DE7615493U1 - Vorrichtung zum massenspektrometrischen nachweis von negativen ionen - Google Patents

Description

BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, 3i einen st; tr ad se 11, D 6201 Nordenstadt

Vorrichtung zum massenspektrometer!sehen Nachweis von negativen Ionen

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum massenspektrometer! sehen Nachweis von negativen Ionen in Anwesenheit von Elektronen. Eine solche Vorrichtung wird z.B. gebraucht zum Nachweis der negativen Sekundärionen, die bei Beschuss eines Targets mit Primä^ionen aus der Oberfläche ausgelöst werden. Die Analyse dieser Sekundärionen liefert wichtige Aufschlüsse über die chemische Beschaffenheit der Oberfläche.

Es ist bekannt, dass sich beim Nachweis negativer Ionen Schwierigkeiten ergeben wegen der durch die Primärionen von der Targetoberfläche und durch die Sekundärionen in der massenspektrometrischen Trennanordnung ausgelösten Sekundärelektronen. Diese Sekundärelektronen können nämlich in den zum Nachweis der Ionen bestimmten Uetekto¹" gelangen, wobei sie einen Störuntei grund (Rauschen) des Nachweiösignals verursachen. Dieser Störuntergrund ist beim Nach-

7615493 16.12.76

weis ηο,-.a*.i ver Tonen ungefähr um den Paktor 1000 grosser als bei in Nachweis positiver Ionen in derselben Apparatur. Dies äst. überraschend, weil vermutet werden sollte, dass die :ι1··κ tronen, deren Masse sich von der Masse der Ionen stark unterscheidet, in der massenspektrometrischen Trennanordnung mi', sicherheit, ausgeschieden würden, so dass sie den auf den NtOMweis einer jestimmten Ioner.masse eingestellten Detektor ^i ent erreichen so.1 ten. Man vermutet, dass - zum Teil wenigstens Jer stärkere Störuntergrund beim Nachweis negativer Ionen mittels eines Quaarupoi-Massenspektrometers davon herrührt, dass die vom Prin..: rionenstroip am Target ausgelösten Sekundärelektronen wegen :nre" hohen Geschwindigkeit eine so kurze Verweilzeit im Massenspektrometer aufweisen, dass sie am Durchgang durch dieses und arn Erreichen des Detektors nicht gehindert werden können.

Zur Herabsetzung des Störuntergrundes ist bereits vorgeschlagen /.'orden, zwischen dem Ausgang einer massenspektrometrischen Trennanordnung und dem Detektor einen Permanentmagneten anzuordnen, der ein schwaches magnetisches Ablenkfeld erzeugt, derart, dass die nachzuweisenden Ionen selbst kaum eine Ablenkung durch dieses Feld erfahren, die störenden Elektronen aber von der Eintrittsöffnung in den Detektor abgelenkt werden. Diese Massnahme erbrachte eine erhebliche Verbesserung und zwar konnte experimentell eine Verminderung des Störpegels um mehr als 40 Dezibel nachgewiesen v/erden.

7815493 16.12.76

Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zum massenspektrometrischen Nachweis von Ionen in Anwesenheit von Elektronen, welche ein massenspektrometrisches Trennsystem und einen Detektor zum Ionennachweis aufweist, eine besonders günstige Magnetanordnung zur Herabsetzung des Störuntergrundes zu finden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass als Permanentmagnet ein ringförmiger zweipoliger Permanentmagnet vorgesehen ist, dessen Pole diametral auf der Ringinnenseite liegen und dass die Anordnung so getroffen ist, dass der Ionenstrahl den Ringinnenraum in axialer Richtung durchläuft bevor er in den Detektor eintritt.

Es hat sich gezeigt, dass durch diese Anordnung ein möglichst grosses Verhältnis der Stärke des magnetischen Feldes im Ringinnenraum, welches der selektiven Aussonderung der störenden negativen Ladungsträger dient, zur Magnetfeldstärke ausserhalb des Ringes, welche den Detektor und oft auch noch weitere in der Nähe befindliche Messeinrichtungen stört, erzielt wird.

In einer besonderen AusfUhrungsform der Erfindung wird ferner vorgesehen, den ringförmigen Permanentmagneten auf seiner Aussenseite zusätzlich mit einer Abschirmung aus weichmagne ti schein Werkstoff zu umschliessen, wodurch das Streufeld im Aussenraum weiter herabgesetzt werden kann.

7615493 16.12.76

Zum besseren Verständnis werde nachfolgend ein spiel näher beschrieben.

Die anliegende Zeichnung zeigt ein massenspektrcmetrisches Trennsystem 1 und einen Detektor 2. Die zugehörige Vakuumkammer una die bekannten Einrichtungen für die Urzeugung eir.^s bündel.s "; der zu untersuchenden Ionen sind von pekanni.er Art und daher nicht gezeichnet. Das IonenbUndel /5, das ausser den negativen Ionen auch die störenden Elektronen enthebt, tritt -iuroh die Einlassöffnung 4 des im Beispielsfalle als Quadrupo¹massenfi1ter ausgebildeten massenspektrometrischen Trennsystems ein und durchläuft das Stabsystem 5» an welches beim Betrieb eine Hochfrequente Wechselspannung und eine Gleichspannung angelegt wird. Es können nur Ionen mit einem bestimmten Ladungs/Masse-Verhältnis das Filter durchlaufen, während alle anderen Ionensorten Schwingungen zunehmender Amplitude ausführen und schliesslich auf die Oberfläche des Stabsystems auftreffen, wo sie entladen werden und also als Ionen ausscheiden. Weitere Einzelheiten betreffend die Wirkungsweise von solchen Quadrupol-Massenfiltern und anderen massenspektrometrischen Trennanordnungen können der einschlägigen Literatur entnommen werden.

Die am anderen Ende 6 des Massenfilters austretenden Ionen eines bestimmten einstellbaren Ladungs/Masse-Verhältnisses werden im Ausführungsbeispiel in einem durch den Zylinderkondensator 7 er-

7615493 16.12.76

zeugten elektrischen Feld in bekannter Weise um 90 abgelenkt und gelangen in den Detektor 2 (z.B. einen Sekundärelektronenvervielfacher) . Der Detektor gibt einen Signalstrom ab, der über die Messleitung 13 abgeleitet und gemessen wird und dessen Grosse ein Mass für die Zahl der einfallenden Ionen darstellt.

Die erwähnte Ablenkung der Ionen mit Hilfe eines elektrischen Feldes vor Eintritt in den Detektor verhindert, dass die aus dem ■Massenfilter austretenden neutralen Teilchen in den Detektor gelangen. Man kann damit aber nur die genannten neutralen Teilchen ausschalten, nicht dagegen Störungen durch Elektronen, welche durch das elektrostatische Ablenkfeld des Kondensators zum Detektor geführt werden. Um auch diese vom Detektor fernzuhalten, wird, wie erwähnt, zwischen aem nassem ii uerausgany, und ücm Dcoclvluiciugau^ ein magnetisches Ablenkfeld vorgesehen und zwar wird hiefür gemäss vorliegender Neuerung ein ringförmiger zweipoliger Permanentmagnet verwendet, wie im Schutzanspruch angegeben. Dieser ist in Figur in einer axialen Ansicht dargestellt. Seine Pole N und S liegen diametral auf der Ringinnenseite einander gegenüber, wodurch sich im wesentlichen der in Figur 2 angedeutete Feldverlauf ergibt. Der ringförmige Magnet ist um seine Achse drehbar montiert und wird so ausgerichtet, dass die abgelenkten störenden Ladungsträger (Elektronen und langsame Ionen) den Eintritt in den Detektor verfehlen.

7615493 16.12.76

Auch bei einer in einer Geraden liegenden Anordnung von massenspektrometer! scher Trennanordnung und Detektor kann die Erfindung angewendet werden. In diesem Falle wird kein elektrostatisches Umlenkfeld vorgesehen, sondern gelangen die Ionen praktisch unabgelenkt zum Detektor, während die Elektronen durch das schwache magnetische Umlenkfeld weitgehend ausgeschieden werden.

Die Zeichnung zeigt noch ein Gehäuse 10 mit einer Flanschverbindung 11 zur Befestigung der Vorrichtung an einer Vakuumkammer (mit Ib angedeutet). Die Zeichnung zeigt weiter einen Flansch zur Halterung des Massenfilters sowie dessen elektrische^ Zulei tung.

Die ggf. auf der Aussenseite des Ringkörpers 8a des Permanentmagneten B vorzusehende Abschirmung aus weichmagnetischem Werkstoff ist in Figur 1 mit 8b angedeutet.

7615433 16.12.76

Claims (2)

SCHUTZANSPRUECHE

1. Vorrichtung zum massenspektrometer!sehen Nachweis von negativen Ionen in Anwesenheit von Elektronen, welche ein massenspektrometrisches Trennsystem und einen Detektor zum Ionennachweis aufweist, und wobei zwischen dem Trennsystem und dem Detektor ein Permanentmagnet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger zweipoliger Permanentmagnet, dessen Pole diametral auf der Ringinnenseite liegen, vorgesehen ist, und dass die Anordnung so getroffen ist, dass der Ionenstrahl den Ringinnenraum in axialer Richtung durchläuft, bevor er in den Detektor eintritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Permanentmagnet auf seiner Aussenseite von einer Abschirmung aus weichmagneti schein Werkstoff umschlossen ist.

PR 7654 GM

7615493 16.12.76