DE2333866A1 - FIELD DESORPTION ION SOURCE AND METHOD FOR MANUFACTURING IT - Google Patents
FIELD DESORPTION ION SOURCE AND METHOD FOR MANUFACTURING ITInfo
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Description
2. Juli 1973 8961-72 Dr,ν.Β/ΕJuly 2, 1973 8961-72 Dr, ν.Β / Ε
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. 3400 Göttingen, Bunsenstraße 10Max Planck Society for the Advancement of Science eV 3400 Göttingen, Bunsenstrasse 10
Felddesorptions-Ionenquelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Field des orption s ion source and process for its manufacture
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Felddesorptions-Ionenquelle mit einer eine Wand eines Vakuumgefäßes durchsetzenden und in diesem, zu einer Spitze zulaufenden Ionisierungselektrode und mit einer im Vakuumgefäß im Abstand von der Spitze angeordneten, bezüglich der Ionisierungselektrode negativ vorspannbaren Absaugelektrode. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Ionenquelle.The present invention relates to a field desorption ion source with an ionization electrode which penetrates a wall of a vacuum vessel and in this, tapering to a tip and with one arranged in the vacuum vessel at a distance from the tip with respect to the ionization electrode Negatively pre-tensionable suction electrode. The invention also relates to a method for producing such an ion source.
Quellen für Ionen mit möglichst gleicher Energie("monochromatische" Ionen), insbesondere Protonen werden für teilchenoptische Geräte benötigt, die mit Ionen an Stelle von Elektronen arbeiten, um die Begrenzung der Auflösung durch Beugung herabzusetzen.Sources for ions with the same energy as possible ("monochromatic" Ions), especially protons, are required for particle-optical devices that use ions instead of electrons work to decrease the limitation of the resolution by diffraction.
Die bisherigen Versuche, hochauflösende Elektronenmikroskope, sei es konventionell abbildende als auch Rasterelektronenmikroskope für einen Betrieb, mit Protonen oder anderen Ionen umzurüsten, waren jedoch bisher nicht erfolgreich, da die bekannten Ionenquellen hinsichtlich des Richtstrahlwertes und/oder der Breite der Energieverteilung (Monochromazi-The previous attempts to use high-resolution electron microscopes, be it conventional imaging as well as scanning electron microscopes for a company, with protons or others Retrofitting ions, however, have so far not been successful, since the known ion sources with regard to the directional beam value and / or the width of the energy distribution (monochrome
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tat) zu wünschen übrig ließen. Arbeitet man nämlich in einem mit Ionen arbeitenden Transmissionsmikroskop entsprechend einem konventionell abbildenden Elektronenmikroskop mit Ionen, deren Energien nennenswert verschieden sind, so wird die Auflösung durch die chromatische Aberration der Objektivlinse beschränkt und nicht durch die Beugung. Bei der Ionenrastermikroskopie werden ebenfalls monochromatische Ionen benötigt, da es bei dieser Technik vorteilhaft ist, den Bildkontrast durch Energieanalyse der Ionen, die das Objekt durchsetzt haben, zu erhalten und nicht, wie bei den konventionellen Elektronenmikroskopen, durch Ausblenden der im Objekt gestreuten Primärstrahlteilchen. Für die Energieanalyse ist es selbstverständlich wesentlich, daß der Primärstrahl möglichst monochromatisch ist.tat) left a lot to be desired. Do you work in one? Transmission microscope working with ions corresponds to a conventional imaging electron microscope with ions whose Energies are appreciably different, the resolution is limited by the chromatic aberration of the objective lens and not by diffraction. In the case of scanning ion microscopy, monochromatic ions are also required, since this Technique is advantageous to obtain the image contrast by analyzing the energy of the ions that have passed through the object and not, as with conventional electron microscopes, by masking out the primary beam particles scattered in the object. For the energy analysis it is of course essential that the primary beam is as monochromatic as possible.
Auch für Ionenmikrosonden werden Ionenquellen der oben angegebenen Art gebraucht, da bei diesen Geräten die laterale Auflösung zur Zeit durch die unzureichende Intensität im Rasterfleck beschränkt ist und das Bedürfnis besteht, die bisherige minimale Fleckgröße von etwa 10 000 8 mindestens um den Faktor 10 zu verkleinern, ohne dabei die Fleckstromdichte zu erniedrigen. Ion sources of the above are also used for ion microprobes specified type, because with these devices the lateral resolution is currently due to the insufficient intensity in the raster spot is limited and there is a need to reduce the previous minimum spot size of about 10 000 8 by at least the factor 10 without reducing the spot current density.
Es sind bereits sogenannte Feldionisationsionenquellen bekannt (H.Heil und R. Guckenberger, Proc. Symp.Ion Sources and Formation of Ion Beams, S. 183, BNL 5O31O (1971)), bei denen die Ionen durch Feldionisationsprozesse an einer spitz zulaufenden Ionisierungselektrode ionisiert werden. Solche Ionenquellen vermögen zwar Richtstrahlwerte ausreichender Größe, z.B.So-called field ionization ion sources are already known (H. Heil and R. Guckenberger, Proc. Symp. Ion Sources and Formation of Ion Beams, p. 183, BNL 50310 (1971)) in which the ions are ionized by field ionization processes on a pointed ionization electrode. Such ion sources are capable of directional radiation values of sufficient size, e.g.
5 -2 -1
10 A cm sr , zu liefern, die Breite der Energieverteilung der erzeugten Ionen läßt sich jedoch bisher nicht unter etwa 1 eV
verringern. Dies hat seine Ursache darin, daß der Feldionisationsprozeß in einer dünnen Schicht vor der Spitze der Ionisierungselektrode
stattfindet. Diese Schicht ist zwar weniger als 1 8 dünn, in ihr tritt jedoch ein Potentialabfall von etwa 1 eV
auf, so daß das Potential der Entstehungsorte der Ionen und da-5 -2 -1
10 A cm sr, but the width of the energy distribution of the generated ions has not yet been able to be reduced below about 1 eV. This is due to the fact that the field ionization process takes place in a thin layer in front of the tip of the ionization electrode. Although this layer is less than 18 thin, there is a potential drop of about 1 eV in it, so that the potential of the places of origin of the ions and the
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-3-mit auch die Anfangsenergie der Ionen in diesem Bereich streut.-3-with also the initial energy of the ions in this area scatters.
Hohe Richtstrahlwerte lassen sich auch mit Ionenquellen vom Duoplasmatrontyp erreichen. Solche Ionenquellen benötigen zum Betrieb jedoch starke Magnetfelder und haben einen hohen Energieverbrauch mit den entsprechend hohen Betriebstemperaturen und Materialbelastungen.High beam values can also be achieved with ion sources of the duoplasmatron type. Need such ion sources However, strong magnetic fields for operation and have a high energy consumption with the correspondingly high operating temperatures and material loads.
Außerdem muß bei Feldionisations- sowie Duoplasmatron-Ionenquellen das zu ionisierende Gas im Ionisationsraum einen Druck von einigen Millitorr haben und die erzeugten Ionen müssen aus diesem Raum durch eine öffnung in einen Hochvakuumraum gebracht werden. Der Gasfluß durch die öffnung in das Hochvakuum ist aber oft störend, insbesondere dann, wenn man Ultrahochvakuum benötigt, um mit sauberen Oberflächen arbeiten zu können.In addition, field ionization and duoplasmatron ion sources the gas to be ionized in the ionization chamber must have a pressure of a few millitorr and the ions generated must brought from this space through an opening into a high vacuum space will. However, the gas flow through the opening into the high vacuum is often disruptive, especially when using an ultra-high vacuum needed to be able to work with clean surfaces.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Ionenquelle anzugeben, die einfach im Aufbau und im Betrieb ist, einen hohen Richtstrahlwert hat, praktisch kein Gas emittiert und Ionen mit nur sehr wenig streuenden Anfangsenergien liefert.The present invention accordingly resides in the The task is based on specifying an ion source that is simple in construction and operation, has a high directional beam value, practical emits no gas and delivers ions with very little scattering initial energies.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine FeIddesorptions-Ionenquelle mit den eingangs genannten Merkmalen gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ionisierungselektrode aus einem für die zu ionisierenden Atome durchlässigen Material besteht und sich mit einem außerhalb des Vakuumgefäßes befindlichen Teil in einem Raum zur Aufnahme eines die zu ionisierenden Atome enthaltenden Mediums erstreckt.According to the invention, this object is achieved by a field desorption ion source solved with the features mentioned above, which is characterized in that the ionization electrode consists of a material that is permeable to the atoms to be ionized and is connected to an outside of the vacuum vessel located part extends in a space for receiving a medium containing the atoms to be ionized.
Mit einer solchen Ionenquelle können hohe Richstrahlwerte erreicht werden, wie sie z.B. für die oben erwähnten Anwendungen erforderlich sind. Da die Ionisierung bei der Desorption der durch die Ionisierungselektrode diffundierenden, zu ionisierenden Atome unmittelbar an der Oberfläche der Ionisierungselektrode erfolgt, die eine Äquipotentialfläche darstellt, istWith such an ion source, high directional beam values can be achieved, such as those for the above-mentioned applications required are. Since the ionization occurs during the desorption of the diffusing through the ionization electrode to be ionized Atoms takes place directly on the surface of the ionization electrode, which is an equipotential surface
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die Streuung der Anfangsenergie der erzeugten Protonen sehr klein. Es wird dadurch eine engere Anfangsenergieverteilung der Ionen erreicht, die dann wegen der reduzierten chromatischen Aberration eine bessere Fokussierung erlaubt.the scattering of the initial energy of the generated protons is very great small. A narrower initial energy distribution of the ions is thereby achieved, which is then due to the reduced chromatic Aberration allows better focusing.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Felddesorptions-Ionenquelle gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Wandteil eines Vakuumgefäßes dicht durchsetzende, und sich am einen Ende zu einer Spitze verjüngende Elektrode, deren Oberfläche auf der die Spitze aufweisenden Seite mit einem für die zu ionisierenden Atome im wesentlichen undurchlässigen Überzug bedeckt ist, hergestellt wird, und daß an der Spitze im Hochvakuum ein elektrisches PeId solcher Stärke erzeugt wird, daß eine Feldverdampfung des undurchlässigen Überzugs am äußersten Ende der Spitze stattfindet.A preferred method of making a field desorption ion source according to the invention is characterized in that a wall part of a vacuum vessel is sealed penetrating, and at one end tapering to a tip electrode, the surface of which on the one having the tip Side is covered with a coating that is substantially impermeable to the atoms to be ionized, and that at the top in a high vacuum an electrical level of such strength causes field evaporation of the impermeable coating to take place at the extreme end of the tip.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments and refinements of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing; show it:
Pig. 1 eine Schnittansieht einer Ionenquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;Pig. 1 is a sectional view of an ion source according to FIG an embodiment of the invention;
Pig. 2 eine gegenüber Pig. 1 stark vergrößerte Teilansicht der Ionenquelle undPig. 2 one across from Pig. 1 greatly enlarged partial view of the ion source and
Pig. 3 eine Schnittansicht der Spitze der Ionisierungselektrode der Ionenquelle gemäß Pig. 1.Pig. 3 is a sectional view of the tip of the ionizing electrode the ion source according to Pig. 1.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Ionenquellen, die Protonen, Deuteronen oder Tritiumionen lie-A preferred field of application of the invention are ion sources that supply protons, deuterons or tritium ions
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fern. In diesem Falle kann die Ionisierungselektrode z.B. aus Palladium, Vanadium, Niob oder Tantal bestehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Erzeugung von Wasserstoffionen beschränkt, sondern kann für die Erzeugung von Ionen aller Atome Anwendung finden, für die leitende Materialien existieren, in denen die Diffusionskonstante für die betreffenden Atome bei vernünftigen Temperaturen ausreichende Werte hat. Sauerstoffionen können z.B. mit einer Ionisierungselektrode aus Silber erzeugt werden.remote. In this case the ionization electrode can consist of palladium, vanadium, niobium or tantalum, for example. The invention However, it is not limited to the generation of hydrogen ions, but can be used for the generation of ions of all atoms Find application for which conductive materials exist, in which the diffusion constant for the atoms in question is at reasonable temperatures has sufficient values. Oxygen ions can e.g. with an ionization electrode made of silver be generated.
Die in 3?ig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellte Ionenquelle ist in erster Linie für die Erzeugung monochromatischer Wasserstoffionen, insbesondere Protonen bestimmt und wird im folgenden anhand der Verwendung von leichtem Wasserstoff als ionisierendes Gas erläutert. Sie kann jedoch auch für die Erzeugung von Deuteronen oder Tritiumionen verwendet werden.The 3? Ig. 1 as an embodiment of the invention shown schematically ion source is primarily for the Generation of monochromatic hydrogen ions, especially protons and is explained below with reference to the use of light hydrogen as an ionizing gas. she can however, they can also be used for the generation of deuterons or tritium ions.
Die Ionenquelle gemäß Pig. 1 enthält eine Ionisierungselektrode 1o, die dicht durch die Viand 12 eines sonst nicht dargestellten Vakuumgefäßes durchgeführt ist. Die Wand 12 soll hier aus Metall bestehen und kann zu einem Ionenmikroskop, einer lonensonde oder irgend einer anderen Einrichtung gehören, in der monochromatische Ionenstrahlen hohen Eichtstrahlwertes, also hier Protonen, benötigt werden.The ion source according to Pig. 1 contains an ionization electrode 1o, which is tightly through the viand 12 of an otherwise not shown Vacuum vessel is carried out. The wall 12 should be made of metal here and can become an ion microscope, a ion probe or any other device in which monochromatic ion beams of high Eichtstrahlwert, so here protons are needed.
Die Ionisierungselektrode 1o besteht aus einem relativ kurzen, dünnen Stab aus Palladium, der in eine scharfe Spitze ausläuft. Der Krümmungsradius der Spitze 14 muß so klein sein, daß die Feldstärke, die aus einer im Betrieb zwischen der Ionisierungselektrode 1o und einer bezüglich dieser negativ vorgespannten Saugelektrode 16 liegenden Spannung resultiert, für eine Ionisierung von Wasserstoff an der Oberfläche der Spitze 14 ausreicht. The ionization electrode 1o consists of a relative short, thin rod made of palladium, which ends in a sharp point. The radius of curvature of the tip 14 must be so small that that the field strength resulting from an operation between the ionization electrode 1o and a negatively biased with respect to this The voltage lying on the suction electrode 16 is sufficient for an ionization of hydrogen on the surface of the tip 14.
Das der Spitze 14 abgewandte Ende 18 der Ionisierungselektrode 1o reicht in einen Raum 2o, der über eine Rohrleitung The end 18 of the ionization electrode 1o facing away from the tip 14 extends into a space 2o which is via a pipeline
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22 in einer nicht dargestellten Quelle für gasförmigen Wasserstoff verbunden ist. Im Raum 20 ist ferner eine mit entsprechenden Anschlüssen versehene Heizwendel 24 vorgesehen, mit der die Ionisierungselektrode 10 zur Steuerung ihrer Wasserstoffleitfähigkeit erhitzt werden kann, z.B.auf eine Temperatur von etwa 300 0C.22 is connected in a source (not shown) for gaseous hydrogen. In a space 20 provided with corresponding terminals heating coil 24 is also provided with which the ionizing electrode 10 may be heated to control its hydrogen conductivity zBauf a temperature of about 300 0 C.
Der Eintritt von Wasserstoff in das im Raum 20 liegende Ende 18 der Ionisierungselektrode 10 kann ferner dadurch verbessert und gegebenenfalls gesteuert werden, daß man an diesem Ende 18 einen dünnen Draht 26 aus einem für Wasserstoff relativ gut durchlässigen Material, z.B. dem Material der Ionisierungselektrode 10, anbringt, der dem umgebenden Wasserstoff eine Ober-The entry of hydrogen into the end 18 of the ionization electrode 10 located in the space 20 can also be improved as a result and if necessary controlled that at this end 18 a thin wire 26 made of a relative for hydrogen a well-permeable material, e.g. the material of the ionization electrode 10, which provides the surrounding hydrogen with an upper
fläche von z.B. ca 0,1 mm zum Eintritt von Wasserstoff darbietet und im Betrieb mittels einer nicht dargestellten Stromquelle erhitzt werden kann, die zwischen einen nach außen isoliert durchgeführten Anschluß 28 und die Wand 12 geschaltet ist,- die auch als Potentialarisculuß für die Ionisierungselektrode 10 dient und gewöhnlich auf Masse liegt.area of e.g. 0.1 mm for the entry of hydrogen and during operation by means of a power source (not shown) can be heated, which is connected between an outwardly insulated port 28 and the wall 12, - the also as a potential ariscus for the ionization electrode 10 serves and usually lies on earth.
Wie Fig. 2 zeigt, ist der in den Vakuumraum hineinreichende Teil der Ionisierungselektrode 10 bis auf das äußerste Ende 14a der Spitze 14 mit einem wasserstoffundurchlässigen überzug 30 versehen, der z.B. aus Gold oder Molybdän bestehen kann.As FIG. 2 shows, that part of the ionization electrode 10 extending into the vacuum space is up to the outermost The end 14a of the tip 14 is provided with a hydrogen-impermeable coating 30, which consists for example of gold or molybdenum can.
Im Betrieb der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ionenquelle wird der Raum 20 mit Wasserstoff gefüllt, die Ionisierungselektrode 10 wird mittels der Heizwendel 24 auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht, die im Hinblick auf eine hohe Wasserstoffleitfähigkeit möglichst hoch sein soll und im allgemeinen durch die thermische Widerstandsfähigkeit der Apparatur begrenzt sein wird, ferner wird der Heizstrom für den Draht 26 eingeschaltet und an die Saugelektrode 11 wird eine bezüglich der Ionisierungselektrode 10 negative Spannung ge-During operation of the ion source shown in FIGS. 1 and 2, the space 20 is filled with hydrogen, the ionization electrode 10 is brought to the desired operating temperature by means of the heating coil 24, which in view of a high hydrogen conductivity should be as high as possible and generally due to the thermal resistance of the apparatus will be limited, furthermore, the heating current for the wire 26 is switched on and the suction electrode 11 is a negative voltage with respect to ionization electrode 10
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τ.τ.
nachträglich geändertretroactively changed
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legt, die bei einem Abstand von einigen Millimetern zwischen den Elektroden 10 und J/T z.B. 5 kV betragen kann. Unter diesen Umständen wird Wasserstoff von dem in den Raum 20 hineinragenden Ende 18 der Ionisierungselektrode 10 und dem Draht 26 absorbiert und er diffundiert durch die Ionisierungselektrode 10 hindurch zur Spitze 14 von deren äußerstem Ende 14a er durch die Einwirkung des dort herrschenden starken elektrischen Feldes in Form von Ionen desorbiert wird. Da die Desorption und Ionisation unmittelbar an der eine Äquipotentialfläche darstellenden Oberfläche der Spitze 14 stattfinden, entstehen alle Ionen praktisch auf dem gleichen Potential. Durch die im wesentlichen konische Form der Spitze 14 und durch den wasserstoffundurchlässigen überzug 30 wird der Fluß des Wasserstoffes an der sehr kleinen emittierenden Fläche (-10 cm ) des äußersten Endes 14a der Spitze 14 sehr stark konzentriert und es treten dort ( bei einer mitt-sets, which can be, for example, 5 kV at a distance of a few millimeters between the electrodes 10 and J / T. Under these circumstances, hydrogen is absorbed by the end 18 of the ionization electrode 10 and the wire 26 protruding into the space 20 and it diffuses through the ionization electrode 10 to the tip 14 from the extreme end 14a of which it is shaped by the action of the strong electric field prevailing there is desorbed by ions. Since the desorption and ionization take place directly on the surface of the tip 14, which surface represents an equipotential surface, all ions arise practically at the same potential. Due to the essentially conical shape of the tip 14 and the hydrogen-impermeable coating 30, the flow of hydrogen is very strongly concentrated at the very small emitting area (-10 cm) of the outermost end 14a of the tip 14 and
2O -3 leren Wasserstoffkonzentration von z.B. 10 cm , was einigen2O -3 leren hydrogen concentration of e.g. 10 cm, which some
24 -424 -4
Atomprozent entspricht) hohe Konzentrationsgradienten («10 cm η und dementsprechend eine hohe Ionenstromdichte auf. Weiter innen in der Ionisierungselektrode 10 steht dem diffundierenden Wasser-Atomic percent corresponds to) high concentration gradients («10 cm η and accordingly a high ion current density. Further inside in the ionization electrode 10 is the diffusing water
—3 2 stoff ein wesentlich größerer Quarschnitt (z.B. bis zu 10 cm ) zur Verfügung, man kann daher auch im Dauerbetrieb Ionenstrom-- 3 2 fabric a much larger quartz section (e.g. up to 10 cm) available, one can therefore also use ion current
_2_2
dichten in der Größenordnung von A cm erreichen.densities on the order of A cm.
Die Strecke, die der Wasserstoff vom Raum 20 durch das Palladium der Ionisierungselektrode 10 zum äußersten Ende 14a der Spitze 14 diffundieren muß, kann beispielsweise 0,75 mm betragen. Die Ionisierungselektrode 10 kann bei Zimmertemperatur betrieben werden, ihre Betriebstemperatur kann bei höheren Anforderungen an die Ionenstromdichte auch z.B. 200 bis 400 C und mehr betragen.The distance that the hydrogen takes from space 20 through the palladium of ionizing electrode 10 to the extreme end 14a the tip 14 must diffuse, for example 0.75 mm. The ionization electrode 10 can be operated at room temperature, its operating temperature can be used with higher requirements the ion current density can also be, for example, 200 to 400 C and more.
In Fig. 3 sind einige gestrichelte Flußlinien 32 für den diffundierenden Wasserstoff und punktierte Flächen 34 gleicher Wasserstoffflußdichte dargestellt. Die Emission erfolgt am äußersten Ende 14a der Spitze 14.In Fig. 3, some dashed flow lines 32 for the diffusing hydrogen and dotted areas 34 are the same Hydrogen flux density shown. The issue will take place on extreme end 14a of tip 14.
409884/1243409884/1243
Die beschriebene Ionenquelle kann auf folgende Weise hergestellt werden: Zuerst wird ein kurzes Stück Draht aus einem für den vorgesehenen Zweck geeigneten Metall, z.B. Palladium, in eine Bohrung in einem Wandteil eines Vakuumgefäßes vakuumdicht eingelötet (oder wenn das Wandteil aus Glas besteht, eingeschmolzen) . Anschließend wird das eine Ende des Drahtes durch litzen in bekannter Weise zugespitzt und die Spitze wird durch Aufdampfen oder elektrolytisches Niederschlagen mit dem für das vorgesehene Gas, z.B. Wasserstoff, undurchlässigen überzug 30 versehen. Das emittierende äußerste Ende 14a der Spitze 14 kann entweder beim Aufdampfen abschattiert oder mit überzogen und dann später z.B. durch Feldverdampfen wieder freigelegt werden. Beim Feldverdampfen wird an die überzogene Spitze im Hochvakuum eine positive Spannung angelegt, die so hoch gewählt wird, daß das Überzugmaterial (aber möglichst kein Metall· von der Spitze) nur am äußersten, die stärkste Krümmung aufweisenden Ende der Spitze durch das Feld verdampft wird.The ion source described can be manufactured in the following way: First, a short piece of wire is made from a Metal suitable for the intended purpose, e.g. palladium, in a hole in a wall part of a vacuum vessel in a vacuum-tight manner soldered in (or, if the wall part is made of glass, melted). Then one end of the wire is stranded in known manner and the tip is by vapor deposition or electrolytic deposition with the intended for the Gas, e.g. hydrogen, impermeable coating 30 is provided. The emitting extreme end 14a of the tip 14 can be either at Vaporization can be shaded or covered and then later exposed again, e.g. by field evaporation. With field evaporation a positive voltage is applied to the coated tip in a high vacuum, which voltage is chosen so high that the coating material (but if possible no metal from the tip) only through the outermost end of the tip with the greatest curvature the field is vaporized.
Das beschriebene Ausfülirungsbeispiel läßt sich z.B. dadurch abwandeln, daß man für die Ionisierungselektrode 10 und den Draht 26 anstelle von Palladium andere wasserstoffdurchlässige Materialien, wie z.B. V, Nb oder Ta, verwendet. Wenn Sauerstoff ionen erzeugt werden sollen, können die Ionisierungselektrode 10 und der Draht 26 aus Silber bestehen. Man kann auch andere Heizvorrichtungen als die Heizwendel 24 verwenden.The exemplary embodiment described can be modified, for example, by using for the ionizing electrode 10 and wire 26 uses other hydrogen permeable materials such as V, Nb, or Ta in place of palladium. When oxygen ions are to be generated, the ionization electrode 10 and the wire 26 can be made of silver. You can also do others Use heating devices as the heating coil 24.
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Claims (7)
eines Vakuumgefäßes durchsetzenden und in diesem zu einer Spitze zulaufenden Ionisierungselektrode und mit einer im Vakuumgefäß im Abstand von der Spitze angeordneten, bezüglich der Ionisierungselektrode negativ vorspannbaren Absaugelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrode (10) aus einem für die zu ionisierenden Atome
durchlässigen Material besteht und sich mit einem außerhalb
des Vakuumgefäßes befindlichen Teil in einem Raum (20) zur Aufnahme eines die zu ionisierenden Atome enthaltenden Mediums erstreckt. I IJ field desorption ion source with a one wall
an ionization electrode penetrating a vacuum vessel and tapering in this to a tip and with a suction electrode which is arranged in the vacuum vessel at a distance from the tip and can be negatively biased with respect to the ionization electrode, characterized in that the ionization electrode (10) consists of one for the atoms to be ionized
Permeable material is made up and is connected to an outside
of the vacuum vessel in a space (20) for receiving a medium containing the atoms to be ionized.
Spitze (14) mit einem für die zu ionisierenden Atome undurchlässigen überzug (30) abgedeckt ist.2. Ion source according to claim 1, characterized in that the part of the ionization electrode (10) reaching into the vacuum vessel until just before the end of the
The tip (14) is covered with a coating (30) which is impermeable to the atoms to be ionized.
mit einer Heizvorrichtung (24) versehen ist.3. Ion source according to claim 1, characterized in that the ionization electrode (10)
is provided with a heating device (24).
Material angebracht ist.4. Ion source according to claim 1, 2 or 3, characterized in that on the inside of the space (20) located end (18) of the ionization electrode (10) a heated to higher temperatures wire (2.6) £ 2fT from one for the to permeable ionizing atoms
Material is attached.
gekennzeichnet, daß der Draht p&f mit zwei5. Ion source according to claim 4, characterized
characterized that the wire p & f with two
bar ist. ... Ί8
is cash.
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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- 1973-07-03 DE DE19732333866 patent/DE2333866A1/en active Pending
-
1974
- 1974-06-21 US US481785A patent/US3911311A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2805273A1 (en) * | 1978-02-08 | 1979-08-09 | Max Planck Gesellschaft | DEVICE WORKING WITH CONTACTION TO GENERATE A BEAM OF ACCELERATED IONS |
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