DE2255302A1

DE2255302A1 - Einrichtung fuer die sekundaer-ionenmassenspektroskopie

Info

Publication number: DE2255302A1
Application number: DE2255302A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Schillalies
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1972-11-11
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1974-05-22
Also published as: FR2206579B1; DE2255302B2; US3859226A; GB1399588A; FR2206579A1; DE2255302C3; CH557598A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS SMBH. & CO₄KG, Köln-Bayental

Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Sekündär-Ionen-Massenspektroskopie mit einer Probe, von der die Ionen ausgehen, einem Quadrupöl- Massenanalysator für die Ionen und einem Sekundär-Elektronenvervielfacher zur Registrierung der Ionen.

Einrichtungen dieser Art sind z₍B. aus der Zeitschrift "The Review of Scientific Instruments", Vol. 42, Nr. i, Seite 44 ff bekannt. Bei der Verwendung derartiger vorbekannter Einrichtungen für die Sekundär-Ionen-Hässenspektrosköpie hat . sich häufig ein störender Untergrund von schnellen Neutrateilchen, Photonen und schnellen Elektronen ergeben. Eine Eliminierüng dieses Untergrundes ist dadurch möglich^ daß z.B. der am Ausgang des Quädrupöls angeordnete Sekündär-Elektronenvervielfacher ätfiäl versetzt öder um 9Ö 'gedreht angeordnet-wird und die den Qüadrupoi verlassenden Ionen mit Hilfe eines geeigneten Ziehfeldes umgelenkt werden».Derartige Einrichtungen erweisen sich aber nicht als optimal * da einer-" seits am Ort des Nachweises, also am Eingang des Sekündär-Elektronenvervielfachers, Weitere Tertiärteilchen entstehen ■ können, und andererseits aufgrund des häufig nicht genau .ausgerichteten Ziehfeldes ein relativ großer Teil der .nachzuweisenden Ionen verloren gehen kann. Schließlich sind aueh- ^: die Einrichtungen zurErzeugüng des Ziehfeldes mechanisch kompliziert Und deshalb kostspielig,

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde *'eine Einrichtung für.die Sekündär-Ioneh-Mas'serLSpektroskopie mit

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einerProbe, von der die Ionen ausgehen, einem Quadrupol-Massenanalysator für die Ionen und einem Sekundär-Elektronenvervielfacher zur Registrierung der Ionen zu schaffen, welche die beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Probe und der Eintrittsebene des Quadrupol-Massenanalysators eine die Sichtverbindung verhindernde Blende angeordnet ist. Eine derartige Blende verhindert, daß die störenden Teilchen direkt in den Quadrupol-Massenanalysator gelangen und diesen durchsetzen. Die Gefahr der Erzeugung störender Tertiärteilchen im Bereich des Ausgangs des Quadrupole ist also beseitigt, so daß der Sekundär-Elektronenvervielfacher nicht mehr versetzt oder gedreht angeordnet zu werden braucht. Die komplizierten Einrichtungen zur Erzeugung des Ziehfeldes können also entfallen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Blende innerhalb einer elektrostatischen Linse anzuordnen, die sich zwischen der Probe und dem Quadrupol-Massenanalysator befindet. Eine solche elek-·■ trostatische Linse kann derart ausgebildet werden, daß die Ionen die Blende umfliegen, so daß ein Intensitätsverlust des Ionenstromes durch die Blende gering ist.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform besteht die Linse aus drei Tuben, welche zwei Rohrlinsen bilden. Die Blende ist dabei im mittleren Tubus angeordnet und weist das gleiche Potential wie der mittlere Tubus auf. Bei einer derartigen Linse lassen sich die optischen Daten so wählen, daß im Mittelteil zur Achse parallel Teilchenbahnen entstehen» Die Blende im mittleren Tubus stellt dabei keine Potentialstörung dar, da sie auf gleichem Potential wie der Mitteltubus liegt. Der wesentliche Vorteil einer derartigen Linse besteht darin, daß sich insbesondere bei relativ klein gewählter Brennweite automatisch ein großer kromatischer Farbfehler einstellt. Diese Eigenschaft kann dazu ausgenutzt werden, eine grobe Energie-

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analyse der Teilchen vorzunehmen. Da die bei der Sekundärionen-Massenspektroskopie zu analysierenden. Ionen in der Regel ein Intensitäts-Maximum zwischen 2 und 1OeV mit einem zu höherenEnergien auslaufenden Intensitätsschwanz aufweisen, behindern Teilchen mit höherer Energie häufig die Analyse intensitätsschwacher Massen, die direkt benachbart zu intensitätsstarken Massen liegen. Durch die beschriebene grobe Energieanalyse der dem Quadrypol vorgeschalteten Linse treten diese Beeinträchtigungen nicht mehr auf, Schließlich erlauben die Rohrlinsen eine genaue Anpassung der Linse an die Akzeptanz des Quadropols, so daß die Einrichtung optimal betrieben werden kann. Im Rahmen dieser Förderung ist es schließlich vorteilhaft, wenn die Probe in der Brennebene der der Probe zugewandten Rohrlinse liegt, und wenn die Brennebene der zweiten Linse in die Eintrittsebene des Qudrupols-Massenanalysators liegt.

Eine weitere vorteilhafte Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, daß die Blende innerhalb eines zwischen der Probe und dem Quadrupol-Massenanalysators befindlichen Energie-Analysators angeordnet ist. Als Energie-Analysator kann dabei ein an sich bekannter für die Fokussierung abgebremster Teilchen geeigneter Analysator vorgesehen sein. Eine derartige Kombination aus dem an sich bekannten Energie-Analysator und dem Quadrupol-Massenanalysator hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt. Zw ίsehen dem Energieanalysator und dem Massenanalysator muß lediglich eine Bremseinrichtung für die Ionen angeordnet sein, die z.B. aus einem Gitter oder auch aus einer elektrostatischen Linse bestehen kann. Eine dazwischen geschaltete Linse ermöglicht auch die Anpassung von Brillianz und Akzeptanz des Energie-Analysators zum Quadrupolsystem. Die Ausblendung des MittelStrahls ist dann schon durch die im Analysator befindliche. Blende gewährleistet.

V/eitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

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BAD ORIGINAL

In der Figur 1 ist die Probe, von der die zu analysierenden Ionen ausgehen, mit 1 bezeichnet. Zur Massenanalyse dieser Ionen ist der Quadrupol-Massenanalysator 2 vorgesehen. Die Registrierung der den Quadrupol 2 durchsetzenden Ionen erfolgt mit Hilfe des Sekundär-Elektronenvervielfachers 3, Zwischen der Probe 1 und dem Quadrupol 2 ist die ausden drei Tuben 4, 5 und 6 bestehende elektrische Linse 7 angeordnet. Im mittleren Tubus 5 ist mit Hilfe der Stege 8 die Blende 9 gehaltert, die eine direkte Sichtverbindung zwischen Probe und der Eingangsebene des Quadrupols 2 verhindert. Die optischen Daten der von den Tuben 4·, 5 und 6 gebildeten Rohrlihsen 10 und 11 sind derart gewählt, daß die Probe 1 in der Brennebene der Linse 10 liegt, daß die Eintrittsebene des Quadrupols 2 in der Brennebene der Linse 11 liegt und daß die Teilchenbahnen 12 im Bereich des mittleren Tubus 5 parallel zur Achse 13 liegen. Dadurch ist die Linse 7 gleichzeitig für eine grobe Energieanalyse geeignet. Die den Quadrupol 2 durchsetzenden. Ionen werden vom Sekundär-Elektronenvervielfacher registriert. Die von diesem erzeugten Signale werden von der nicht im einzelnen erläuterten, als Block 14 dargestellten, Elektronik verarbeitet.

In der Figur 2 ist zusätzlich zwischen der Linse 7 und der Probe 1 ein Energieanalysator 15 angeordnet, wie er z.B. in der Zeitschrift "J. Applied Phys.", Vol. 43, No. 5, Seiten 2291 beschrieben wird. Die Blende 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Analysators 15 in nicht näher dargestellter Weise gehaltert. Dadurch ist eine Sichtverbindung zwischen der Probe 1 und dem Sekundär-Elektronenvervielf acher 3 vermieden. Im Energieanalysator 15 sind die Bremsgitter 16 und das das Saugfeld erzeugende Gitter 17 angeordnet, mit deren Hilfe eine Analyse der Energie der die Blende 9 umfliegendenlonen erfolgt. Um die den Energieanalysator 15 verlassenden Ionen auf die für das Quadrupol 2 geeignete Eintrittsgeschwindigkeit zu bremsen,

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ist die Linse 7 vorgesehen, die - bis auf die Blende 9 wie die Linse 7 nach Figur 1 aufgebaut sein kann« Diese Linse kann jedoch entfallen, wenn im Austrittsbereich des Energieanalysators ein Bremsgitter oder dgl* angeordnet ist*

Die in der Figur 2 beschriebene Anordnung hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da mitihr eine Verbesserung der Energxeauflösung erreicht werden kann, ohne die optimale An* passung der Akzeptanz zum Quadrupol zu behindern.

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Claims

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( 1.!Einrichtung für die Sekundär-Ionert-Massenspektroskopie ^-^ mit einer Probe, von der die Ionen ausgehen, einem Quadrupol-Massenanalysator für die Ionen und einem Sekundär-Elektronenvervielfacher zur Registrierung der Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß zwisphen der Probe (1) und der Eintrittsebene des Quadrupol-Masssenanalysators (2) eine die Sichtyerbindung verhindernde Blende (9) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (9) innerhalb einer zwischen der Probe (1) und dem Quadrupol-Massenanalysator (2) befindlichen elektrostatischen Linse (7) angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (7) aus drei Tuben (4, 5 und 6) besteht, die zwei Rohrlinsen (10, 11) bilden, daß die Blende (9) im mittleren Tubus (5) angeordnet ist und daß die Blende (9) das gleiche Potential wie der mittlere Tubus (5) aufweist»
U, Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (1) in der Brennebene der der Probe (1) zugewandten Rohrlinse (10) liegt und daß die Brennebene der zweiten Linse (11) in der Eintrittsebene des Quadrupol-Massenanalysators (2) liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder ·», dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweiten der beiden Linsen (10, 11) zur Erzeugung kromatischer Farbfehler entsprechend klein gewählt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (9) innerhalb eines zwischen der Probed) und demQuadrupol-Massenanalysator (2) befindlichen Energieanalysator (15) angeordnet ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Energieanalysator (15) ein an sich bekannter, für die Fokussierung langsamer Teilchen geeigneter Analysator vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Energieanalysator (15) und dem Massenanalysator (2) eine elektrostatische Linse (7) oder ein Brenngitter angeordnet ist.

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