oberfläche der festen Elektrode quer zur gemeinsamen Achse liegt und daß die magnetischen Feldlinien parallel zu der gemeinsamen Achse verlaufen.

2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Kupfer ist.

3. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endteilstück der festen Elektrode (1) zum Zwecke des Austausches des Materials auswechselbar ist.

4. Ionenquelle nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Xenon ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen