EP0165140B1 - Source d'ions opérant par ionisation de surface, notamment pour la réalisation d'une sonde ionique - Google Patents

Source d'ions opérant par ionisation de surface, notamment pour la réalisation d'une sonde ionique Download PDF

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EP0165140B1
EP0165140B1 EP85400969A EP85400969A EP0165140B1 EP 0165140 B1 EP0165140 B1 EP 0165140B1 EP 85400969 A EP85400969 A EP 85400969A EP 85400969 A EP85400969 A EP 85400969A EP 0165140 B1 EP0165140 B1 EP 0165140B1
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EP
European Patent Office
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ions
source according
ion source
active surface
ionization
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EP85400969A
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German (de)
English (en)
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EP0165140A1 (fr
Inventor
Georges Slodzian
Bernard Daigne
François Girard
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Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Universite Paris Sud Paris 11
Original Assignee
Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Universite Paris Sud Paris 11
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources

Definitions

  • the invention relates to ion sources operating by surface ionization.
  • Ion sources of this type are already known which include, under vacuum, a source of neutral particles of the same nature as the ions to be produced, an ionization support which has at least one active surface suitable for adsorption of the particles. neutrals, followed by their desorption in the form of ions, means for bringing the neutral particles to the ionization support, which transforms them into ions by adsorption / desorption, and means for channeling most of the ions thus produced in a beam emitted in a chosen direction of space.
  • the degree of ionization obtained during such a desorption is governed by the law of Saha-Langmuir. This law expresses an exponential dependence according to the difference between the work of exit of the heated support and the potential of ionization for positive ions or the electronic affinity for negative ions.
  • a suitable choice of the material of the ionization support makes it possible to obtain a probability of ionization close to unity.
  • the temperature of the support then has only a weak influence on the probability of ionization.
  • it plays a decisive role in the desorption process. In particular, it influences the residence time of an atom adsorbed on the surface of the support.
  • a hot surface which receives for example a jet of alkaline atoms such as potassium, rubidium or cesium, will have, in steady state, and in a situation of equilibrium where there is no accumulation, a cover (number of atoms adsorbed per unit area) which will depend on the incident flux of neutral atoms and the temperature of the support. But the presence of these adsorbed atoms then modifies the output work and can therefore influence the probability of ionization, in particular causing it to decrease sharply. It thus appears that the ion sources have a complex functioning.
  • dl is the intensity of the beam emitted by a surface element of in a solid angle dQ defined around a direction characterized by angles 0 and ⁇ , and in an energy band located between E and E + dE.
  • Gloss B is a function of 0, ⁇ and E.
  • Ion sources are already known in which the ionizing member is a sintered tungsten pellet.
  • An alkaline vapor passes through the interstices which remain between the tungsten grains and the pellet is brought to a temperature of the order of 1,200 ° C., while being placed in an electric field intended to accelerate the ions which emerge between the grains.
  • the source of neutral particles is a reservoir of liquid cesium, the temperature of which is adjusted to obtain a pressure of cesium vapor sufficient to force the diffusion of this vapor through the pores of the sintered tungsten pellet.
  • This first known source of ions has the particularity that the atoms to be ionized cross the ionization support.
  • This type of ion source makes it possible to reach high intensities, provided that a large emissive surface is used.
  • Sources of ions using a hot filament are also known. Their assembly is analogous to that of an electron gun: a filament, folded back in a hairpin, is placed in the center of a circular orifice pierced in an electrode which plays the role of screen and Wehnelt electrode. The filament and the Wehnelt are brought to high positive voltage and arranged in front of an electrode at the potential of the earth pierced with a circular hole (equivalent to the anode of an electron gun). The space between the filament and this "anode” is filled with cesium vapor produced by an annex furnace.
  • Ion sources are also known in which the ionization support is arranged in a baffle, which obstructs the passage of neutral particles in the beam of emitted ions.
  • United States patent 3,283,193 can, under certain reservations, be considered as also describing a baffle, in the rather special context of the catalytic production of nascent hydrogen.
  • Electronic bombardment ionizes part of the hydrogen atoms before they have had time to recombine into molecules.
  • the ion source thus produced is not very bright, wide, and fairly dispersed in energy. It is also not very stable, and vapors are released out of the ionizer itself, since few hydrogen atoms are actually ionized.
  • the ionization support is defined by thin conductive parts, all thin parts except one having a central hole and being stacked so that they internally form a cylindrical passage coaxial with the orifice of outlet, and of cross section smaller than that of said closed conduit;
  • the baffle is defined by the fact that said part without central hole is a plate pierced only with peripheral holes inside the passage, which it crosses, while its central part defines said active surface opposite the outlet orifice ; this achieves a quasi-perfect baffle preventing the direct passage of neutral particles in the emitted beam, without them having struck the active surface of the ionization support.
  • the ionization support is housed inside a conductive cap, mounted at the end of said conduit, which is completely closed by the cap except at the outlet orifice of the latter. .
  • the dimensions of the duct are adapted to preserve the chicane effect obtained in the ionization support.
  • the focusing means comprise an external focusing electrode, pierced and arranged to establish between the active surface and the outlet orifice, an electric field suitable for accelerating the ions to constitute the emission beam.
  • the potential difference between the active surface and the external electrode is of the order of at least 10 kilovolts, the size of the outlet orifice being a few tenths of a millimeter, and the latter being flared outwards.
  • the ion source comprises means suitable for heating the ionization support, preferably to a temperature of between 1000 and 1500 ° C.
  • the source of neutral particles may comprise a solid compound capable of delivering said particles by pyrolysis and, preferably, without gassing.
  • the active surface of the ionization support is curved, opposite the outlet orifice.
  • this ion source can function in particular with alkaline atoms, positively ionized, as well as with halogen atoms ionized negatively.
  • a particular arrangement of the active ionization surface makes it possible to obtain a beam which is as rich in ions on its periphery as in its center or, on the contrary, a beam whose ions are essentially concentrated in the emission axis. .
  • the source of neutral particles is designated by 1. It comprises a container consisting of a cylindrical side wall 11 and a bottom 12, integral with a sleeve 14 facing downward, and suitable for being housed on a support of alumina 15. Apart from this alumina support 15, all the parts of the ion source in FIGS. 1 and 2 are metallic.
  • the container 1 is surmounted by a bell 31 communicating with a tubular metal conduit 30 which defines means 3 for bringing neutral particles to the ionization support 2.
  • the bell 31 is screwed to the wall 11, with interposition of a copper gasket 19.
  • tank 1 a solid compound has been shown at 10, but which could be in the form of discrete particles, capable of producing by pyrolysis of vapors (ionized or not).
  • the corresponding neutral atoms can be produced by pyrolysis of a compound such as an alumino-silicate, an iodide, or a carbonate, for example.
  • alumino-silicate is particularly advantageous in that it leaves only solid residues and does not produce gas emissions.
  • the upper end of the tube 30 is provided with a cap 51, which closes it completely, except in an outlet orifice 50 which flares upwards in a flat V-shaped cross section.
  • the periphery of the cap extends axially over a substantial length of the tube 30.
  • a groove machined in the internal wall of the molybdenum cap 51 loqe a nickel seal 53 formed by electron bombardment to obtain a weld.
  • the whole of the ion source itself is brought for example to a potential of 10 kilovolts, which can be applied to the tube 30, or at the level of the reservoir 1 (FIG. 3).
  • a potential of 10 kilovolts which can be applied to the tube 30, or at the level of the reservoir 1 (FIG. 3).
  • an electrode 55 placed at the earth potential is placed. The structure of this electrode 55 will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • the cap 51, the orifice 50 and the electrode 55 define means 5 for focusing the ions produced in a beam which is emitted in a chosen direction of space.
  • ionization support generally designated by 2, and inserted between the cap 51 and the upper end of the tube 30.
  • This ionization support will now be described with reference to FIG. 2A. It comprises, bearing on the tube 30, a first annular washer 61, surmounted by a plate 62, pierced with four holes 65 to 68, then a second washer 63, which can be further surmounted by a last washer 64 , the assembly being held by the underside 25 of the top of the cap 51.
  • the surfaces 21 to 24 as well as 25 are also made of metallic material and, consequently, also capable of adsorption / desorption generating ions.
  • the ions thus created can again adsorb / desorb on the main active surface 20, or possibly exit through the orifice 50, at least for some of them.
  • the material cone of the cap 51 and which defines the orifice 50 here has an angle of 30 °. This leaves room for fairly inclined ion trajectories, at the start, with respect to the main direction of emission D of FIG. 2A.
  • the applied electric field which accelerates the ions in the direction D, of course bends this trajectory so that it returns thereafter on the axis.
  • the direct passage of neutral particles between the tube 30 and the orifice 50 could be made impossible by removing the washer 24, which, like the other stacked members 21 to 23, has a thickness of 0.1 mm. This further decreases the distance between surfaces 20 and 25.
  • the baffle is provided essentially by the fact that the plate 62 has four holes 65 to 68, off-center and drilled in a regularly distributed manner.
  • this embodiment is not limiting. A greater number of holes can be provided, possibly placed irregularly, provided that they are suitably off-center. It is also possible to make annular recesses in the plate 62, reserving the necessary fasteners for the maintenance of its central part 20.
  • the end of the tube 30, the cap 51, and the plate 62 (as well as the washers 61, 63 and 64) are heated to a temperature of between 1000 and 1500 °. C.
  • the tank 1 must for its part be heated to allow the pyrolysis of the compound which it contains. This heating can be independent of the previous one.
  • the heating is ensured by electronic bombardment by means of a filament F, supplied in an adjustable manner with electric current to be brought to the desired temperature.
  • a filament F supplied in an adjustable manner with electric current to be brought to the desired temperature.
  • Independent heating of the reservoir is not therefore essential, since the section and the length of the tube 30 can be provided so that the thermal leak occurring during the heating of the ionization support itself is sufficient to supply the reservoir 1 with l energy needed to bring the compound (alumino-silicate-cesium) it contains to an adequate temperature.
  • FIG. 3 shows a metal support 80 on which is mounted an alumina spacer 81, which in turn supports a metal electrode 82, protected by a heat shield 83.
  • the electrode 55 which here takes on an annular shape pierced with a central hole 58 for the passage of the ions produced. Slightly downstream of this hole 58, the electrode 55 supports a tantalum heat shield 56 pierced with a central hole. Still downstream, a fixing 59 of the grounded electrode 55 supports a lens shown diagrammatically at 90, and receiving a positive high voltage supply 95. Finally, on the bottom side, the electrode 55 is connected to an enclosure shown schematically in 89, isolating the ion source from the atmosphere, and making it possible to create a partial vacuum desirable for its operation.
  • the lens 80 is chosen according to the use for which the ion source is intended.
  • the lens 90 is used to create a real image of the virtual point source that constitutes the ion source of the invention.
  • the core of the probe consists of the cap 51, the baffle, which must be as thin as possible (distance between the surfaces 20 and 25), and the extraction electrode 55 whose role is to establish an electric field as large as possible at the surface 20 of the ionizer to ensure the extraction of ions.
  • a very strong extractor field makes it possible to obtain a high gloss without the need to increase the diameter of the orifice 50.
  • the electrode 55 is made of a material, such as Tantalum , emitting few negative ions due to the bombardment of positive ions in the beam. But this positive ion bombardment will create electrons which return to bomb the cap 51 at + 10 kV.
  • This parasitic phenomenon creates heating additional cap (and the entire ionizer). This increases the feed rate, and may make it impossible to control the temperature of the ionizer.
  • FIGS. 4 and 4A takes advantage of the parasitic phenomenon which has just been described.
  • an insulating insert 57A is placed supporting a ring electrode 57 whose internal, free edge is coaxial with the orifice 58;
  • the operation of the ion source is then started by heating the cap 51 using the filament F, as before. Then, the polarization of the additional electrode 57 is adjusted in order to focus the secondary electrons on the ionizing surface 20. It is then possible to stop the heating by the filament F, or decrease it for an auxiliary heating ensuring the compensation of the heat losses of the external walls of the ionizer assembly (organs 1 to 5).
  • the role of active surface of the ionizer is played essentially by surface 20. But this role can also be played, to a certain extent, by any surface of the same metal brought to a sufficient temperature, which is the case for the internal face 25 of the cap, and for the lateral surfaces 21 to 24, as previously indicated.
  • the ions thus produced laterally can go to the active surface 20, leave again in the same state (of ions) and then undergo the acceleration which will make them exit by the exit orifice 50, then by the hole 58 (FIG. 3) .
  • the emitted ion beam does not have a substantially Gaussian distribution centered on its main direction D, but on the contrary a fairly wide, rather reinforced, distribution on a peripheral ring of this beam;
  • any reduction in beam size by this means produces an increase in the aperture angle and therefore an increase in aperture aberrations, which defeats the purpose, at know how to produce a small probe.
  • This effect makes it necessary to reduce the opening angle, by interposing suitably arranged diaphragms. Under these conditions, as the ions coming from the abovementioned circular crown do not feed the smallest opening angles, they are not useful for the creation of an ion probe.
  • the invention provides (FIG. 2C) that a thin disc of lanthanum hexaboride, denoted 64A, is placed on the internal face 25 of the cap and pierced with a central hole substantially the same size as the orifice 50.
  • the disk 64A can be replaced by a deposit of lanthanum hexaboride produced by vacuum evaporation. The thickness being less, the electric field of extraction is increased.
  • lanthanum hexaboride has a lower output work than the ionization energy of cesium (for example).
  • cesium for example
  • the cesium atoms which have struck the lanthanum hexaboride disc leave in the form of neutral atoms, and then strike the actie surface 20A, which is the only ionizing surface.
  • the ion beam thus obtained is then particularly suitable for producing an ion probe.
  • the source of the invention also allows the production of negative ions, by of course passing the voltage between the ionizer and the electrode 55 to -10 kilovolts.
  • the additional electrode 57 polarized at + 320 V, is used to block positive ions.
  • FIG. 2A has a metal surface 25 and a surface 20 in lanthanum hexaboride.
  • an ion beam starting from the surface 20 will then be produced.
  • This ion beam is of the very point type suitable for ion probes.
  • iodine crystals are placed in the tank, which produce iodine vapor by gentle heating. Iodine atoms do not ionize on metal, whereas they will ionize on lanthanum hexaboride.
  • negative ions can be created from halogens, namely not only iodine, but also chlorine for example. It is also conceivable to produce negative ions from alkaline atoms, although their interest is then more limited.
  • the probability of ionization for positive ions is high when the material of the active surface has, for these ions, an output work greater than their ionization potential.
  • the material of the active surface has, for these ions, an output work lower than their electronic affinity.
  • the geometry of the orifice 50 is not necessarily circular. This geometry may depend on the shape of the ion beam which is desired for working downstream.

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Description

  • L'invention concerne les sources d'ions opérant par ionisation de surface.
  • On connaît déjà des sources d'ions de ce type qui comprennent, sous vide, une source de particules neutres de même nature que les ions à produire, un support d'ionisation qui possède au moins une surface active propre à l'adsorption des particules neutres, suivie de leur désorption sous forme d'ions, des moyens pour amener les particules neutres vers le support d'ionisation, lequel les transforme en ions par adsorption/ désorption, et des moyens de canaliser la plus grande partie des ions ainsi produits en un faisceau émis dans une direction choisie de l'espace.
  • Il est connu depuis longtemps qu'un atome peut désorber d'une surface chaude à l'état d'ion positif ou négatif. Les principaux paramètres qui régissent ce phénomène sont, d'une part, la température du support d'ionisation et le travail de sortie électronique, d'autre part la propension à l'ionisation de l'élément qui désorbe. Cette propension s'exprime par le potentiel d'ionisation ou par l'affinité électronique, suivant qu'il s'agit d'ionisation positive ou négative.
  • Le degré d'ionisation obtenu lors d'une telle désorption est régi par la loi de Saha-Langmuir. Cette loi exprime une dépendance exponentielle en fonction de la différence entre le travail de sortie du support chauffé et le potentiel d'ionisation pour des ions positifs ou l'affinité électronique pour des ions négatifs.
  • Pour des ions à produire déterminés, un choix convenable du matériau du support d'ionisation permet d'obtenir une probabilité d'ionisation voisine de l'unité. La température du support n'a alors qu'une influence faible sur la probabilité d'ionisation. Par contre, elle intervient de façon déterminante dans le processus de désorption. En particulier, elle influe sur le temps de séjour d'un atome adsorbé à la surface du support.
  • Ainsi, une surface chaude qui reçoit par exemple un jet d'atomes alcalins tels que du potassium, du rubidium ou du césium, aura, en régime permanent, et dans une situation d'équilibre où il n'y a pas d'accumulation, une couverture (nombre d'atomes adsorbés par unité d'aire) qui dépendra du flux incident d'atomes neutres et de la température du support. Mais la présence de ces atomes adsorbés modifie alors le travail de sortie et peut donc influer sur la probabilité d'ionisation, en particulier la faire décroître fortement. Il apparaît ainsi que les sources d'ions possèdent un fonctionnement complexe.
  • L'une des qualités principales des sources d'ions est leur brillance, qui peut être définie par l'expression:
    • dl = B.ds.dQ.dE
  • où dl est l'intensité du faisceau émis par un élément de surface de dans un angle solide dQ défini autour d'une direction caractérisée par des angles 0 et Φ, et dans une bande énergétique située entre E et E+dE. La brillance B est une fonction de 0, Φ et E.
  • Dans un exemple simplifié, on considère une surface plane émissive parallèle à une électrode plane percée d'un trou rond. Une tension V positive ou négative est établie entre la surface émissive et l'électrode placée au potentiel de la terre. On admet que B est indépendant de l'angle azimutaI Φ et que sa dépendance en fonction de 0, angle de la direction d'émission avec la normale, suit une loi de Lambert en cosinus 0. La brillance B s'écrit alors:
    Figure imgb0001
    • où Eo est l'énergie initiale de la particule qui quitte la surface et Jo la densité du courant (intensité par unité de surface) des particules au niveau de la surface émissive. On remarque sur cet exemple que les sources d'ions thermiques fournissent une faible valeur de l'énergie initiale Eo de l'ion quittant la surface. On note également l'importance de la fonction d'apport (qui définit le flux incident de particules neutres), puisque cette fonction d'apport contrôle la densité de courant Jo.
  • On connaît déjà des sources d'ions dans lesquelles l'organe ioniseur estune pastille de tungstène fritté. Une vapeur alcaline passe dans les interstices qui demeurent entre les grains de tungstène et la pastille est portée à une température de l'ordre de 1 200°C, tout en se trouvant placée dans un champ électrique destiné à accélérer les ions qui émergent entre les grains. La source de particules neutres est un réservoir de césium liquide, dont la température est ajustée pour obtenir une pression de vapeur de césium suffisante pour forcer la diffusion de cette vapeur à travers les pores de la pastille de tungstène fritté. En effet, cette première source d'ions connue présente la particularité que les atomes à ioniser traversent le support d'ionisation.
  • Ce type de source d'ions permet d'atteindre des intensités élevées, sous réserve d'utiliser une grande surface émissive.
  • Cela en limite considérablement l'intérêt lorsque l'on veut produire une sonde ionique, c'est-à-dire une source d'ions fournissant un pinceau fin. En effet, il est a priori difficile de rendre petite la surface émissive, et il faut donc partir d'une surface relativement grande, dont une grande partie des ions qu'elle produit sont par la suite éliminés par des diaphragmes.
  • On connaît aussi des sources d'ions utilisant un filament chaud. Leur montage est analogue à celui d'un canon à électrons: un filament, replié en épingle à cheveux, est placé au centre d'un orifice circulaire percé dans une électrode qui joue le rôle d'écran et d'électrode de Wehnelt. Le filament et le Wehnelt sont portés à la haute tension positive et disposés en face d'une électrode au potentiel de la terre percée d'un trou circulaire (équivalent de l'anode d'un canon à électrons). L'espace entre le filament et cette "anode" est rempli par la vapeur de césium produite par un four annexe. Les atomes de césium qui s'ionisent sur la pointe du filament sont accélérés par le champ électrique et sortent par le trou de l'"anode", en semblant provenir d'une source virtuelle de petite dimension. Ce montage connu permet déjà d'obtenir une source suffisamment ponctuelle pour la réalisation d'une sonde ionique. Il présente cependant deux inconvénients majeurs: le premier est qu'au-delà de 5 kV, les claquages deviennent fréquents, pour des raisons difficiles à contrôler telles que la métallisation des isolants et des émissions électroniques parasites, et le second inconvénient est que la vapeur de césium s'échappe par le trou de sortie, et se condense dans d'autres parties de l'installation.
  • On connaît encore des sources d'ions dans lesquelles le support d'ionisation est agencé en une chicane, qui fait obstacle au passage des particules neutres dans le faisceau d'ions émis.
  • C'est le cas du certificat d'addition français N° 65 999 qui concerne un tube à décharge. La chicane, très simple opère à la condition que les atomes neutres se propagent en ligne droite. Mais la source d'ions de ce document antérieur est peu brillante, sujette à dispersion énergétique élevée, et de dimensions assez grandes. De plus il est estimé qu'elle est peu stable, et que des vapeurs vont se répandre à l'intérieur du tube à décharge, ce qui est admissible pour un tel tube.
  • Le brevet Etats-Unis 3 283 193 peut, sous certaines réserves, être considéré comme décrivant éqalement une chicane, dans le contexte assez spécial de la production catalytique d'hydrogène naissant. Un bombardement électronique ionise une partie des atomes d'hydrogène avant qu'ils n'aient eu le temps de se recombiner en molécules. Là encore, il est clair que la source d'ions ainsi produite est peu brillante, large, et assez dispersée en énergie. Elle est aussi peu stable, et des vapeurs sont libérées hors de l'ioniseur lui-même, car peu d'atomes d'hydrogène sont effectivement ionisés.
  • Dans ces conditions, la présente invention vient fournir une nouvelle source d'ions qui offre, par rapport aux sources d'ions antérieurement connues, des avantages manifestes et en particulier les suivants:
    • - surface émissive de très faible dimension, à très grande brillance lorsque l'application le veut;
    • - absence de flux direct d'atomes ou particules neutres dans le reste de l'installation;
    • - utilisation d'une tension d'accélération supérieure à une dizaine de kilovolts sans provoquer de claquages;
    • - utilisation d'une source solide de particules neutres fonctionnant sous faible pression, évitant le recours à un métal liquide;
    • - faisceau d'ions stable et de faible dispersion énergétique;
    • - faisceau d'ions dont la géométrie est bien maitrisée, ce qui permet d'éviter l'érosion des électrodes par pulvérisation cathodique.
    • L'invention part d'une source d'ions opérant par ionisation de surface, du type comprenant, sous vide,
    • - une source de particules neutres, de même nature que les ions à produire,
    • - des moyens définissant avec cette source un conduit fermé sauf en un orifice d'extrémité situé à l'opposé de ladite source,
    • - un support d'ionisation, qui possède en regard de l'orifice une surface active propre à t'adsorption des particules neutres, suivie de leur désorption sous forme d'ions, ce support d'ionisation étant arrangé dans le conduit fermé et formant une chicane qui fait obstacle au passage des particules neutres dans le faisceau d'ions émis, et
    • - des moyens de focaliser les ions ainsi produits à travers l'orifice en un faisceau émis dans une direction choisie de l'espace.
  • Selon une première caractéristique de l'invention, le support d'ionisation est défini par des pièces minces conductrices, toutes pièces minces sauf une ayant un trou central et étant empilées de sorte qu'elles forment intérieurement un passage cylindrique coaxial à l'orifice de sortie, et de section droite inférieure à celle dudit conduit fermé; la chicane est définie par le fait que ladite pièce sans trou central est une plaque percée seulement de trous périphériques à l'intérieur du passage, qu'elle traverse, tandis que sa partie centrale définit ladite surface active en regard de l'orifice de sortie; ceci réalise une chicane quasi-parfaite empêchant le passage direct des particules neutres dans le faisceau émis, sans qu'elles n'aient frappé la surface active du support d'ionisation.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le support d'ionisation est logé à l'intérieur d'un capuchon conducteur, monté en bout dudit conduit, lequel est fermé complètement par le capuchon sauf en l'orifice de sortie de celui-ci. Les dimensions du conduit sont adaptées pour conserver l'effet de chicane obtenu dans le support d'ionisation.
  • Très avantageusement, les moyens de focalisation comprennent une électrode externe de focalisation, percée et agencée pour établir entre la surface active et l'orifice de sortie, un champ électrique propre à accélérer les ions pour constituer le faisceau d'émission.
  • Selon encore un autre aspect de l'invention, la différence de potentiel entre la surface active et l'électrode externe est de l'ordre de 10 kilovolts au moins, la taille de l'orifice de sortie étant de quelques dixièmes de millimètres, et celui-ci étant évasé vers l'extérieur.
  • De préférence, la source d'ions comporte des moyens propres à chauffer le support d'ionisation, de préférence à une température comprise entre 1 000 et 1 500° C.
  • Dans ces conditions, la source de particules neutres peut comprendre un composé solide propre à délivrer lesdites particules par pyrolyse et, de préférence, sans dégagement gazeux.
  • Selon un autre aspect encore de l'invention, la surface active du support d'ionisation est bombée, en regard de l'orifice de sortie.
  • Comme on le verra plus loin, cette source d'ions peut fonctionner notamment avec des atomes alcalins, ionisés positivement, ainsi qu"avec des atomes d'halogène ionisés négativement.
  • Un aménagement particulier de la surface active d'ionisation permet d'obtenir un faisceau qui est aussi riche en ions sur sa périphérie qu'en son centre ou, au contraire, un faisceau dont les ions sont essentiellement concentrés dans l'axe d'émission.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée qui va suivre, et des dessins annexés, sur lesquels:
    • - la figure 1 est une vue en coupe verticale de la partie principale de la source d'ions selon l'invention;
    • - la figure 2A est un détail de la partie supérieure de la figure 1;
    • - la figure 2B est une vue de dessous du détail de la figure 2A;
    • - la figure 2C est une vue correspondant à la figure 2A et montrant une variante de réalisation de l'invention;
    • - la figure 3 illustre de manière plus complète une source d'ions selon la présente invention; et
    • - les figures 4 et 4A illustrent une variante préférentielle de la source d'ions selon l'invention.
  • La géométrie de la source d'ions selon l'invention est essentielle. En conséquence, les dessins annexés font partie intégrante de la présente description, et pourront contribuer à la suffisance de celle-ci, ainsi qu'à la définition de l'invention.
  • La source de particules neutres est désignée par 1. Elle comporte un récipient constitué d'une paroi latérale cylindrique 11 et d'un fond 12, solidaire d'un manchon 14 tourné vers le bas, et propre à se loger sur un support d'alumine 15. En dehors de ce support d'alumine 15, toutes les parties de la source d'ions sur les figures 1 et 2 sont métalliques.
  • Le récipient 1 est surmonté d'une cloche 31 communiquant avec un conduit métallique tubulaire 30 qui définit des moyens d'amenée 3 des particules neutres vers le support d'ionisation 2. La cloche 31 est vissée sur la paroi 11, avec interposition d'un joint en cuivre 19.
  • Dans le réservoir 1, on a représenté en 10 un composé solide sous forme compacte mais qui pourrait être sous la forme de particules discrètes, propre à produire par pyrolyse des vapeurs (ionisées ou non).
  • On considérera tout d'abord les ions alcalins positifs tels gue les ions de césium, rubidium ou potassium. Ces ions sont intéressants car leur potentiel d'ionisation est plus petit que le travail de sortie de la plupart des métaux. Comme précédemment indiqué, la probabilité d'ionisation positive par désorption est alors voisine de l'unité.
  • Les atomes neutres correspondants (accompagnés éventuellement d'ions) peuvent être produits par pyrolyse d'un composé tel qu'un alumino-silicate, un iodure, ou un carbonate, par exemple. L'alumino-silicate est particulièrement avantageux en ce qu'il ne laisse que des résidus solides et ne produit pas de dégagements gazeux.
  • L'extrémité supérieure du tube 30 est munie d'un capuchon 51, qui la ferme complètement, sauf en un orifice de sortie 50 qui s'évase vers le haut selon une section droite en V aplati. La périphérie du capuchon s'étend axialement sur une longueur substantielle du tube 30. Une gorge usinée dans la paroi interne du capuchon en molybdène 51 loqe un joint de nickel 53 formé par bombardement électronique pour obtenir une soudure.
  • L'ensemble de la source d'ions elle-même est portée par exemple à un potentiel de 10 kilovolts, qui peut être appliqué au tube 30, ou au niveau du réservoir 1 (figure 3). En regard de l'ouverture 50 est placée une électrode 55 mise au potentiel de la terre. La structure de cette électrode 55 sera décrite plus en détail en référence à la figure 3.
  • Ensemble, le capuchon 51, l'orifice 50 et l'électrode 55 définissent des moyens 5 de focaliser les ions produits en un faisceau qui est émis dans une direction choisie de l'espace.
  • La production même de ces ions est faite par un support d'ionisation désigné globalement par 2, et inséré entre le capuchon 51 et l'extrémité supérieure du tube 30. Ce support d'ionisation sera maintenant décrit en référence à la figure 2A. Il comporte, en appui sur le tube 30, une première rondelle annulaire 61, surmontée d'une plaque 62, percée de quatre trous 65 à 68, puis d'une deuxième rondelle 63, laquelle peut être encore surmontée d'une dernière rondelle 64, l'ensemble étant maintenu par la face inférieure 25 du dessus du capuchon 51.
  • Il a été observé par les inventeurs qu'en jouant sur la distance entre la plaque 82, et la face interne 25 du capuchon, le diamètre de l'orifice 50, celui des trous 65 à 68, et le diamètre du cercle sur lequel se place l'axe de perçage de chacun de ces trous, on peut réaliser une chicane 8 quasi-parfaite, telle que les atomes d'alcalin issus du réservoir 1 ne puissent sortir de la source d'ions qu'après avoir frappé la surface 20 de la plaque 62 qui se trouve en reqard de l'orifice de sortie 50. Ceci concerne du moins la très grande majorité des atomes ou particules neutres produits par la source 1.
  • Comme précédemment indiqué, les phénomènes qui intervienennt sont complexes, et n'ont pu être entièrement expliqués à l'heure actuelle. Il semble que l'obtention d'une bonne chicane soit liée aux caractéristiques suivantes:
    • - Il n'y a pas (ou très peu) de possibilités de passaqe direct des atomes neutres depuis le conduit 30 jusgu'à l'ouverture 50.
    • - La chicane 6 est délimitée latéralement par les parois internes circulaires 21 à 24; elle est délimitée à son extrémité par la face radiale interne 25 du capuchon. Un atome neutre devra nécessairement subir un ou plusieurs chocs sur ces parois avant de rencontrer la surface active 20 qui assure, pour l'essentiel, l'émission ionigue à travers l'orifice 50.
    • - La distance entre la surface 20 et la face 25 est rendue aussi faible que possible.
  • Intervient encore le libre parcours moyen des atomes neutres de la vapeur utilisée, ici une vapeur de césium. La relation entre ce libre parcours moyen qui est en principe assez grand, et la taille du conduit 30 ainsi que des éléments de la chicane proprement dite n'a encore pu être établie.
  • On remarque d'ailleurs que les surfaces 21 à 24 ainsi que 25 sont également réalisées en matériau métallique et, par conséquent, susceptibles, elles aussi, d'une adsorption/ désorption génératrice d'ions. Les ions ainsi créés peuvent à nouveau s'adsorber/désorber sur la surface active principale 20, ou éventuellement sortir par l'orifice 50, du moins pour certains d'entre eux. Le cône de matière du capuchon 51 et qui définit l'orifice 50, possède ici un angle de 30°. Ceci laisse la place à des trajectoires ioniques assez inclinées, au départ, par rapport à la direction principale d'émission D de la figure 2A. Le champ électrique appliqué, qui accélère les ions dans la direction D, infléchit bien sûr cette trajectoire pour qu'elle revienne par la suite sur l'axe.
  • Par ailleurs, on note que le passage direct de particules neutres entre le tube 30 et l'orifice 50 pourrait être rendu impossible par suppression de la rondelle 24, qui, comme les autres organes empilés 21 à 23, possède une épaisseur de 0,1 mm. Ceci diminue encore la distance entre les surfaces 20 et 25.
  • Dans le mode de réalisation décrit, la chicane est fournie essentiellement par le fait que la plaque 62 possède quatre trous 65 à 68, décentrés et percés de manière régulièrement répartie. Bien entendu, cette réalisation n'est pas limitative. On peut prévoir un plus grand nombre de trous, éventuellement placés de manière irrégulière, pourvu qu'ils soient convenablement décentrés. On peut encore faire des évidements annulaires dans la plaquette 62, en réservant des attaches nécessaires pour le maintien de sa partie centrale 20.
  • Pour la plupart des applications, il est nécessaire que l'extrémité du tube 30, le capuchon 51, et la plaque 62 (de même que les rondelles 61, 63 et 64) soient chauffés à une température comprise entre 1 000 et 1 500° C. Le réservoir 1 doit pour sa part être chauffé pour permettre la pyrolyse du composé qu'il contient. Ce chauffage peut être indépendant du précédent.
  • Dans le mode de réalisation illustré (figure 3), le chauffage est assuré par bombardement électronique au moyen d'un filament F, alimenté de manière réglable en courant électrique pour être porté à la température voulue. Un chauffage indépendant du réservoir n'est alors pas indispensable, car la section et la longueur du tube 30 peuvent être prévues de manière que la fuite thermique intervenant lors du chauffage du support d'ionisation lui-même suffise à alimenter le réservoir 1 avec l'énergie nécessaire-pour porter le composé (alumino-silicate-de césium) qu'il contient à une température adéquate.
  • Il est maintenant fait référence à la figure 3. Celle-ci fait apparaître un support métallique 80 sur lequel est montée une entretoise d'alumine 81, qui soutient à son tour une électrode métallique 82, protégée par un écran thermique 83.
  • On reconnaît au centre les éléments 14, 15, 1, 3 et 51 de la source d'ions proprement dite. On distingue autour le filament F et son alimentation par une liaison électrique 86 traversant l'alumine 81.
  • Au-dessus de la source d'ions est placée l'électrode 55, qui revêt ici une forme annulaire percée d'un trou central 58 pour le passage des ions produits. Légèrement en aval de ce trou 58, l'électrode 55 supporte un écran thermique de tantale 56 percé d'un trou central. Encore vers l'aval, une fixation 59 de l'électrode 55 mise à la terre supporte une lentille schématisée en 90, et recevant une alimentation en haute tension positive 95. Enfin, du côté bas, l'électrode 55 est reliée à une enceinte schématisée en 89, isolant la source d'ions de l'ambiance, et permettant d'y faire le vide partiel souhaitable pour son fonctionnement.
  • La lentille 80 est choisie suivant l'utilisation pour laquelle est prévue la source d'ions. Pour une sonde ionique, la lentille 90 sert à créer une image réelle de la source ponctuelle virtuelle que constitue la source d'ions de l'invention.
  • Les expérimentations qui ont été menées ont pu montrer que la source virtuelle obtenue à l'aide de cette source d'ions possède un diamètre de l'ordre de 50 µm, pour les dimensions illustrées sur les dessins.
  • Ce montage possède par rapport à l'art antérieur les avantages qui ont été exposés plus haut.
  • Le coeur de la sonde est constitué par le capuchon 51, la chicane, qui doit être la plus mince possible (distance entre les surfaces 20 et 25), et l'électrode d'extraction 55 dont le rôle est d'établir un champ électrique le plus qrand possible au niveau de la surface 20 de l'ioniseur pour assurer l'extraction des ions. En effet, un champ extracteur très fort permet d'obtenir une qrande brillance sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le diamètre de l'orifice 50.
  • En fonctionnement avec un champ extracteur élevé, il a été observé que des ions du faisceau émis peuvent venir frapper la paroi de l'électrode de focalisation 55 autour de son trou 58. L'électrode 55 est faite d'un matériau, comme le Tantale, émettant peu d'ions négatifs sous l'effet du bombardement des ions positifs du faisceau. Mais ce bombardement ionique positif va créer des électrons qui reviennent bombarder le capuchon 51 à + 10 kV.
  • Ce phénomène parasite crée un chauffage supplémentaire du capuchon (et de l'ensemble de l'ioniseur). Ceci accroît le débit de l'alimentation, et peut rendre impossible le contrôle de la température de l'ioniseur.
  • Une variante préférentielle illustrée aux figures 4 et 4A tire avantage du phénomène parasite qui vient d'être décrit.
  • Sous l'électrode 55, et autour de son orifice 58, on place un insert isolant 57A supportant une électrode annulaire 57 dont le bord interne, libre, est coaxial à l'orifice 58;
  • En appliquant à cette électrode supplémentaire 57 une tension de polarisation P = - 320 V environ, on bloque les électrons secondaires (et les quelques ions secondaires négatifs) dus au bombardement de l'électrode de focalisation 55 par les ions primaires positifs.
  • Mieux, en appliquant au contraire à l'électrode supplémentaire 57 une tension p = + 320 V environ, on focalise lesdits électrons secondaires (voire les ions secondaires sur la surface 20 de l'ioniseur, comme schématisé sur la figure 4A.
  • Le fonctionnement de la source d'ions est alors lancé par chauffage du capuchon 51 à l'aide du filament F, comme précédemment. Ensuite, on règle la polarisation de l'électrode supplémentaire 57 pour focaliser les électrons secondaires sur la surface ionisante 20. On peut alors arrêter le chauffage par le filament F, ou le diminuer pour un chauffage d'appoint assurant la compensation des pertes thermiques des parois externes de l'ensemble ioniseur (organes 1 à 5).
  • On décrira maintenant différentes variantes de l'invention.
  • Dans ce qui précède, le rôle de surface active de l'ioniseur est joué essentiellement par la surface 20. Mais ce rôle peut être joué aussi, dans une certaine mesure, par n'importe quelle surface du même métal portée à une température suffisante, ce qui est le cas pour la face interne 25 du capuchon, et pour les surfaces laterales 21 à 24, comme précédemment indiqué. Les ions ainsi produits latéralement peuvent aller sur la surface active 20, repartir dans le même état (d'ions) et subir ensuite l'accélération qui les fera sortir par l'orifice de sortie 50, puis par le trou 58 (figure 3).
  • Toutefois, les ions qui sont émis par la surface 25, dans sa couronne circulaire proche du trou 50, voient un champ électrique qui peut leur imprimer une trajectoire incurvée, qui les mène sans autre impact jusqu'à sortir par les trous 50 et 58.
  • Ceci n'altère pas la petite taille de la source virtuelle obtenue selon l'invention. Cet effet paraît plutôt de nature à renforcer l'intensité délivrée par cette source.
  • Il en résulte cependant que le faisceau d'ions émis ne possède pas une distribution sensiblement gaussienne centrée sur sa direction principale D, mais au contraire une distribution assez large, plutôt renforcée, sur une couronne périphérique de ce faisceau;
  • Dans l'application à une sonde ionique, on est amené à diminuer la taille de la source virtuelle par un système optique réducteur composé d'une ou plusieurs lentilles électrostatiques (90). En raison de l'invariant optique, toute réduction de taille du faisceau par ce moyen produit une augmentation de l'angle d'ouverture et par suite, une augmentation des aberrations d'ouverture, ce qui va à l'encontre du but, à savoir produire une sonde de petite taille. Cet effet oblige à réduire l'angle d'ouverture, par interposition de diaphragmes convenablement disposés. Dans ces conditions, comme les ions issus de la couronne circulaire précitée n'alimentent pas les angles d'ouverture les plus petits, ils ne sont pas utiles à la création d'une sonde ionique.
  • Pour cette application, l'invention prévoit (figure 2C) que l'on place sur la face interne 25 du capuchon un disque mince d'hexaborure de lanthane, noté 64A, et percé d'un trou central sensiblement de même taille que l'orifice 50. Le disque 64A peut être remplacé par un dépôt d'hexaborure de lanthane réalisé par évaporation sous vide. L'épaisseur étant moindre, le champ électrique d'extraction est augmenté.
  • Contrairement aux métaux, l'hexaborure de lanthane possède un travail de sortie plus faible que l'énergie d'ionisation du césium (par exemple). Il en résulte que les atomes de césium ayant frappé le disque d'hexaborure de lanthane repartent sous forme d'atomes neutres, et viennent alors frapper la surface actie 20A, qui est la seule surface ionisante.
  • On pouvait craindre, en agissant ainsi, de perdre dans le faisceau d'ions produits la contribution qui intervenait précédemment du fait de la couronne de la pièce 25 et qui entoure l'orifice 50. De façon assez inattendue, il en a été tout autrement: les conditions d'alimentation de la surface active 20A en atomes d'alcalin se sont modifiées dans un sens favorable à l'amélioration de la brillance de la source. Ceci n'est pas entièrement expliqué, mais peut tenir à d'autres effets, dont l'émission électronique de l'hexaborure de lanthane, et la différence de potentiel de contact entre ce corps et celui de la plaque, qui crée un champ électrique entre la face interne de la plaque 64A et la surface active 20A. Il se peut qu'interviennent également des effets de charges d'espace, qui seraient différents avec la disposition de la figure 2A et celle de la figure 2C.
  • D'un autre côté, il s'est avéré que l'on pouvait augmenter encore le caractère ponctuel de la source obtenue, en bombant autant que possible la surface active 20A de la plaque 62. En d'autres termes, on donne à cette surface 20A (ou à la surface 20 de la figure 2A) une forte convexité tournée vers l'orifice 50.
  • Le faisceau d'ions ainsi obtenu convient alors particulièrement bien pour la réalisation d'une sonde ionique.
  • En d'autres applications,on peut rechercher à produire un faisceau conique creux au centre. Il conviendrait alors de remplacer la plaque 62, du moins au niveau de la surface 20, par une plaque en hexaborure de lanthane, et de faire jouer le rôle de support d'ionisation exclusivement à la couronne circulaire de la surface 25 qui entoure l'orifice 50.
  • Dans de qui précède, on a examiné la production d'ions positifs. La source de l'invention permet également la production d'ions négatifs, en faisant passer bien entendu à - 10 kilovolts la tension entre l'ioniseur et l'électrode 55. Dans ce cas, l'électrode supplémentaire 57, polarisée à + 320 V, sert au blocage des ions positifs.
  • On remarque immédiatement que la dernière variante de la figure 2A qui vient d'être décrite possède ume surface 25 métallique et une surface 20 en hexaborure de lanthane. Pour des ions négatifs, relatifs à des éléments dont l'affinité électronique est élevée, on produira alors un faisceau d'ions partant de la surface 20. Ce faisceau d'ions est du type très ponctuel convenant pour les sondes ioniques. Par exemple, on place dans le réservoir des cristaux d'iode, qui produisent une vapeur d'iode par chauffage léger. Les atomes d'iode ne s'ionisent pas sur le métal, alors qu'ils le feront sur l'hexaborure de lanthane.
  • Si, inversement, on souhaite un faisceau d'ions iode conique et creux au centre, on utilisera alors un montage tel que celui de la figure 2C, où la surfacé 20A n'a cependant plus besoin d'être bombée.
  • Enfin, s'il est intéressant de fournir un faisceau très intense, possédant des ions aussi bien au centre qu'en périphérie, on peut encore utiliser le montage de la figure 2C, mais en utilisant de l'hexaborure de lanthane non seulement pour la plaque 64A, mais aussi pour la surface active 20A, qui, dans ce dernier cas, peut à nouveau être bombée.
  • Plus généralement, des ions négatifs pourront être créés à partir d'halogènes, à savoir non seulement d'iode, mais aussi de chlore par exemple. Il est également envisageable de produire des ions négatifs à partir d'atomes alcalins, quoique leur intérêt soit alors plus limité.
  • En règle générale, la probabilité d'ionisation, pour des ions positifs, est grande lorsque le matériau de la surface active possède, pour ces ions, un travail de sortie supérieur à leur potentiel d'ionisation.
  • Pour des ions négatifs, il est souhaitable que le matériau de la surface active possède, pour ces ions, un travail de sortie inférieur à leur affinité électronique.
  • Dans ce qui précède, on a attaché une grande importance à la probabilité d'ionisation ou à l'affinité électronique.
  • Cela est souhaitable lorsqu'on désire construire une source d'ions de forte brillance, qui forme une sorte de canon à ions.
  • Une application assez différente consiste à utiliser la source d'ions placée à l'entrée d'un spectromètre de masse pour analyser un matériau inconnu. Ce matériau est placé dans le réservoir 1, chauffé, et dégage des atomes (neutres ou déjà ionisés) qui représentent la nature dudit matériau.Ces ions peuvent très bien être transformés en faisceau en utilisant une source selon la présente invention. Dans une telle application, la brillance de la source importe beaucoup moins. Par contre, les autres avantages demeurent, à savoir:
    • - le fait qu'une pression de vapeur importante n'est pas requise au niveau de la source de particules neutres; - la maîtrise de la géométrie du faisceau et le fait que la surface émissive d'ions est petite;
    • - le fait que toute atome neutre est obligé de rencontrer l'ioniseur avant de sortir de la source;
    • - la possibilité d'utiliser des tensions d'accélération importantes.
  • On notera que la géométrie de l'orifice 50 n'est pas forcément circulaire. Cette géométrie peut dépendre de la forme du faisceau d'ions qui est désirée pour travailler en aval.
  • On notera, en outre, que la source d'ions vient d'être décrite dans son utilisation en position verticale. Pour une utilisation inclinée ou horizontale, la disposition relative des éléments est bien entendu conservée mais la source de neutres 1 sera aménagée en conséquence pour contenir le composé solide 10.

Claims (21)

1. Source d'ions opérant par ionisation de surface, du type comprenant, sous vide,
- une source (1) de particules neutres, de même nature que les ions à produire,
- des moyens (3, 5) définissant avec cette source (1) un conduit fermé (30) sauf en un orifice d'extrémité (50) situé à l'opposé de ladite source (1).
- un support d'ionisation (2), qui possède en regard de l'orifice (50) une surface active (20) propre à l'adsorption des particules neutres, suivie de leur désorption sous forme d'ions, ce support d'ionisation étant arrangé dans le conduit fermé et formant une chicane (6) qui fait obstacle au passage des particules neutres dans le faisceau d'ions émis, et
- des moyens (5) de focaliser les ions ainsi produits à travers l'orifice (50) en un faisceau émis dans une direction choisie (D) de l'espace,
caractérisé en ce que le support d'ionisation (2) est défini par des pièces minces conductrices (61 à 64), toutes pièces minces sauf une ayant un trou central et étant empilées de sorte qu'elles forment intérieurement un passage cylindrique (21 à 24) coaxial à l'orifice de sortie, et de section droite inférieure à celle dudit conduit fermé (3), et en ce que la chicane (6) est définie par le fait que ladite pièce (62) sans trou central est une plaque percée seulement de trous périphériques (65, 68) à l'intérieur du passage, qu'elle traverse, tandis que sa partie centrale définit ladite surface active (20) en regard de l'orifice de sortie (50), ce qui réalise une chicane quasi-parfaite empêchant le passage direct des particules neutres dans le faisceau émis, sans qu'elles n'aient frappé la surface active (20, 25) du support d'ionisation.
2. Source d'ions selon la revendication 1 caractérisée en ce que le support d'ionisatiom (2) est logé à l'intérieur d'un capuchon comducteur (51), monté en bout dudit conduit (30), lequel est fermé complètement par le capuchon (51) sauf en l'orifice de sortie (50) de celui-ci.
3. Source d'ions selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (5) de focalisation comprennent une électrode externe de focalisation (55), percée (56) et agencée pour établir entre la surface active (20) et l'orifice de sortie (50), un champ électrique propre à accélérer les ions pour constituer le faisceau d'émission.
4. Source d'ions selon la revendication 3, caractérisée en ce que la différence de potentiel entre la surface active (20) et l'électrode externe (55) est de l'ordre de 10 kilovolt au moins, la taille de l'orifice de sortie (50) étant de quelques dixièmes de millimètres, et celui-ci étant évasé vers l'extérieur.
5. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'élle comporte des moyens (F, 86) propres à chauffer le support d'ionisation (2), de préférence à une température comprise entre 1 000 et 1 500° C.
6. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que le conduit (30) reliant la source (1) de particules neutres au support d'ionisation (2) est de dimensions choisies pour préserver l'effet de chicane.
7. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la source de particules neutres (1) comprend un composé propre à délivrer lesdites particules par pyrolyse.
8. Source d'ions selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour chauffer séparément la source de particules neutres.
9. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce oue la surface active (20A) du support d'ionisation est très bombée en regard de l'orifice de sortie.
10. Source d'ions selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules sont des atomes d'un alcalin.
11. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les particules sont des atomes d'un halogène.
12. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que, les ions étant positifs, le matériau de la surface active possède, pour ces ions, un travail de sortie supérieur à leur potentiel d'ionisation.
13. Source d'ions selon la revendication 12, caractérisée en ce que les ions sont de Césium, Rubidium ou Potassium, et en ce que la surface active est métallique.
14. Source d'ions selon la revendication 13, caractérisée en ce que la face interne du capuchon (51) comporte un disque mince d'hexaborure de lanthane (64A) percé d'un trou central correspondant à l'orifice de sortie (50).
15. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que, les ions étant négatifs, le matériau de la surface active possède, pour ces ions, un travail de sortie inférieur à leur affinité électronique.
16. Source d'ions selon la revendication 15, caractérisée en ce que les ions sont d'iode ou de chlore, et en ce que la surface active est en un matériau à faible travail de sortie tel que l'hexaborure de lanthane.
17. Source d'ions selon l'une des revendications 3, 4 ou 5 à 16, prise en dépendance de la revendication 3, caractérisée en ce que l'électrode de focalisation (55) est munie en amont d'une électrode supplémentaire (57) permettant de contrôler le retour, vers le support d'ionisation, de particules secondaires engendrées par suite du bombardement électronique de l'électrode de focalisation (55).
18. Source d'ions selon la revendication 17, caractérisée en ce que les ions primaires étant positifs, l'électrode supplémentaire (57) est polarisée pour bloquer le faisceau d'électrons secondaires.
19. Source d'ions selon la revendication 17, caractérisée en ce que les ions primaires étant positifs, l'électrode supplémentaire (57) est polarisée pour focaliser le faisceau d'électrons secondaires sur la surface active (30) du support d'ionisation, à travers l'orifice de sortie (50) du capuchon (51), ce qui assure, au moins en partie le chauffage de la source d'ions.
20. Source d'ions selon l'une des revendications 18 et 19, caractérisée en ce que l'électrode de focalisation (55) est en tantale.
21. Source d'ions selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte, en aval de l'orifice de sortie (50) et de l'électrode de focalisation (55), un système optique réducteur permettant son utilisation en sonde ionique très fine et très brillante.
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