DE2338452A1 - Analysis of multiple ionising emissions - by double 90 degree sector condenser constraining single focussed beam to detectors - Google Patents
Analysis of multiple ionising emissions - by double 90 degree sector condenser constraining single focussed beam to detectorsInfo
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Abstract
Description
Dr.Ing.Viktor Winkler
541 Höhr-Gronzhausen Dr-Ing Viktor Winkler
541 Höhr-Gronzhausen
Verfahren und Vorrichtung zur Anregung und/oder Bearbeitung von Oberflächen mit mehreren Arten von Korpuskularstrahlen in einem Arbeitsgang sowie zur Erzeugung und Konzentration von KorpuskularstrahlenMethod and device for the excitation and / or processing of surfaces with several types of Corpuscular rays in one operation as well as for Generation and concentration of corpuscular rays
Durch Beschüß einer Feststoff-Oberfläche mit Korpuskularstrahlen findet, je nach Beschaffenheit (Art), Energieinhalt und Stromdichte des Strahls ι By bombarding a solid surface with corpuscular beams, depending on the nature (type), energy content and current density of the beam ι
entweder nur eine Anregung der Oberfläche odereither just a stimulation of the surface or
auch eine Veränderung der Oberfläche statt.there is also a change in the surface.
Die Anregung besteht darin, daß von der bestrahlten Oberfläche Photonen, Elektronen, Ionen und Neutral- (ungeladene-) Teilchen emittiert werden.The excitation consists in the fact that photons, electrons, ions and neutral (uncharged) Particles are emitted.
Die Veränderung der Oberfläche kann darin bestehen, daß die Fläche zerstäubt (abgetragen), geschmolzen wird oder beim Beschüß mit Ionenstrahlen,die Oberfläche die Ionen in ihr Gefüge aufnimmt (Ionenimplantation).The change in the surface can consist in the fact that the surface is atomized (removed), melted or during Bombard the surface with the ions in it with ion beams Absorbs structure (ion implantation).
Beide Vorgänge sind schon seit langer Zeit bekannt und werden in der Praxis zu mannigfaltigen Zwecken verwendet, wozu bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden sind.Both processes have been known for a long time and are used in practice for a variety of purposes, including various methods and devices have already been developed.
So wird die Anregung der Oberfläche vorwiegend zu analytischen Zwecken, d.h., zur Bestimmung der Beschaffenheit der Oberfläche herangezogen, während der Vorgang der Oberflächenveränderung durch Strahl enbeschuß_, vorwiegend zur Bearbeitung von Oberflächen angewandt wird.The excitation of the surface is mainly used for analytical purposes, i.e. to determine the nature of the Surface used, during the process of surface change by beam enbeschuß_, mainly for processing applied to surfaces.
4Q9886/U324Q9886 / U32
A. Beschüß der Pestkörper-Oberflächen mit Korpuskularotrahlen zu analytischen ZweckenA. Corpuscular rays bombard the plague body surfaces for analytical purposes
Durch Beschüß der Oberflächen mit Elektronen entsteht : Emission von Photonen (z.B.Röntgenstrahlen), Sekundärelektronen und Auger-Elektronen, positiven und negativen Ionen und ITeutral-Teilchen.Bombarding the surfaces with electrons produces: Emission of photons (e.g. X-rays), secondary electrons and Auger electrons, positive and negative ions and ITeutral particles.
Bei Beschüß mit Ionen entstehen ebenfalls Photonen, Elektronen, Sekundärionen und zerstäubte geladene oder Neutral-Teilchen. When bombarded with ions, photons, electrons, Secondary ions and atomized charged or neutral particles.
Bei Beschüß der Oberfläche mit Photonen entsteht Röntgenfluoreszenz, Photo- und Auger-Elektronen, Photodesorption von Ionen und Neutral-Teilchen usw.When the surface is bombarded with photons, X-ray fluorescence occurs, Photo and Auger electrons, photo desorption of ions and neutral particles, etc.
Jedes emittierte Teilchen kann gemessen und zur Untersuchung und Kontrolle der Oberfläche herangezogen werden. Es sind auf dieser Basis eine große Anzahl von Verfahren zur Kontrolle der Oberfläche entwickelt worden und eine große Anzahl von Geräten gebaut, die z.T. auch kommerziell vertrieben werden wie : Elektronenspektroskope, Elektronen— strahl-Mikro- und Makrosonden, Ionensonden, Sekundärionenspektrometer ^u.a» Sie sind bereits in großer Zahl in Industrie- und Forschungslabors zu Analysezwecken eingesetzt. Die Oberfläche der Pestkörper ist allerdings sehr kompliziert, da sie u.a. durch die chemische Zusammensetzung, Gitteraufbau, Bindungszustand, Absorptionszustand, physikalische Beschaffenheit u.a. charakterisiert wird, so daß die bis jetzt bekannten Oberfläche-Analyseverfahren, die nur einzelne Anregungsprozesse untersuchen, meist nicht voll ausreichen, die Oberfläche vollständig zu charakterisieren.Every emitted particle can be measured and used to examine and control the surface. A large number of surface control methods have been developed on this basis, and a large one Number of devices built, some of which were also sold commercially are like: electron spectroscopes, electron beam micro and macro probes, ion probes, secondary ion spectrometers ^ inter alia »They are already in large numbers in industrial and research laboratories used for analysis purposes. The surface of the plague bodies is, however, very complicated, because they are due to the chemical composition, lattice structure, bonding state, absorption state, physical nature is characterized, among other things, so that the surface analysis methods known up to now, which only examine individual excitation processes, are usually not fully sufficient for the surface fully characterize.
A09886/U32 _3_A09886 / U32 _ 3 _
In der Praxis werden zu diesem Zwecke meistens mehrereIn practice there are usually several for this purpose
Verfahren verwendet, was einen großen operativen Aufwand benötigt und längere Zeit in Anspruch nimmt. Zudem ist das Ergebnis nicht immer zufriedenstellend, da in der Praxis es fast unmöglich ist, die gleichen Oberflächenbedingungen bei den einzelnen Analyseverfahren einzustellen. (Die Beschaffenheit der Oberfläche verändert sich ebenfalls während der einzelnen Analysen.)Procedure used what a large operational burden and takes a long time. In addition, the result is not always satisfactory because in the In practice, it is almost impossible to set the same surface conditions for the individual analysis methods. (The texture of the surface also changes during the individual analyzes.)
Ein Teil des Gegenstands dieser Erfindung befaßt sich mit Verfahren und Vorrichtungen, die gestatten, gleichzeitig mehrere Analyseverfahren mit verschiedenen-Anregungsprozessen zu verwenden bzw. einzelne Anregungsprozesse verschieden und in einem Arbeitsgang bei gleichbleibender Beschaffenheit der Oberfläche auszuführen, wodurch eine größere Anzahl und verschiedenartige Informationen erhalten werden können.Part of the subject matter of this invention is concerned with methods and apparatus that allow simultaneously several analysis methods with different excitation processes to use or individual stimulation processes differently and in one operation with the same quality of the surface, which gives a larger number and different types of information can be.
Dadurch, daß bei diesem neuen Verfahren und dieser neuen Vorrichtung die verschiedenen Anregungsprozesse gleichzeitig bzw. im Taktbetrieb kurz hintereinander durchgeführt werden, und zwar jeweils für ein und denselben Punkt der Oberfläche, können die Analysen in viel kürzerer Ze±ii/ji^a viel genauer und mit einem,viel kleinerem apparativen Aufwand durchgeführt werden.Because in this new method and this new device, the different excitation processes are carried out simultaneously or in intermittent mode in rapid succession, in each case for one and the same point of the surface, which analysis can in a much shorter Ze ± ii / ji ^ a much more accurate and can be carried out with much less equipment.
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Abb. 1 Keifet ein solches Verfahren und Vorrichtung "bestellend aus einem Doppel-üektorl-iondensator bekannter Ausführung, der theoretisch durch "Ineinanderbau" von zwei konventionellen Cektorkondensatoren entstanden int, u:id awar ist das "Ineinanderbauen" derart ausgeführt, daß der Plattenabstand sv/i sehen den verschiedenen Platten 1-4 der beiden Gektorkondensatoren überall gleich groß ist, was nur durch die Abkürzung der Außenplatten 1 und 5 möglich ν/ ird.Fig. 1 Keifet such a method and device "ordering from a double-ion capacitor of known design, the theoretically by "building into each other" of two conventional capacitor capacitors were created int, u: id awar, the "building into one another" is carried out in such a way that the Plate spacing sv / i see the various plates 1-4 of the Both Gector capacitors are the same size everywhere, which is only possible by shortening the outer plates 1 and 5 ν / ird.
Auf Abb.1 (sowie auf den folgenden Abbildungen mit Doppel— oder Mehrfach—Sektorkondensatoren) ist ein 9o Sektorkonden— sator zu Grunde gelegt.In Fig.1 (as well as on the following illustrations with double- or multiple sector capacitors) is a 9o sector capacitor used as a basis.
In der Praxis kann jedoch je nach Aufgabenstellung auch ein beliebig anderer Sektorwinkel gewählt werden. Durch die entsprechende Polung der Platten, (z.B. für positive Ionen bei Durchgang von der linken Ionenquelle Q1 muß Platte 1 und 4 positiv, Platte 2 negativ und bei Durchgang für die rechte Ionenquelle Q2 muß Platte 3 und 2 positiv und Platte 4 negativ sein) kann einerseits die Abkürzung der auiäeren Platten kompensiert werden, andererseits die Strahlen von beiden Quellen in den gleichen Brennpunkt fokussiert und von da ab auf die gleiche Bahn und die gleiche Richtung geführt werden.In practice, however, any other sector angle can be selected depending on the task at hand. Corresponding polarity of the plates (e.g. for positive Ions passing through from the left ion source Q1 must be plate 1 and 4 positive, plate 2 negative and when passing through for the ion source Q2 on the right, plate 3 and 2 must be positive and plate 4 negative) on the one hand, the abbreviation of the outer Plates are compensated, on the other hand the beams from both sources are focused in the same focal point and from there to be guided along the same path and in the same direction.
Die beiden Quellen Q1 und Q2 können z.E. Ionenquellen verschiedener Bauart sein, um z.B. verschiedene Eindringtiefen zu erzielen; sie können aber auch gleicher Art, jedoch für verschiedene Ionenstrahlen sein, z.B. verschiedene Edelgas-The two sources Q1 and Q2 can e.g. Ion sources of various Be of construction, e.g. to achieve different penetration depths; but they can also be of the same type, but for be different ion beams, e.g. different noble gas
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
ionen oder Edelgas- und Nichtedelgas (z.B. Sauerstoff) oder negative und positive Ionen u.a.ions or noble gas and non-noble gas (e.g. oxygen) or negative and positive ions, etc.
Zwischen Ionenquellen und dem Sektorkondensator können nach. Bedarf magnetische Analysatoreii oder dynamische Filter (A1 und A2) zwischengebaut v/erden, um definierte Stoßparameter (monoenergetische und monoisotoi)ische Strahlen) erhalten zu können.Between ion sources and the sector capacitor can after. Magnetic analyzers or dynamic filters required (A1 and A2) interposed in order to obtain defined impact parameters (monoenergetic and monoisotoi) ical rays) to be able to.
Anstelle der Ionenquellen können auch andere Korpuskularquellen 2.B. Elektronenquellen angebracht v/erden. Ebenfalls ist es möglich, eine dritte Quelle, z.B. Ionenquelle, Elektronenquelle oder !lontgenstralilrühre (03) oberhalb der Llußeren Kondensatorplatten 1 und 3 anzubringen. Zu diesem Zwecke muß zwischen Platte 1 und 3 eine entsprechende öffnung zum Strahlendurchschnitt freigelassen werden.Instead of the ion sources, other corpuscular sources 2.B. Electron sources attached. It is also possible, a third source, such as ion source, electron source or! Lon tgenstralilrühre (03) above the Llußeren capacitor plates 1 and install third For this purpose, a corresponding opening for the beam intersection must be left free between plates 1 and 3.
Im Brennpunkt des Doppel-Sektorkondensators ist die Probe (P), die heizbar und justierbar ist, angebracht.At the focal point of the double sector capacitor is the sample (P), which is heatable and adjustable.
Um die Probe herum können verschiedene nachweissysteme für die einzelnen zu untersuchenden emittierten Teilehen wie Detektoren für Sekundärelektronen, Auger-Elektronen, Monoehroaiatoren zum Messen der Fluoreszenz strahlen oder Sekundärionen-Detektoren angebracht werden.Various detection systems for the individual emitted parts to be examined, such as detectors for secondary electrons, Auger electrons, mono-ears to measure the fluorescence rays or secondary ion detectors are attached.
In Abb.1 ist ein Sekundär-Ionendetektor bestehend aus : einem Linsensystem (L1), einem Analysator (niagn. oder dynam. z.B. Quadrupol), dem eigentlichen Ionendetektor (z.B. Sekundär-Elektronen-Vervielfältiger (D)) und der zugehörigen Ver-In Fig.1 there is a secondary ion detector consisting of: a lens system (L1), an analyzer (niagn. or dynam. e.g. quadrupole), the actual ion detector (e.g. secondary electron multiplier (D)) and the associated
409886/1432 bad original -6-409886/1432 bathroom original -6-
sorgungs- und Meßelektronik und ev.Rechner (E); angedeutet.supply and measuring electronics and possibly computer (E) ; indicated.
.e. Es kann ein Betrieb in einem Arbeitsgang aller oder eines Teils der Strahlungsquellen oder ein Taktbetrieb, d.h. Betrieb der einzelnen Strahlungsquellen in kurzen Abständen hintereinander angewandt werden. .e. Operation in one operation of all or some of the radiation sources or cyclic operation, ie operation of the individual radiation sources at short intervals in succession, can be used.
Auch die Anordnung der verschiedenen Strahlungsdetektoren kann verschieden vorgenommen werden.The various radiation detectors can also be arranged differently.
Z.B. in Abb.2 sind zwei Ionenquellen an den beiden Sektorkondensator eintrittssteilen, z.B. für verschiedene EdelgaseE.g. in Fig.2 there are two ion sources on the two sector capacitors inlet parts, e.g. for various noble gases
oder Unedelgase des Doppel-Sektorkondensators, angebracht, während der Sekundär-Ionendetektor (z.B. ITugzeitanalysator) oberhalb der Außenplatten 1, 3 des Doppelsektorkondensators angeordnet ist. (L1) ist eine IPokussierungslinse für den Sekundär-Ionendetektor.or base gases of the double sector capacitor, attached while the secondary ion detector (e.g. IT train time analyzer) above the outer plates 1, 3 of the double sector capacitor is arranged. (L1) is a focusing lens for the Secondary ion detector.
In Abb.3 befindet sich der Ionenstrahlerzeuger/auf der linken Seite und der Sekundär-Ionendetektor/auf der rechten Seite des Doppel-Sektorkondensators, oberhalb des Kondensators ist eine Elektronenstrahlquelle/angebracht und seitlich der Probe ein Fluoreszenzmonochromator/und ein Detektor für Auger-Elektronen;In Figure 3 the ion beam generator / is on the left Side and the secondary ion detector / on the right side of the double sector capacitor, above the capacitor is an electron beam source / mounted and on the side the sample a fluorescence monochromator / and a detector for Auger electrons;
In Abb.4 ist eine Vorrichtung, bestehend aus einem Mehrfach-Sektorkondensator, dargestellt, die gestattet, gleichzeitig mehr als drei Strahlungsquellen zu verwenden (auf Abb.4 bis zu 5 Strahlenquellen).In Fig.4 is a device consisting of a multiple sector capacitor, which allows more than three radiation sources to be used at the same time (in Fig. 4 to to 5 radiation sources).
A09886/U32 ~7~A09886 / U32 ~ 7 ~
Der Mehrfach-Sektorkondensator entsteht theoretisch durch die Rotation eines Doppelsektorkondensators aus ATdTd, 1-3 um die Symmetrieachse der beiden Kondensatoren und durch Unterteilung der Rotationsgebilde in entsprechend viele Einzel-Sektorkondensatoren (z.B.in Abb.4-/ 4 Einzel-Sektorkondensatoren). The multiple sector capacitor arises theoretically through the rotation of a double sector capacitor made of ATdTd, 1-3 µm the axis of symmetry of the two capacitors and by subdividing the rotational structure into a corresponding number of individual sector capacitors (e.g. in Fig. 4-/4 single sector capacitors).
Die Unterteilung der Eotationsgebilde ist notwendig, um einen abwechselnden (getakteten) und unabhängigen Betrieb der einzelnen Strahlungsquellen möglich zu machen, wobei bei gleichartigen Strahlungsquellen es genügt, nur den unteren l'eil des Gebildes (entsprechend der Rotation der inneren Kondensatorplatten des Doppel-Sektorkondensators) zu unterteilen.The subdivision of the eotation structures is necessary to get one to make alternating (clocked) and independent operation of the individual radiation sources possible, with similar Sources of radiation it is enough just the lower l'eil of the structure (according to the rotation of the inner capacitor plates of the double sector capacitor).
An den Eintrittsstellen der einzelnen Sektorkondensatoren können Yersehiedene Strahlungsquellen für Korpuskularstrahlen, aber auch, verschiedene Detektoren für korpuskulare Teil chen angebracht v/erden, z.B. in Abb.5 , wo gleichfalls wie in Abb.4 ein Vierfaeh-Sektorkondensator dargestellt ist, bedeutet (1) Ionenquelle für Edelgas, (2) Detektor und Analysator für positive Sekundärionen, (3) Ionenquelle für ein Nicht-Edelgas, (4) Detektor mit Analysator für negative Sekundärionen, (5) Elektronenstrahlquelle und (6) Detektor Äür Sekundärelektronen.At the entry points of the individual sector capacitors, different radiation sources for corpuscular rays, But also, different detectors for corpuscular particles should be attached, e.g. in Fig. 5, where also how a quadruple sector capacitor is shown in Fig.4, means (1) ion source for noble gas, (2) detector and analyzer for positive secondary ions, (3) ion source for a non-noble gas, (4) detector with analyzer for negative secondary ions, (5) electron beam source and (6) detector for secondary electrons.
Der verstellbare Probehalter mit der Probe (P) ist im Brennpunkt des Vierfaeh-Sektorkondensators und schräg gegenüber der Symmetrieachse des Vierfach-Sektorkondensators und gegen über den beiden Ionenquellen (1) und (3) angeordnet.The adjustable sample holder with the sample (P) is in the focal point of the quadruple sector capacitor and diagonally opposite the axis of symmetry of the quadruple sector capacitor and arranged opposite the two ion sources (1) and (3).
A09886/U32 ~8~A09886 / U32 ~ 8 ~
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B. BeschuS der Festkörperoberfläche mit Korpuskularstrahlen zwecks bearbeitung der OberflächeB. Bombardment of the solid surface with corpuscular rays for the purpose of processing the surface
Durch Beschüß einer Festkörperoberfläche mit schnellen Elektronenstrahlen kann die Oberfläche je nach Beschaffenheit des Feststoffes und der Oberfläche und je nach dem Energieinhalt der Elektronenstrahlen und der Beschußdauer abgetragen (zerstäubt, verdampft, geätzt, poliert), gebohrt, geschnitten, geschmolzen (geschweißt) und in einigen Fällen auch in ihren physikalischen Eigenschaften geändert (z.B. gehärtet) v/erden.By bombarding a solid surface with fast electron beams the surface can vary depending on the nature of the solid and the surface and depending on the energy content the electron beams and the duration of the bombardment (atomized, vaporized, etched, polished), drilled, cut, melted (welded) and in some cases also changed in their physical properties (e.g. hardened) v / ground.
Durch Beschüß eines Festkörpers mit Ionenstrahlen kann die Oberfläche ebenfalls abgetragen werden (zerstäubt, verdampft, geätzt, poliert) und bei kleinerer Eindringtiefe auch gebohrt oder geschmolzen werden; sie kann aber auch ihre physikalischen Eigenschaften wie Härte, Passivität (Widerstand gegen Witterung u.a.), magnetisches erhalten, Lichtdurchlässigkcit, Brechnungsindex, elektrischer und thermischer Widerstand (Halbleitereigenschaften) und auch die chemischen Eigenschaften sehr gründlich verändern oder sogar völlig umwandeln (z.B. völlige Umwandlung der Beschaffenheit bei Beschuß mit einem Ionenstrom über 1o Ionen/cm£ ), vorwiegend durch die sogen. Ionenimplantation (Eindringen und Anlagern)-von Ionen in der OberflächejLBy bombarding a solid body with ion beams, the surface can also be removed (atomized, vaporized, etched, polished) and, if the penetration depth is smaller, it can also be drilled or melted; However, it can also change its physical properties such as hardness, passivity (resistance to weather, etc.), magnetic, light permeability, refractive index, electrical and thermal resistance (semiconductor properties) and also the chemical properties very thoroughly or even completely transform them (e.g. complete change in nature when bombarded with an ion current over 10 ions / cm £ ), mainly by the so-called. Ion implantation (penetration and attachment) -of ions in the surface jL
Alle diese Bearbeitungsverfahren sowie entsprechende Vorrichtungen und Geräte zu ihrer Durchführung sind bekannt und seit einigen Jahren für mannigfaltige technologische Arbeiten eingesetzt.All of these machining processes as well as corresponding devices and devices for their implementation are known and for several years for a variety of technological work used.
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Mir manche Anwendungen sind Bearbeitungen mit kombinierten Strahlen notwendig und auch praktisch durch Wiederholung dea Bearbeitungsprozesses mit den gewünschten Strahlun^sarten durchführbar, was meist jedoch zeitraubend und kostspielig ist.For some applications, machining with combined beams is necessary and also practical through repetition the machining process with the desired types of radiation feasible, which is usually time-consuming and costly is.
Es sind Λ/eitere Anwendungen von kombinierter Bearbeitung; von l'estkörperoberflächen mit verschiedenen Korpuskularstrahl en denkbar, die jedoch mit dem heutigen apparativen Ausrüstungen, -wenn es z.B. darauf ankommt, mit den jeweiligen Korpuskularstrahlen immer den gleichen Punkt ( der bis zu 2 um klein sein kann) und nach Möglichkeit gleichzeitig oder in kurzen Zeitabständen zu treffen- , undurchführbar.There are Λ / other applications of combined machining; of l'est body surfaces with different corpuscular ray en conceivable, but with today's equipment, -if it matters, for example, with the respective Corpuscular rays always point to the same point (the one up to to 2 µm can be small) and if possible at the same time or to be met at short intervals - impracticable.
Diese Erfindung befaßt sich u.a. auch mit einigen kombinierten Verfahren und Vorrichtungen, die es ermöglichen, mit relativ einfachen Mitteln und minimalem zeitlichen Aufwand eine i'estkörperoberfläche punktförmig abzutasten und zu bearbeiten, wobei jeder Punkt simultan oder in sehr kurzen ^eitabständen mit zwei oder mehreren Korpuskularstrahlen bestrahlt v/erden kann,This invention is also concerned, inter alia, with some combined methods and devices which enable with relatively simple means and minimal expenditure of time, to scan a surface of the body in a punctiform manner and to be worked on, each point simultaneously or at very short intervals with two or more corpuscular rays irradiated / grounded,
Durch diese neuen kombinierten Oberflächenbearbeitungs-Vei?fahren und —Vorrichtungen eröffnen sich auch neue Anwendungsgebiete. Einige davon werden kurz beschrieben und bilden gleichfalls den Gegenstand dieser Erfindung, Im wesentlichen sind diese neuartigen Bearbeitungsverfahren und ^-vorrichtungen, ähnlich den Verfahren und Vorrichtungen, die bereits für die Analyse von Festkörperoberflächen beschrieben worden sind, unterscheiden sich jedoch vor allemDrive through this new combined surface treatment process and devices also open up new fields of application. Some of them are briefly described and also form the subject of this invention, Essentially, these novel machining methods and devices, similar to the methods and devices which have already been described for the analysis of solid surfaces, however, mainly differ
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dadurch, daß nie durch Verwendung von leistungsfähigeren Strahlungsquellen (Strahlungskanonen) robuster gebaut v/erden müssen und durch dse meist größere Ausmaß und Beschaxfenhext der zu bearbeitenden Proben,/mit anderen Probehaltern versehen und für andere Yakuumverhältnisse konstruiert v/erden müssen.by never using more powerful ones Radiation sources (radiation cannons) built more robustly must and by the mostly larger extent and Beschaxfenhext of the samples to be processed, / provided with other sample holders and constructed for other yakuum conditions have to.
In Abb.6 ist z.B. eine Vorrichtung skizziert zur simultanen Bearbeitung einer Probe mit zwei verschiedenen Ionenstrahlen, wobei die Fokussierung der Strahlen auf der Oberfläche der Probe mit Hilfe eines Doppel-Sektorkondensators, ähnlich wie in Abb.1, vorgenommen wird.In Figure 6, for example, a device is sketched for the simultaneous Processing of a sample with two different ion beams, whereby the focusing of the beams on the surface of the Sample is made with the help of a double sector capacitor, similar to that in Fig.
Mit der Vorrichtung wird im Taktbetrieb gearbeitet, indem in dem gewünschten Takt die Polarität der Kondensatorplatten, wie auf Abb.6 angedeutet, geändert wird.The device is operated in cycle operation by changing the polarity of the capacitor plates, as indicated in Fig. 6 is changed.
Um die Probeoberfläche mit monoenergetischen und monoisotopisclien Ionenstrahlen bzw. mit ganz bestimmten Verbindungs-Ionen oder Radikal-(Brücketück von organischen Verbindungen)-Ionen bearbeiten zu können, werden die entsprechenden Ionenquellen mit Analysatoren versehen bzw. anstelle der Ionenquellen leistungsfähige Separatoren verwendet. Bei Verwendung von Analysatoren oder Separatoren anstelle von einfachen Ionenquellen ist es gleichfalls möglich, von einer Ionenquelle verschiedene Sorten von Ionen zu entnehmen und soweit hierbei die Leistung dieser Ionen ausreicht, damit auch Ionenimplantationen durchzuführen.To the sample surface with monoenergetic and monoisotopic Ion beams or with very specific compound ions or radical (bridging organic compounds) ions To be able to process, the corresponding ion sources are provided with analyzers or instead of the ion sources high-performance separators are used. When using analyzers or separators instead From simple ion sources it is also possible to take different types of ions from one ion source and insofar as the power of these ions is sufficient to carry out ion implantations with them.
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In Abb.7 kann zusätzlich die Oberfläche mit einem leistungsfähigen Elektronenstrahl, der entlang der Symmetrieachse des Doppel-Sektorkondensators vorläuft und gleichfalls in den -brennpunkt des Sektorkondensators mit Hilfe des Linsensj^stems L1 und/oder L2 fokussiert wird, bearbeitet werden.In Fig.7, the surface can also be equipped with a powerful Electron beam traveling along the axis of symmetry of the Double sector capacitor runs forward and also into the focal point of the sector capacitor with the help of the lens j ^ stems L1 and / or L2 is focused can be edited.
Nach diesem Verfahren ist es möglich, wie in Abb.8 skizziert ist, mit dem Elektronenstrahl in einen flachen Gegenstand (z.E. Folie) Löcher zu bohren und gleichzeitig oder unmittelbar die Y/andungen der einzelnen Bohrungen mit bis zu zwei verschiedenen Ionenstrahlen zu überarbeiten, z.B. polieren oder anrauhen (vergrößern der Oberfläche der Bohrungen) oder durch Anlagern von gewünschten Ionen (Ionenimplantation) die physikalisch-chemischen Eigenschaften in eine gewünschte Eichtung (z.B. Brnohung der Korrosionsfestigkeit der Härte ucw.) zu verändern.After this procedure it is possible as sketched in fig is to drill holes with the electron beam in a flat object (e.g. foil) and at the same time or directly the connections of the individual holes with up to two to rework different ion beams, e.g. polish or roughen (increase the surface of the holes) or by attaching desired ions (ion implantation), the physico-chemical properties are converted into a desired one Adjustment (e.g. increasing the corrosion resistance of the hardness ucw.) to change.
So ist es z.B. möglich, wie in Abb.9 angedeutet ist, Kunstfolien oder Kunstleder durch Perforation mit Elektronenstrahlen und zusätzliche Bearbeitung der Löcher mit Sauerstoff oder/und Kohlendioxyd oder andere Ionen, porös und hydrophil oder auf Wunsch porös und hydrophob oder porös und von einer Seite hydrophob, von der anderen Seite jedoch hydrophil zu machen.For example, as shown in Fig. 9, it is possible to use art foils or artificial leather through perforation with electron beams and additional processing of the holes with oxygen and / or carbon dioxide or other ions, porous and hydrophilic or, if desired, porous and hydrophobic or porous and hydrophobic on one side, but hydrophilic on the other side do.
In Abb.io ist die Möglichkeit skizziert zur Herstellung von spezifischen Srenndiaphragmen oder Katalysatordiaphragmen nach diesem Bearbeitungsverfahren.In Fig.io the possibility of producing specific break diaphragms or catalyst diaphragms according to this machining process.
■ -12-■ -12-
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Die Diaphragmen können z.B. aufgebaut werden aus mehreren übereinandergeschichteten Folien, die mit Elektronenstrahlen perforiert wurden und simultan oder unmittelbar nach Bohren der einzelnen Löcher ihre Wandungen für die jeweilige charakteristische Reaktion durch Ionenimplantation aktiviert wurden. The diaphragms can, for example, be made up of several stacked foils that have been perforated with electron beams and simultaneously or immediately after drilling the walls of the individual holes have been activated by ion implantation for the respective characteristic reaction.
Auf .ähnliche Weise oder nach Schema der Abb.. 9 können auch spezifische Filter für präparative oder analytische Zwecke, vor allem für biochemische Verbindungen und ev, Yiren hergestellt werden, indem die Bohrungen durch Ionenimplantation mit entsprechenden spezifischen organioclion Molekülen bzw. Bruchstück-Molekülen belegt werden»In a similar way or according to the scheme of Fig. 9 can also specific filters for preparative or analytical purposes, especially for biochemical compounds and ev, Yiren made by ion implantation with corresponding specific organioclion molecules resp. Fragment molecules are occupied »
Nicht zuletzt wird durch Kombination der Ionenimplantation mit Bearbeitung der Elektronenstrahlen auch eine Ionenimplantation für tiefere Oberschichten möglich.Last but not least, the combination of ion implantation with machining of electron beams also results in ion implantation possible for deeper upper layers.
Mit einer Vorrichtung wie in Abb.11 , die ein Vierfach-Sektorkondensator, ähnlich der Ausführung aus Abb.5 , darstellt, können z.B. Ionenimplantationen in einzelnen Punkten oder von ganzen Oberflächen mit vier verschiedenen Ionensorten im Taktbetrieb durchgeführt \?erden. ®With a device as in Figure 11, which has a quadruple sector capacitor, similar to the design from Fig. 5, e.g. ion implantations in individual Ground points or entire surfaces with four different types of ions in cyclic operation. ®
Auf Wunsch ist es möglich, die Anzahl dsr Ionenutrahlen und dadurch die zu implantierenden Ionen-sorten zu vergrößern, indem ein entsprechender Mehrfach-Sektorkondensator, der ähnlich gebaut werden kann wie der dargestellte Vierfach-Gektorkondensator aus Abb.11 , verwendet werden, dB (nur /nnere, If desired, it is possible to increase the number of ion beams and thereby the types of ions to be implanted by using a corresponding multiple sector capacitor, which can be constructed similarly to the four-fold Gector capacitor shown in Fig. 11, dB (only / inner,
/ezcA*/ ezcA * tx {,or Χολ </ en.)-tx {, or Χολ </ en.) -
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Mit diesem Ionenimplanta.tionsvsrfahren int es Beglich, komplizierte Halbleiter und ganze integrierte Schaltkreise u.a. in einem einzigen Arbeitsgang und mit relativ einfachen Mitteln herzustellen.With this ion implantation process, it becomes complicated Semiconductors and entire integrated circuits, among other things, in a single operation and with relatively simple To produce means.
Gleichfalls ist es möglich, durch überlagerte Bestrahlung mit.bestimmten Ionenstrahlen und ev. eine gleichzeitige oder darauf folgende thermische Nachbeahndlung, gewünschte und definierte Oberflächen oder Oberflächenteile herzustellen. Hierbei kann eine einfache Dosierung der Oberfläehenzueamaensetzung durch entsprechende Einstellung der jeweiligen Ionenströme vorgenommen werden.It is also possible, by superimposed irradiation with certain ion beams and possibly a simultaneous or subsequent thermal treatment, desired and to produce defined surfaces or surface parts. A simple dosage of the surface composition can be used here by setting the respective ion currents accordingly.
0. Herstellung und Konzentration von Korpuskularstrahlen 0. Production and concentration of corpuscular rays
Schließlich können alle erwähnten Verfahren und Vorrichtungen zur simultanen Bestrahlung von Festkörpern mit mehreren Strahlen wie unter A. und B. auch zur Konzentrierung von Korpuskular3trahlen verwendet werden.Finally, all of the methods and devices mentioned for the simultaneous irradiation of solids with several Rays as under A. and B. can also be used to concentrate corpuscular rays.
So z.B., wenn in Abb.5 oder 11 die verschiedenartigen Ionenquellen mit gleichartigen Ionenquellen ersetzt.werden, erhält man im Brennpunkt des Doppel- oder Mehrfach- Sektorkondensators einen entsprechend starken, einheitlichen Ionenstrahl.For example, if in Fig. 5 or 11 the different types of ion sources replaced with ion sources of the same type one in the focal point of the double or multiple sector capacitor a correspondingly strong, uniform Ion beam.
Nach entsprechender Modifikation können solche Vorrichtungen zur Erzeugung von intensiven Korpuskularstrahlen -I4-verwendet werden,After appropriate modification, such devices used to generate intense corpuscular rays -I4- will,
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Solche Verfahren und Vorrichtungen zur Konzentration und Erzeugung von intensiven Korpuskularstrahlen im allgemeinen und Ionenstrahlen im speziellen, die ebenfalls den Gegenstand dieser Erfindung bilden, gewinnen in der letzten Zeit immer mehr an Interesse und können für die zukünftige Technologie (Ionenimplantation, Energieumwandlung, Kernreaktion) von Bedeutung werden.Such methods and devices for concentration and generation of intense corpuscular rays in general and ion beams in particular, which are also the object of this invention are gaining more and more interest recently and may be used for future technology (Ion implantation, energy conversion, nuclear reaction) of importance will.
In Abb.12 ist ein Lotations-Sektorkondensator zur Konzentrierung der Ionenstrahlen von acht leistungsfähigen Ionenquellen IQ1-8 im Schnitt und halbperspektiviöch dargestellt. Eine Unterteilung in Segmente ist zum Unterschied der Vorrichtungen aus 4 und 5 oder Abb.11 bei gleichaltrigen Strahlen und kontinuierlichem Betrieb nicht notwendig. In Fig 12 is a lotation sector capacitor for concentration of the ion beams from eight powerful ion sources IQ1-8 shown in section and semi-perspective. In contrast to the devices from 4 and 5 or Fig. 11, a subdivision into segments is of the same age Blasting and continuous operation are not necessary.
Dafür aber wird der untere Hohlkegel aus Abb.12 , d.h., die innere Eotations-Kondensatorplatte, (die durch !Rotation der inneren Platten, d.h., der Platten mit kleinerem Durchmesser des Doppel-Sektorkondensators entstanden ist), in Höhe der Spitze des oberen Hohlkegels (A) der sogen, äuiieren dotations— Kondensatorplatte, (die durch Rotation der äuSeren Kondensatopplatten des Doppel-Sektorkondensators entstanden ist) in zwei Teile B und C getrennt, wodurch beim Betrieb auf den unteren Teil C zwecks !Nach justierung der Strahlen eine zur Platte B unterschiedliche Spannung und/oder Potential angebracht werden kann.For this, however, the lower hollow cone from Fig. 12, i.e., the inner eotation capacitor plate, (which is produced by! rotation of the inner plates, i.e. the plates with a smaller diameter of the double sector capacitor), in the amount of Tip of the upper hollow cone (A) of the so-called outer doping Capacitor plate (created by the rotation of the outer condensator plates of the double sector capacitor) is separated into two parts B and C, whereby when operating on the lower Part C for the purpose of! After adjusting the beams one to plate B different voltage and / or potential can be applied.
So z.B. beim Betrieb mit positiven Ionenstrahlen erhält der obere Teil A eine positive Spannung, der mittlere Teil B eine negative Spannung und der untere Teil C die gleiche Spannung wie Teil A oder eine veränderliche (justierbare) positive Spannung. 409886/1432 _15_For example, when operating with positive ion beams, the upper part A receives a positive voltage, the middle part B. a negative voltage and the lower part C the same voltage as part A or a variable (adjustable) positive voltage. 409886/1432 _15_
Es ist zweckmäßig, Ionenstrahlen mit breiten rechteckigen Strahlenquerschnitten (z.B. mit Pierce-scher Geometrie) zu verwenden, wodurch eine einheitliche Verteilung erzielt werden kann.It is convenient to use ion beams with wide rectangular To use beam cross-sections (e.g. with Pierce-shaped geometry), whereby a uniform distribution is achieved can be.
Wenn da"bei die Verteilung der Ionenstrahlen auf den Gesamtumfang des Rotations-Sektorkondensators gleichmäßig ist und die Strahlen intensiv genug sind, so kann auf eine Unterteilung der inneren liotatioiiakondensatorplatte wie in A"b"b.12 durchgeführt wurde, verzichtet werden.If there is the distribution of the ion beams over the entire circumference of the rotating sector capacitor is uniform and If the rays are intense enough, a subdivision of the inner liotatioiiakondensatorplatte as in A "b" b.12 carried out, should be waived.
Hierbei kommt es darauf an, wie in Abb.13 angedeutet ist,Here it is important, as indicated in Fig. 13,
Um/s vA/i
daß der mittlere - des Schnittes des Hohlraums zwischen den beiden Teilen A und B ca. in Höhe der Spitze des oberen
Teils A gleichmüßig und voll mit Strahlen zu besetzen. In diesem Falle entsteht eine Selbstjustierung der Strahlen
durch ihre gleichnamige Ladung. Um / s v A / i
that the middle - of the section of the cavity between the two parts A and B approximately at the height of the tip of the upper part A should be filled with rays evenly and fully. In this case a self-adjustment of the rays arises through their charge of the same name.
Viel günstiger wäre/#&?— eine ringförmige Konstruktion der Strahlungsquelle, die um den Rotations-üektorkondensator angebracht werden kann, wodurch einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Strahlen garantiert und andererseits die Erreichung der maximalen Leistung für den jeweiligen Rotations-Sektorkondensator ermöglicht wird.Much cheaper would be / # &? - a ring-shaped construction the radiation source, which can be attached to the rotation-uektorkondensator, whereby on the one hand guarantees an even distribution of the rays and, on the other hand, the achievement of maximum power for the respective rotary sector capacitor is made possible.
In Abb.14 ist ein Rotations-Sektorkondensator mit einer Ring-Ionenquelle nach Art eines Duoplasmatrons skizziert. Durch die rotationssymmetrische Ausführung ist die Konstruktion der Ionenquelle besonders einfach und besonders günstig, vor allem bei der Durchführung der Kühlung der ver-> schieden.en Teile und bei Betrieb mit Hoch- und Höchstspannung. . -16-In Fig.14 is a rotating sector capacitor with a Ring ion source outlined in the manner of a duoplasmatrons. Due to the rotationally symmetrical design, the construction of the ion source is particularly simple and special favorable, especially when carrying out the cooling of the various parts and when operating with high and maximum voltage. . -16-
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Zudem ist der apparative Aufwand, verglichen mit einer Vorrichtung mit- mehreren Ionenquellen, wie z.B. in A"b"b. 11 , viel kleiner und die Konstruktion kann kompakter ausgeführt v/erden.In addition, the outlay in terms of equipment is compared with a device with several ion sources, such as in A "b" b. 11 much smaller and the construction can be made more compact.
Zur Weiterführung des Strahls, z.B. der Ionenstrahlen zum Analysator oder um eine Strahlverbreitung bei allzu großen Stromdichten zu verhindern, kann zusätzlich eine elektrostatische oder elektromagnetische bzw. eine kombinierte Linse oder Linsensystem (L1 und/oder L2) angebracht werden.To continue the beam, e.g. the ion beam to the Analyzer or a beam spread in the case of overly large ones To prevent current densities, an electrostatic or electromagnetic or a combined one can also be used Lens or lens system (L1 and / or L2) can be attached.
Auch der umgekehrte Vorgang : die Extraktion von Korpuskularstrahlen und/oder die Aufteilung eines Korpuskularstrahl^ in i'.wei oder mehrere Einsolstrahlen oder auf einen Kreis (parallel, konvergierend oder divergierend v/ie in Abb. 15 a-e) bzw. die Aufteilung eines liorpuskularstrahlgemisches in positive und negative Anteile ist Mit einem Doppel-Gektor-, Mehrfach-Sektor- oder Kotations-Cektor-konde.nsator ebenfalls möglich.Also the reverse process: the extraction of corpuscular rays and / or the division of a corpuscular beam into two or more single beams or on a circle (parallel, converging or diverging v / ie in Fig. 15 a-e) or the division of a liorpuscular beam mixture into positive ones and negative proportions is with a double-Gector, multiple-sector or cotation-Cektor-konde.nsator as well possible.
Referenz:Reference:
Deutsche Patentanmeldung P 23 ο 3 258.8 Dr.V.WinklerGerman patent application P 23 ο 3 258.8 Dr V. Winkler
"Verfahren und Vorrichtung für Doppel-Ionenstrahl-Hascenspektrometer, vorzugsweise für Takthetrieb""Method and device for double ion beam hase spectrometers, preferably for cycle operation "
-17-409886/1432 -17- 409886/1432
Claims (1)
in einem gemeinsamen Brennpunkt konzentriert werden. the corpuscular beams, which are generated by several appropriately arranged ion sources or separators, through a rotary sector capacitor, the shape of which is created by the rotation of a double sector capacitor of a known type around the axis of symmetry and the lower part of which - suction, inner rotary capacitor plate - is created by the rotation of the inner plates of the sector capacitor - below the tip of the upper part of the rotation sector capacitor, the so-called outer rotation capacitor plate, - created by the rotation of the outer plates of the double sector capacitor, is separated into two parts, namely the upper and lower inner plate and thereby an additional beam adjustment by applying voltages of different sizes and polarities to the three parts (see, for positive beams: positive voltage, for upper and lower part and negative voltage for the middle part) is possible,
be concentrated in a common focal point.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732338452 DE2338452A1 (en) | 1973-07-28 | 1973-07-28 | Analysis of multiple ionising emissions - by double 90 degree sector condenser constraining single focussed beam to detectors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732338452 DE2338452A1 (en) | 1973-07-28 | 1973-07-28 | Analysis of multiple ionising emissions - by double 90 degree sector condenser constraining single focussed beam to detectors |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2338452A1 true DE2338452A1 (en) | 1975-02-06 |
Family
ID=5888283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732338452 Pending DE2338452A1 (en) | 1973-07-28 | 1973-07-28 | Analysis of multiple ionising emissions - by double 90 degree sector condenser constraining single focussed beam to detectors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2338452A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3104272A1 (en) * | 1981-02-07 | 1982-08-19 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Device for analysing the surface of a sample |
EP0093868A2 (en) * | 1982-05-10 | 1983-11-16 | International Business Machines Corporation | Electron beam apparatus |
EP0448331A2 (en) * | 1990-03-21 | 1991-09-25 | Kratos Analytical Limited | Mass spectrometry systems |
-
1973
- 1973-07-28 DE DE19732338452 patent/DE2338452A1/en active Pending
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