DK144898B - Ionoptisk apparat til undersoegelse af et proeveemnes overfladeved ionbeskydning og analyse af de fra det beskudte overfladeomraade udgaaende ioner - Google Patents

Description

1 144898

Den foreliggende opfindelse angår et ionoptisk apparat af den i krav l’s indledning angivne art.

Fra USA patentskrift nr. 3.480.774 kendes en fremgangsmåde til analyse af overflader i vakuum, ved hvilken overfladen beskydes med inertgasioner, eksempelvis argonioner, og energien af de fra overfladen tilbagestrålede inertgasioner analyseres. Denne fremgangsmåde benævnes ionspredning s spektrome tri, ISS.

Fra et arbejde af A. Benninghoven, Z. Phys.220, 159 (1969) kendes endvidere en fremgangsmåde til analyse af overflader i vakuum, ved hvilken overfladen beskydes med en ionstråle, og de herved fra overfladen frigivne sekundærioner analyseres ved massespektrometri. Denne fremgangsmåde benævnes sekundærionmassespektrometri, SIMS. Ved denne sidstnævnte fremgangsmåde er det også kendt at tilbageholde forstyrrende, forstøvede neutralpartikler, sekundærioner med høj energi og tilbagestrålede primærioner fra massespektro-meterets indgang ved hjælp af et elektrisk afbøjningsfelt. Afbøjningsfeltet frembringes ved hjælp af en pladekondensator med parallelle elektroder og begrænses af hulblænder, jævnfør international Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics, 11 (1973) 23-25.

Det er ikke hensigten - og i øvrigt heller ikke muligt -med det kendte udstyr at måle energifordelingen af de fra overfladen udgående ioner, fordi det anvendte elektriske afbøjningsfelt har en kompliceret form og en altfor ringe energiopløsningsevne .

Da resultaterne, der opnås ved de to nævnte fremgangsmåder, ikke er identiske, men supplerer hinanden, er det ofte ønskeligt at undersøge en overflade ved brug af begge fremgangsmåder og under sammenlignelige betingelser. Noget sådant er ikke muligt med det kendte apparatur, og de i to forskellige apparater opnåede undersøgelsesresultater er ikke sammenlignelige, fordi prøveemnet efter den første undersøgelse skal udtages af vakuet, og fordi det er meget vanskeligt ved den følgende undersøgelse at analysere nøjagtigt samme del af overfladen.

2 144898

Formålet med opfindelsen er at anvise et ionoptisk apparat, der valgfrit kan benyttes til ionspredningsspektro-metrisk og sekundærionmassespektrometrisk ' undersøgelse af et prøveemne.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav 1 anviste udformning af apparatet.

Den anviste konstruktion muliggør ikke blot, at samme prøveemne kan undersøges ved begge de nævnte fremgangsmåder. Opfindelsen medfører også den væsentlige fordel, at begge undersøgelser kan gennemføres med større nøjagtighed og mere støjfrit, end det er muligt i de kendte for kun én af de nævnte fremgangsmåder anvendelige apparater.

Opfindelsen skal i det-følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser et apparat ifølge opfindelsen skematisk, og fig. 2 i større målestoksforhold en del af det i fig. 1 viste apparat.

Ved den på tegningen viste udførelsesform omfatter apparatet en ionkilde 10, der kan afgive et ionstrålebundt, fortrinsvis bestående af inertgasioner. Disse ioner udtræder gennem en jordforbundet udgangselektrode 10a og forløber, som antydet meden stiplét streg 12a,langs primærstråléaksen.

I strålebanen 12a er anbragt en elektrostatisk linse 14, der fokuserer primærionerne på overfladen af et prøveemne 16.

Mellem linsen 14 og emnet 16 er anbragt to jordforbundne blænder 18 og 20, der tjener til begrænsning af ionstrålebundtets åbningsvinkel.

Den overflade på prøveemnet 16, der skal undersøges, danner, som vist på tegningen, en vinkel på omkring 45° med primærstråleaksen, således at de fra emnet tilbagestrålede primærioner og de af primærionerne fra prøveemnet frigivne sekundærioner fortrinsvis emitteres under en vinkel på 90° med primærstråleaksen, dvs. nedad på tegningen.

Den med stiplet streg viste sekundærstråle 12b forløber gennem et system 22 af rotationssymmetriske, ringformede accelerationselektroder, en energianalysator 24, en ringcirkulær blænde 26 til begrænsning af energiområdet for de af analysatoren udtrædende sekundærioner, en kort cylinderelek-trode 28, en jordforbundet skærmblænde 30, et massespektro-meter 32 og et ionpåvisningsaggregat 36 med en indgangsblænde 34.

3 144898

Elektroderne er, medmindre de er jordforbundne, forbundet til sædvanlige spændingskilder, der af hensyn til overskueligheden ikke er vist på tegningen.

Ved undersøgelse af prøveemnet 16 ved sekundærionmas-sespektroskopi bliver de fra emnets overflade udgående ioner suget gennem accelerationselektroderne 22 og fokuseret til et accelereret sekundærionbundt. Dette indtræder i energianalysatoren .» 24, der ved den viste udførelsesform består af en kuglekondensator med en afbøjningsvinkel på 90°. Sekundær! onbundtet s energiområde begrænsesJ af den rirxgcirkulære blænde 26, og ionhastigheden nedsættes i den korte cylindriske elektrode 28. Gennem den jordforbundne blænde 30 træder ionerne herefter ind i massespektrometeret 32. Ioner med den udvalgte masse træder endelig gennem indgangsblænden 34 ind i påvisningsåggregatet 36. Dette aggregat kan eksempelvis være en simpel kollektor eller en sekundærionmultiplika-tor.

I den mere detaljerede fig. 2 er angivet typiske elektrode spændinger.

Ved den viste foretrukne udførelsesform er massespektrometeret et sædvanligt kvadropolmassefilter (jævnfør eksempelvis Blanth"Dynamische Massenspektrometer", Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1965. side 123 - 130 ). Også andre massespektrometre kan imidlertid anvendes. Fortrinsvis benyttes dynamiske massespektrometre og især sådanne, hvor de udvalgte ioner mellem ind- og udgangsspalten gennemløber en i første tilnærmelse retlinet bane.

Ved sekundærionmassespektrometri indstilles energianalysatoren 24 til den hyppigst forekommende energiværdi for de fra prøveemnet forstøvede ioner, således at massespektrometeret 32 kan tilføres energimæssig homogen ionstråle.

Ved ionspredningsspektrometri analyseres energien af de fra prøveemnets 16 overfladeudgående primærioner ved hjælp af energianalysatoren 24, der altså skal have den herfor nødvendige selektivitet, følsomhed og opløsningsevne. Prøveemnet 16 beskydes med eksempelvis argonioner, og massespektrometeret 32 kan i dette tilfælde frakobles, dvs. de fire stavformede elektroder i massefilteret jordforbindes. Også elektroderne i systemet 22 jordforbindes. Apparatet arbejder herved som U4898 4 et sædvanligt ISS-apparat, hvor energifordelingen af de fra emnet udgående ioner måles i analysatoren 24. Fortrinsvæs benyttes massespektrometeret 32 dog også ved ionspredningsspektrografien og er derved indstillet til primærionernes masse. Herved kan nemlig det støjsignal, der skyldes fremmedioner, og som ved kendte ISS-apparater giver et ringe signal/støjforhold, i det væsentlige undertrykkes.

I stedet for den viste 90° kuglekondensator,-dér-udgør energianalysatoren 24, og kvadropol-massefilteret, der tjener som massespektrometer 32, kan andre lignende komponenter benyttes. Som energianalysator kan eksempelvis benyttes andre energiselektive, elektriske afbøjningsfelter, såsom cylinderkondensatorer. Som massespektrometer egner sig, som allerede nævnt, især dynamiske massespektrometre, hvori ionerne selekteres på deres fortrinsvis tilnærmet retlinede vej mellem indgangs-og udgangsblænde ved hjælp af en eller flere tidsafhængige systemparametre, især ved elektriske felter. Dynamiske masse-spektrometre benævnes af denne grund også ofte som højfrekvens-massespektrometre.

Et dynamisk massespektrometer har den yderligere fordel, at der ikke er behov for pladsrøvende og tunge magnetfeltfremkaldende aggregater.