DE2255302B2

DE2255302B2 - Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie

Info

Publication number: DE2255302B2
Application number: DE2255302A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys. 5039 Rondorf 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: 1980-01-17
Also published as: US3859226A; CH557598A; GB1399588A; DE2255302C3; FR2206579A1; DE2255302A1; FR2206579B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie mit einem Quadrupolmassenanalysator, wobei eine die Ionen emittierende Probe und ein für den lonennachweis dienender Sekundärelektronenvervielfacher auf der Symmetrieachse des Quadrupolmassenanalysators angeordnet sind.

Bei der Verwendung derartiger Einrichtungen sind die Meßergebnisse häufig von einem störenden Untergrund überlagert. Dieser Untergrund stammt von schnellen Neutralteilchen, Photonen, schnellen Elektronen und darüber hinaus noch von einem Teil der zu analysierenden Ionen, und zwar dem Teil, der auf die Achse des Quadrupolmassenanalysators eingeschossen wird; auf der Achse ist ein Quadrupolmassenanalysator feldfrei, d. h. er ist dort nicht in der Lage, eine Massenselektion vorzunehmen.

Aus der Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, Vol.42 (1971) , Seiten 49—52, ist es bekannt, den am Ausgang des Quadrupolmassenanalysators befindlichen Sekundärelektronenvervielfacher zur Verminderung des Untergrunds seitlich versetzt anzuordnen. Zur Ablenkung des den Analysator durchsetzenden Ionenstrahls in Richtung auf die Eintrittsöffnung des Sekundärelektronenvervielfachers ist eine zusätzliche Elektrode vorgesehen. Der bei dieser Einrichtung auftretende Untergrund ist immer noch relativ hoch, da alle axial eingeschossenen Teilchen, also der Mittelstrahl, in dem keine Massenselekiion stattfindet, den Sekundärelektronenvervielfacher erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Untergrund weitgehend unterdrückt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Achse zwischen der Probe und dem Eintritt des Quadrupolmassenanalysators eine Blende angeordnet ist die eine in Sichtverbindung erfolgende Ausbreitung von Teilchen von der Probe zu dem Eintritt des Quadrupolmassenanalysators verhindert, und daß ein axialsymmetrisches Linsensystem die Ionen von der Probe um die Blende herum zum Eintritt des Quadrupolmassenanalysators lenkt Infolge eiuer derartigen Blende erreichen weder schnelle Neutralteilchen, Photonen und schnelle Elektronen noch der Mittelstrahl ohne Massenselektion den Sekundärelektronenvervielfacher.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das

is Linsensystem aus drei in Achsrichtung aufeinander folgenden koaxialen Rohrabschnitten, welche zwei Rohrlinsen bilden. Die Blende ist dabei im mittleren Rohrabschnitt angeordnet und weist da« gleiche Potential wie dieser auf. Bei einer derartigen Linse lassen sich die optischen Daten so wählen, daß im mittleren Rohrabschnitt zur Achse parallele Teilchenbahnen entstehen. Die Blende im mittleren Tubus stellt dabei keine Potentialstörung dar, da sie auf gleichem Potential wie der Mitteltubus liegt. Der wesentliche Vorteil eines derartigen Linsensystems besteht darin, daß sich insbesondere bei relativ klein gewählten Brennweiten automatisch ein großer chromatischer Farbfehler einstellt Diese Eigenschaft kann dazu ausgenutzt werden, eine grobe Energieanalyse der Teilchen vorzunehmen. Die bei der Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie zu analysierenden Ionen haben in der Regel ein Intensitätsmaximum zwischen 2 und 10 eV mit einem zu höheren Energien auslaufenden !ntensitätsschwanz; die Teilchen mit höherer Energie behindern häufig die Analyse intensitätsschwacher Massen, die direkt benachbart zu intensitätsstarken Massen liegen. Durch die beschriebene grobe Energieanalyse durch das dem Quadrupol vorgeschaltete Linsensystem treten diese Beeinträchtigungen "icht mehr auf. Im Rahmen dieser Forderung 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 Quadrupolmassenanalysators liegt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In der Fig. 1 ist die Probe, von der die zu analysierenden lor^en ausgehen, mit 1 bezeichnet. Zur Massenanalyse dieser Ionen ist der Quadrupolmassenanalysator 2 vorgesehen. Die Registrierung der den Quadrupol 2 durchsetzenden Ionen erfolgt mit Hilfe des Sekundärelektronenvervielfachers 3. Zwischen der Probe 1 und dem Quadrupol 2 ist ein aus drei Rohrabschnitten 4, 5 und 6 bestehendes elektrisches Linsensystem 7 angeoHnet. Im mittleren Rohrabschnitt 5 ist mit Hilfe der Stege 8 die Blende 9 gehaltert, die eine direkte Sichtverbindung zwischen Probe 1 und der Eingangsebene des Quadrupols 2 verhindert. Die optischen Daten der von den Rohrabschnitten 4,5 und 6 gebildeten Rohrlinsen 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 U liegt und daß die Teilchenbahnen 12 im Bereich des mittleren Rohrabschnitts 5 parallel zur Achse 13 liegen. Dadurch ist das Linsensystem 7 gleichzeitig für eine grobe Energieanalyse geeignet. Die den Quadrupol 2 durchsetzenden

Ionen werden nach Verstärkung im Sekundär-Elektronenvervielfacher in einem Gerät 14 registriert.

In der F i g. 2 enthält das Linsensystem T zusätzlich noch einen an sich bekannten Energieanalysator 15. 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-Elektronenvervielfacher 3 vermiedea 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 umfliegenden Ionen erfolgt Um die den Energieanalysator 15 verlassenden Ionen auf die für den Quadrupol 2 geeignete Eintrittsgeschwindigkeit zu bremsen, ist eine nachgeschaltete Linse vorgesehen, die — bis auf die Blende 9 — wie das Linsensystem 7 nach F i g. 1 aufgebaut ist. Diese Linse kann jedoch entfallen, wenn im Austrittsbereich des Energieanalysators ein Bremsgitter angeordnet ist.

Die in der F i g. 2 beschriebene Anordnung hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da mit ihr eine Verbesserung der Energieauflösung erreicht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie mit einem Quadrupolmassenanalysator, wobei eine die Ionen emittierende Probe und ein für den lonennachweis dienender Sekundärelektronenvervielfacher auf der Symmetrieachse des Quadrupolmassenanalysators angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse (13) zwischen der Probe (1) und dem Eintritt des Quadrupolmassenanalysators (2) eine Blende (9) angeordnet ist, die eine in Sichtverbindung erfolgende Ausbreitung von Teilchen von der Probe zu dem Eintritt des Quadrupolmassenanalysators verhindert, und daß ein axialsymmetrisches Linsensystem (7; T) die Ionen von der Probe um die Blende herum zum Eintritt des Quadrupolmassenanalysators lenkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem (7) aus drei in Achsenrichtung aufeinander folgenden koaxialen Rohrabschnitten (4, 5 und 6) besteht die zwei Rohrlinsen (10, U) bilden und daß die Blende (9) im mittleren Rohrabschnitt (5) angeordnet ist und das gleiche Potential wie dieser aufweist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (1) in der Brennebene der der Probe (1) zugewandten Rohrlinse (10) liegt und daß die Brennebene der zweiten Rohrlinse (11) in der Eintrittsebene des Quadrupolmassenanalysators (2) liegt.