EP0545064B1 - Device for filtering charged particles, energy filter and analyser using such an energy filter - Google Patents
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- EP0545064B1 EP0545064B1 EP92118282A EP92118282A EP0545064B1 EP 0545064 B1 EP0545064 B1 EP 0545064B1 EP 92118282 A EP92118282 A EP 92118282A EP 92118282 A EP92118282 A EP 92118282A EP 0545064 B1 EP0545064 B1 EP 0545064B1
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Definitions
- the present invention relates to a method for Filtering of electrically charged particles according to the The preamble of claim 1, an energy filter according to that of claim 6 and an analyzer with such an energy filter according to claim 24.
- the mentioned energy filtering is particularly used in connection with plasma mass spectrometry.
- a filter system is formed, creating a beam charged molecular or atomic particles a selection regarding transmission is made in Function of the masses of the mentioned particles.
- the present invention on the technology of the mentioned energy filtering directed.
- Such is e.g. from EP-A-0 223 520 previously known.
- the one known from it works Energy filter technology based on the well-known principle of the cylinder mirror. Following this principle charged particles of a particle beam in the field space a cylindrical capacitor and are introduced through the cylinder jacket forming the outer electrode electrostatically deflected, i.e. mirrored to then exit the cylinder assembly.
- the energy filter effect is based on being higher energetic particles at a given electrostatic Field, a less curved trajectory pass through as deeper energetic particles with what only particles of a given energy band an intended exit opening through the mirror space to reach.
- the beam of charged particles axially supplied to the mirror cylinder assembly occurs into a coaxial opening arrangement which is formed is by a first pair, a deflection capacitor forming electrode surfaces. These electrode surfaces define a radially outward curved Field space, in which, according to the charge polarity and the capacitor polarity, charged particles be deflected radially outwards. After leaving of the curved, entrance-side field space the charged particles in the actual mirror room of the cylinder mirror, consisting of a internal coaxial electrode core and the coaxial Mirror capacitor outer jacket.
- the charged particles are redirected and occur symmetrically with respect to a radial plane to the entrance-side, curved field space, in the formed between two further electrode surfaces Exit field space, from which they, accordingly steered back, in one axis, with the entry axis aligned, emerge from the filter arrangement.
- the known filter arrangement mentioned takes effect that between the input pair of electrodes, which defines the curved input field space, generated electrostatic field even in the coaxial Cylinder condenser mirror space, with which on the one hand the electrostatic field conditions, due to the resulting overlays in the transition area the particles from the input field space into the cylinder mirror space, are difficult to estimate, and with what decoupled setting of the electrostatic fields, because of the field penetration, is not possible.
- the outer, axially adjacent capacitor electrodes of the the two field spaces are separated by an air gap.
- the inner capacitor electrode of the first extends Pair axially over a portion of the inner capacitor electrode of the second pair and, axially, also over a region of the outer capacitor electrode of the second Couple.
- the beam then enters another field space or spatial area, formed by a second, continuously curved Pair of capacitor electrodes.
- the inner capacitor electrode of this second pair is, terminal, with oneself perpendicular to the beam entering the second field space extending aperture portion provided, wherein an opening is provided, through which the beam, after passing through the first field space, enters the second.
- the structure is special simply by using the screen as one of the Electrodes for the first electrostatic field is used.
- the beam is substantially parallel exits to the direction of entry.
- An advantage of the filter arrangement mentioned above as known according to EP-A-0 223 520 is its coaxial structure. Coaxial to Axis of the cylinder mirror arrangement with the cylinder capacitor are also inlet and outlet deflection electrodes.
- the fed Ray is at a sharp, kind of singularity Tip of the cylindrical core forming an electrode surface divided and runs mirror-symmetrically to the axis through the arrangement. As is well known, such tips form high ones Field strengths.
- the cylindrical capacitor formed by the two central pairs of electrodes, the entry and exit arrangements through the outer electrode pairs.
- a cross-sectional quadrant of the cylindrical capacitor as a mirror capacitor used and there are entry and exit arrangements in the axially symmetrically opposite cross-sectional quadrant intended.
- the asymmetrical structure enables also not to provide any radial brackets in the mirror room.
- the inventive energy filter on the inventive one Analyzer becomes a selective adjustability optimally enables the energy spectrum to be supplied to the mass filter, where in the preferred variants of the Energy filter with aligned beam entry and exit axes the entire analyzer structure becomes compact.
- An electron impact ionization source is preferably attached to it provided according to the wording of claim 25. It follows thanks to the axially extended accelerator tube, which means the neutral particles homogeneous, with the accelerating grid controllable, ionized by electron bombardment, a high Ionization yield. Especially in their training after Claim 26 or 27 results in an extremely homogeneous ionization distribution.
- the energy filter according to the invention can be well-known considerations, and in particular can the mentioned energy filter thanks to the decoupled adjustability its "filter stages" as an extremely narrow-band energy filter be used. This is because the vote of the mentioned "Filter stages” due to their field decoupling by the provided shielding can be done optimally.
- the energy filter ensures that the Beam propagation through the filter without becoming one Displacement of the entry and exit axis of the Lead beam.
- FIG. 1 schematically shows a longitudinal section through a known deflection arrangement for a beam of charged particles, for example known from EP-A-0 223 520.
- the beam of positively charged ions 1 enters a curved field space 3, formed between essentially equally curved ones Electrode surfaces 3a and 3b on electrode bodies 3a ', 3b'.
- an electrostatic field E 3 is generated in the field space 3 , essentially perpendicular to the dashed line of the beam S of charged ions 1.
- the field E 3 shows the Ions are deflected through the curved field space 3 from their original entry direction.
- Ions with greater kinetic energy experience less deflection in field E 3 than ions with lower kinetic energy.
- essentially ions of a defined energy band pass through the curved field space 3, while higher-energy and lower-energy ions collide with one of the two electrode surfaces and are neutralized.
- the electrode surface 3b on the outside of the curvature is continued at an acute angle after the exit region 5 from the field space 3 to the exit direction of the particle beam and forms with this extension electrode surface 7b of a further pair of electrode surfaces with 7a.
- a further electrostatic field E 7 is created between the pair of electrode surfaces 7a and 7b, essentially polarized inversely with respect to the field E 3 , with which the ions are redirected back in the path shown schematically in dashed lines, possibly already to an outlet arrangement 4 shown in dashed lines 7 applies that the ions are deflected more or less according to their kinetic energy, so that only ions of a certain energy band hit the opening at the outlet arrangement 4 and leave the energy filter.
- a well-known stray field is created in the field area 7 at the exit area 5 of the field space 3, whereby a superimposition of this stray field E 37 and the primary field E 7 prevailing there arises in this area with a resulting field that is both of E 7 as well depends on E 3 .
- a shield ring 9 is provided and, as proposed at the same time, is connected to the same potential as the electrode surfaces 3b and 7b, the result is the additional field E 79 shown in FIG. 1, which depends on the field E 7 and depending on the ion polarity exerts an accelerating or decelerating effect on the ions arriving in the field space 7 and thus falsifies their paths in the sense of poorer energy resolution or transmission.
- the field spaces correspond to 3 and 7 of FIG. 1 regarding the prevailing electrostatic Fields decoupled, with the above-mentioned interference effects to be avoided on the beam and due to the mutual Field isolation the electrostatic conditions in both field rooms independently of each other can be optimally adjusted.
- a shield 11 is provided according to the invention, which the beam S, as shown in dashed lines, on one Passes through slot 13.
- the potential of the screen 11 can initially be set as desired (dashed line at 6) if, by a suitable choice of the geometric arrangement of screen 11, electrodes 3a and 3b, the influence of the field between these three electrodes on the kinetic energy and deflection of the particles 1 between the exit zone 5 and passage slot 13 is minimized.
- the screen 11 is placed on the potential of the outer electrode 3b '.
- the preferred entry angle ⁇ 45 ° the influence of the electrostatic field E 11a between the screen 11 and the electrode body 3a 'is negligible due to the oblique passage of the space D through the beam.
- the screen 11, as further shown in FIG. 2, is preferably used as an electrode of the pair 7a, 7b according to FIG. 1. As can be seen, there is no field influence between the fields E 7 and E 3 due to the provision of a screen 11 penetrated by the beam, even if combined with the electrode 7b for the essential structural simplification.
- FIG. 3 schematically shows a first preferred embodiment of the arrangement shown in principle with reference to FIG. 2. Again, the same item numbers are used for the same structural parts.
- the curvature outer electrode surface 3b or the body 3b 'defining it is continued away from the electrode surface 3a, and it surrounds - in one or more parts - this continuation 3d, in the sense of 3b' potentially identical parts, a cavity 15 which is traversed at an oblique angle by the beam between the exit region 5 and the passage slot 13.
- the interference field E 3a arises in accordance with the dimensions of the chamber 15 and the potential difference between the electrode surfaces 3b and 3a practically only in zones of the space 15 which are not traversed by the beam S, so that this interference field has hardly any influence on the beam deflection or the energy of its particles takes.
- the cavity 15 is, in particular in its from Beam S traversed area, essentially field-free, because of walls at the same potential edged.
- the one opposite the exit area 5 Wall section which borders the space 15, in turn forms the electrode surface 7b of the another pair of electrode surfaces 7a, 7b, where between the beam, following the principle of reflection, is redirected becomes.
- the Beam path in field-free room 15 before entry optimized in the field space 7, for example focused become.
- the aperture 15a are outer Hidden parts of the beam. All without that further fields would have to be taken into account.
- FIG. 4 is a preferred embodiment of the inventive Energy filter shown in the constructed essentially symmetrically to a plane E. is and in mirror image two of the with reference to FIG. 2 or 3 arrangements shown. There are again the same for the same components or sizes Position symbol used.
- deflection fields E 3 and field E 7 for deflecting positive ions are entered.
- this arrangement allows the entry axis A E and the exit axis A A to be aligned on the filter according to the invention by corresponding arrangement of the two curved field spaces 3 on the input and output sides, which, for the time being also without rotationally symmetrical design, creates the possibility of an analyzer with a downstream mass spectrometer , in particular a quadrupole mass spectrometer and possibly an upstream ionization source, in the common entry / exit axis A EA .
- the screen sections 11 can, if appropriate, be put together or separately, each at different potentials with respect to part 3b '. Of course, this requires electrical insulation of the parts mentioned.
- the inlet arrangement with curved field spaces 3, inner electrode surfaces 3a and outer electrode surfaces 3b and the electrode pairs 7a and 7b is cylindrical with a cylinder axis A Z.
- the incoming beam S is split at a sharp tip P of an inner cylinder body 3b ', which forms the electrode surfaces 3b and 7b and is mounted on a retaining web 17 in the field space 7.
- the beam path S is mirror-symmetrical to the cylinder axis A Z , in that the incoming beam S, as mentioned, is divided at the tip P - a kind of singularity - and passes through electrode pairs formed in mirror image with respect to the axis A Z or field fields therebetween. Because of the tip P, ions entering the axis A Z cannot pass through the arrangement. This also applies to ions that enter close to the axis A Z. Ions that can just pass the tip P have unfavorable entry parameters with respect to the cylinder mirror in space 7.
- FIG. 6 an energy filter arrangement according to the invention is again shown schematically, in which on the one hand with mirror-image formation on the input and output sides, for example to plane E, input axis A E and exit axis A A , as shown, in the cylinder axis A Z of the cylindrical filter may lie, but a beam splitting is avoided.
- FIG. 6 readily shows the arrangement in which the outer edge of the filter, essentially given by the outer electrode surfaces 7a, is cylindrical to the axis A Z , but not within the cylinder the beam path of the beam S.
- the cross-sectional dimension of the filter is poorly used in this configuration, in which the coaxiality of the filter structure, beam feed and path guidance can be realized. This is improved in the preferred embodiment, as shown in FIG. 7.
- the design according to FIG. 7 is much simpler in terms of production technology. It was assumed that holding onto a beam in and out of alignment with the cylinder axis A Z brings only minor advantages for the compilation of an analyzer system and these advantages are practically retained if the input axis A E and the exit axis A A are in alignment, the cross-sectional expansion is better utilized and significant advantages are obtained in terms of production technology.
- the jet inlet and jet outlet are axially aligned, but offset in such a way with respect to the cylinder axis A ' Z that if the inlet and outlet are provided in a cross-sectional quadrant Q 1 , the field space 7, in which the beam is deflected back in a mirror-reflecting manner, is arranged in the quadrant Q 2 opposite to the axis A ' Z.
- the axis A ' Z is shifted with respect to the axes A E and A A , as shown at A' Z in FIG. 6.
- FIG. 8 schematically shows a cross-sectional illustration along line IIX-IIX of FIG. 7, the two bodies defining the electrode surfaces 3a and 3b again being designated 3a ′ and 3b ′ and, in dash-dot lines, the quadrants Q 1 , Q 2 are entered.
- the insulation 9 between the parts 3a ', 3b' is visible, as is of course provided in some way in all the design variants according to FIGS. 2 to 4, 6 to 7.
- the cross-sectional dimension of the filter is better utilized.
- Fig. 9 the essential elements are preferred Energy filter according to the present invention shown in longitudinal section, an inventive Filter, which one Providing one Between the following field spaces and Utilization of the cylinder mirroring without beam splitting, taking advantage of the cross-sectional extent of the mirror cylinder, are realized according to a Combination of the arrangements according to FIGS. 4 and 7. Again, to facilitate cross-comparisons chosen the same reference numerals.
- the electrode bodies 3a ', 3b' are rotating bodies.
- the two parts 3a 'and 3b' that define the field space 3 are, as shown at 20, electrically insulated, corresponding to 9 of FIG. 8.
- the exit direction for the beam S from the curved field space 3 in the exit region 5 is A E and / or A Z approx. 45 °.
- the hollow cylinder 3b ' forms the essentially field-free spaces 15 and has the passage slots 13 for the deflected beam S.
- the mirror cylinder 7a' is provided, which forms the electrode surface 7a as a cylindrical capacitor surface with respect to the electrode surface 7b on the hollow cylinder 3b '.
- the beam outlet again with a curved field space 3, is constructed symmetrically with respect to the beam inlet, the beam exit axis A A is aligned with the beam entry axis A E , and both axes are offset with respect to the axis of rotation A Z of the cylindrical arrangement.
- the potential differences applied are entered, for example, as shown schematically in U 1 and U 2 with adjustable voltage sources.
- both parts 3a ' are connected to the same potential, which is not mandatory.
- the hollow cylinder 3b ' is placed at a positive potential, which according to the invention forms shield 11, field-free space 15 and electrode of field space 7.
- the outer electrode 7a corresponding to the hollow cylinder 7a ', is set to a positive potential with respect to the hollow cylinder 3b'.
- a mass spectrometer preferably a quadrupole mass spectrometer 24, is preferably connected downstream of the energy filter, as shown, to form an analyzer according to the invention. If neutral particles are to be analyzed on the analyzer, an ionization source, preferably an electron impact ionization source 26, is connected upstream of the energy filter.
- a beam diaphragm 15 is preferably provided in a field-free space 15. In this space, the beam is preferably focused on the cylinder axis A 'Z, and the diaphragm 15a suppresses edge regions and scattered ions of the beam. At focus F there is a crossover of the ion beam, ie a crossover of the ion trajectories.
- FIG. 10 An ionization source is shown in FIG. 10, which is preferably used with the energy filter shown.
- an aperture 30 with an opening 32 neutral particles are withdrawn from the plasma by diffusion and enter an axially extended cylinder grid 34.
- At least one electron emitter preferably in the form of at least one hot cathode 36, is provided, preferably a plurality of hot cathodes 36 are arranged azimuthally around the grid 34.
- the electron emitter cathodes 36 are set to a negative potential with respect to the grating 34, which means that the grating 34 acts as an acceleration grating for the emitted electrons e - .
- the heating current at the electron emitter cathodes 36 is set at current sources I.
- the ions generated within the grid 34 by electron impact emerge through a further aperture 38 with a controllable potential corresponding to U 4 .
- the potential of the aperture 38 is preferably chosen to be at least substantially equal to that of the grid 34. Because of the axially extended lattice arrangement and the provided, preferably several and identical electron emitters outside the lattice, neutral particles within the lattice are homogeneously ionized with a high ionization rate.
- the ionization source 10 preferably with the inventive energy filter according to the preceding Figures, especially Fig. 9, combined to with a mass spectrometer connected downstream of the latter, preferably quadrupole mass spectrometer, to form a neutral particle analyzer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Filterung elektrisch geladener Teilchen nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1, einen Energiefilter nach
demjenigen von Anspruch 6 sowie einen Anaylisator mit einem solchen Energiefilter nach Anspruch 24.The present invention relates to a method for
Filtering of electrically charged particles according to the
The preamble of
Die angesprochene Energiefilterung wird insbesondere im Zusammenhang mit Plasmamassenspektrometrie eingesetzt. Mittels der bekannten Massenspektrometrie wird ein Filtersystem gebildet, wodurch an einem Strahl geladener molekularer oder atomarer Teilchen eine Selektion bezüglich Transmission vorgenommen wird, in Funktion der Massen der erwähnten Teilchen.The mentioned energy filtering is particularly used in connection with plasma mass spectrometry. Using known mass spectrometry a filter system is formed, creating a beam charged molecular or atomic particles a selection regarding transmission is made in Function of the masses of the mentioned particles.
Bezüglich Technik der Massenspektrometrie zur Plasmaanalyse wird auf die Schrift "Methods of plasma characterization" der Firma Balzers, K. Höfler, BG 800 184 PA (8410), verwiesen sowie auf die Schrift derselben Firma "Partialdruckmessung in der Vakuumtechnik", BG 800 169 PD (8711).Regarding technology of mass spectrometry for plasma analysis the writing "Methods of plasma characterization "from Balzers, K. Höfler, BG 800 184 PA (8410), referenced as well as the writing same company "partial pressure measurement in vacuum technology", BG 800 169 PD (8711).
Oefters ist es erwünscht, bevor ein Molekularstrahl obgenannter Art einem Massenspektrometer zugeführt wird, diesen Strahl einer Energiefilterung zu unterziehen, um dem Massenspektrometer Molekularstrahlteilchen selektiv bestimmter kinetischer Energien zuzuführen, sei dies in einem definierten Energieband oder mit Energien, welche ein vorgegebenes Mass nicht überschreiten.Often it is desirable to have a molecular beam Above-mentioned type fed to a mass spectrometer is going to subject this beam to energy filtering, around the mass spectrometer molecular beam particles to selectively supply certain kinetic energies, be it in a defined energy band or with energies that are not of a given measure exceed.
Unter einem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf die Technik der erwähnten Energiefilterung gerichtet. Eine solche ist z.B. aus der EP-A-0 223 520 vorbekannt. Grundsätzlich arbeitet die daraus vorbekannte Energiefiltertechnik auf dem bekannten Prinzip des Zylinderspiegels. Diesem Prinzip folgend, werden geladene Teilchen eines Teilchenstrahls in den Feldraum eines Zylinderkondensators eingeleitet und werden durch den Aussenelektrode bildenden Zylindermantel elektrostatisch umgelenkt, d.h. gespiegelt, um darnach aus der Zylinderanordnung wieder auszutreten. Der Energiefiltereffekt beruht darauf, dass höher energetische Teilchen, bei einem vorgegebenen elektrostatischen Feld, eine weniger gekrümmte Flugbahn durchlaufen als tiefer energetische Teilchen, womit nur Teilchen eines vorgegebenen Energiebandes durch den Spiegelraum hindurch eine vorgesehene Austrittsöffnung erreichen.In a first aspect, the present invention on the technology of the mentioned energy filtering directed. Such is e.g. from EP-A-0 223 520 previously known. Basically, the one known from it works Energy filter technology based on the well-known principle of the cylinder mirror. Following this principle charged particles of a particle beam in the field space a cylindrical capacitor and are introduced through the cylinder jacket forming the outer electrode electrostatically deflected, i.e. mirrored to then exit the cylinder assembly. The energy filter effect is based on being higher energetic particles at a given electrostatic Field, a less curved trajectory pass through as deeper energetic particles with what only particles of a given energy band an intended exit opening through the mirror space to reach.
Gemäss der genannten EP-A wird der Strahl geladener Teilchen axial zur Spiegelzylinderanordnung zugeführt, tritt in eine koaxiale Oeffnungsanordnung ein, welche gebildet ist durch ein erstes Paar, einen Umlenkkondensator bildender Elektrodenflächen. Diese Elektrodenflächen definieren einen radial nach aussen gekrümmten Feldraum, worin, entsprechend der Ladungspolarität und der Kondensatorpolarität, geladene Teilchen radial nach aussen umgelenkt werden. Nach Verlassen des gekrümmten, eingangsseitigen Feldraumes treten die geladenen Teilchen in den eigentlichen Spiegelraum des Zylinderspiegels ein, bestehend aus einem innen gelegenen koaxialen Elektrodenkern und dem koaxialen Spiegelkondensatoraussenmantel. Im Spiegelraum werden die geladenen Teilchen rückgelenkt und treten in einen bezüglich einer Radialebene symmetrisch zum eingangsseitigen, gekrümmten Feldraum ein, in den zwischen zwei weiteren Elektrodenflächen gebildeten Austrittfeldraum, aus welchem sie, entsprechend rückgelenkt, in einer Achse, die mit der Eintrittsachse fluchtet, aus der Filteranordnung austreten.According to the mentioned EP-A becomes the beam of charged particles axially supplied to the mirror cylinder assembly occurs into a coaxial opening arrangement which is formed is by a first pair, a deflection capacitor forming electrode surfaces. These electrode surfaces define a radially outward curved Field space, in which, according to the charge polarity and the capacitor polarity, charged particles be deflected radially outwards. After leaving of the curved, entrance-side field space the charged particles in the actual mirror room of the cylinder mirror, consisting of a internal coaxial electrode core and the coaxial Mirror capacitor outer jacket. In the mirror room the charged particles are redirected and occur symmetrically with respect to a radial plane to the entrance-side, curved field space, in the formed between two further electrode surfaces Exit field space, from which they, accordingly steered back, in one axis, with the entry axis aligned, emerge from the filter arrangement.
Die radial innen gelegene Elektrodenfläche der Eintrittsumlenkanordnung, die Innenelektrodenfläche der Spiegelkondensatoranordnung sowie die Innenelektrodenfläche der Austrittselektrodenanordnung werden durch ein und denselben Zylinderkern gebildet. Da sämtliche Strahlumlenkungen aufgrund elektrostatischer Felder realisiert werden, mithin sowohl am eingangsseitigen, gekrümmten Feldraum wie auch im Spiegelraum und am ebenso gekrümmten Ausgangsfeldraum, erfolgt, ähnlich wie bei einer Zentrifugalabscheidung, eine Filterung an den eintretenden, geladenen Teilchen in jedem der erwähnten Feldräume. Zu tief energetische Teilchen stossen krümmungsinnenseitig auf Elektrodenflächen, energetisch zu hohe Teilchen krümmungsaussenseitig.The radially inner electrode surface of the inlet deflection arrangement, the inner electrode area of the Mirror capacitor arrangement and the inner electrode surface the exit electrode assembly formed by one and the same cylinder core. There all beam deflections due to electrostatic Fields are realized, both on the input side, curved field space as well as in the mirror space and at the equally curved exit field space, similar to centrifugal separation, filtering on the incoming, loaded Particles in each of the field spaces mentioned. Too deep energetic particles collide on the inside of the curve on electrode surfaces, energetically too high particles outside of the curve.
An der erwähnten, bekannten Filteranordnung greift das zwischen dem eingangsseitigen Elektrodenpaar, welches den gekrümmten Eingangsfeldraum definiert, erzeugte elektrostatische Feld auch in den koaxialen Zylinderkondensatorspiegelraum ein, womit einerseits die elektrostatischen Feldverhältnisse, aufgrund der resultierenden Ueberlagerungen im Uebergangsbereich der Teilchen vom Eingangsfeldraum in den Zylinderspiegelraum, schwer abschätzbar sind, und womit eine entkoppelte Einstellung der elektrostatischen Felder, wegen des Felddurchgriffs, nicht möglich ist.The known filter arrangement mentioned takes effect that between the input pair of electrodes, which defines the curved input field space, generated electrostatic field even in the coaxial Cylinder condenser mirror space, with which on the one hand the electrostatic field conditions, due to the resulting overlays in the transition area the particles from the input field space into the cylinder mirror space, are difficult to estimate, and with what decoupled setting of the electrostatic fields, because of the field penetration, is not possible.
Dieselben Verhältnisse entstehen im Uebergangsbereich zwischen Zylinderspiegelraum und gekrümmter Austrittselektrodenanordnung. Die in den erwähnten Uebergangszonen durch Feldüberlagerung entstehenden Zonen nicht definierten Feldverlaufes vermögen auch durch Vorsehen eines Schirmringes nicht behoben zu werden, welcher auf dem gleichen Potential gehalten wird wie der Zylinderkern. Zwischen diesem Schirmring und der äusseren Zylinderelektrode des Spiegelzylinderkondensators bildet sich ein ausgeprägtes Feld in Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen aus, welches beschleunigend oder verzögernd wirkt und damit die Filtereigenschaften der Anordnung verfälscht. The same conditions arise in the transition area between the cylinder mirror space and the curved outlet electrode arrangement. Those in the transition zones mentioned zones created by field overlay undefined field course can also not provided by a shield ring be kept at the same potential becomes like the cylinder core. Between this umbrella ring and the outer cylinder electrode of the mirror cylinder capacitor forms a distinct field in Direction of movement of the charged particles from which accelerating or decelerating and thus the Falsified filter properties of the arrangement.
Aus Soviet Inventions Illustrated, Woche 9004, 7. März 1990, Nr. N90-022454, Derwent Publications Ltd., GB-London, und aus SU-A-1492 397 ist ein Energiefilter bekannt, welches nach dem Prinzip des Zylinderspiegels arbeitet. In einem ersten axialen Abschnitt wird zwischen einem ersten Kondensator-Elektrodenpaar ein Raumbereich bzw. Feldraum gebildet, welcher den durch eine Öffnung in der inneren Elektrode radial nach aussen propagierenden Strahl durch eine weitere Öffnung in besagter Elektrode zurücklenkt. Der Strahl tritt dann in einen axial anschliessenden, weiteren Feldraum ein, gebildet durch ein zum ersten Kondensator-Elektrodenpaar koaxiales, zweites Kondensator-Elektrodenpaar. Zwischen den axial benachbarten inneren Elektroden der beiden Elektrodenpaare wird ein feldfreier Raum gebildet.From Soviet Inventions Illustrated, week 9004, March 7, 1990, N90-022454, Derwent Publications Ltd., GB London, and from SU-A-1492 397 an energy filter is known, which according to Principle of the cylinder mirror works. In a first axial Section is between a first pair of capacitor electrodes a room area or field space is formed, which by a Propagate opening in the inner electrode radially outwards Beam through another opening in said electrode redirects. The beam then enters an axially adjoining another field space, formed by a to the first pair of capacitor electrodes coaxial, second pair of capacitor electrodes. Between the axially adjacent inner electrodes A field-free space is formed between the two pairs of electrodes.
Die äusseren, axial benachbarten Kondensator-Elektroden der beiden Feldräume sind durch einen Luftspalt getrennt.The outer, axially adjacent capacitor electrodes of the the two field spaces are separated by an air gap.
Aus der US-A-3 805 057 ist ein Energiefilter bekannt, welches ebenfalls nach dem Prinzip des Zylinderspiegels arbeitet. In einem ersten axialen Abschnitt wird zwischen einem ersten Kondensator-Elektrodenpaar ein Feldraum bzw. Raumbereich gebildet, welcher wiederum den durch eine Öffnung in der inneren Kondensator-Elektrode radial nach aussen propagierenden Strahl durch eine weitere Öffnung in besagter Elektrode zurücklenkt. Es tritt der Strahl in einen axial anschliessenden, weiteren Feldraum bzw. Raumbereich ein, gebildet durch ein weiteres Kondensator-Elektrodenpaar, welches sowohl axial wie auch radial bezüglich des ersten versetzt ist.From US-A-3 805 057 an energy filter is known, which also works on the principle of the cylinder mirror. In a first axial section is between a first pair of capacitor electrodes a field space or room area is formed, which in turn is through an opening in the inner capacitor electrode radially outward propagating beam redirects another opening in said electrode. It the beam enters an axially adjoining one Field space or spatial area, formed by a further pair of capacitor electrodes, which is both axial and radial is offset from the first.
Dabei erstreckt sich die innere Kondensator-Elektrode des ersten Paares axial über einen Bereich der inneren Kondensator-Elektrode des zweiten Paares und, axial anschliessend, auch über einen Bereich der äusseren Kondensator-Elektrode des zweiten Paares.The inner capacitor electrode of the first extends Pair axially over a portion of the inner capacitor electrode of the second pair and, axially, also over a region of the outer capacitor electrode of the second Couple.
Schliesslich ist aus "A Soft X-Ray Source for Photoelectron Spectroscopy", A.D. McLachlan et al., Review of Scientific Instruments, Vol. 44, No. 7, Juli 1973, S. 873 - 876, ein Verfahren bzw. ein Energiefilter eingangs genannter Art bekannt. Einem Elektronen-Multiplier zugewandt ist, wiederum dem Prinzip des Zylinderspiegels folgend, ein erstes Kondensator-Elektrodenpaar vorgesehen, wozwischen ein Feldraum bzw. Raumbereich gebildet wird. Durch Öffnungen in der inneren Kondensator-Elektrode besagten Paares tritt der Strahl in diesen Feldraum ein und, umgelenkt, wieder aus.Finally, from "A Soft X-Ray Source for Photoelectron Spectroscopy ", A.D. McLachlan et al., Review of Scientific Instruments, Vol. 44, No. 7, July 1973, pp. 873-876, a process or an energy filter of the type mentioned above. One Electron multiplier facing the principle following the cylinder mirror, a first pair of capacitor electrodes provided between which a field space or room area is formed. Through openings in the inner capacitor electrode said couple enters the beam Field space in and, redirected, out again.
Axial anschliessend tritt der Strahl in einen weiteren Feldraum bzw. Raumbereich ein, gebildet durch ein zweites, stetig gekrümmtes Kondensator-Elektrodenpaar. Die innere Kondensator-Elektrode dieses zweiten Paares ist, endständig, mit einem sich senkrecht zu dem in den zweiten Feldraum eintretenden Strahl erstreckenden Blendenabschnitt versehen, worin eine Öffnung vorgesehen ist, durch welche der Strahl, nach Durchlaufen des ersten Feldraumes, in den zweiten eintritt.Axially, the beam then enters another field space or spatial area, formed by a second, continuously curved Pair of capacitor electrodes. The inner capacitor electrode of this second pair is, terminal, with oneself perpendicular to the beam entering the second field space extending aperture portion provided, wherein an opening is provided, through which the beam, after passing through the first field space, enters the second.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom Verfahren bzw. vom Energiefilter letztgenannter Art, ein Verfahren bzw. ein Energiefilter vorzuschlagen, welches wesentlich kompakter realisiert werden kann und trotzdem gegenseitige Feldbeeinflussungsprobleme behebt.It is an object of the present invention, starting from the method or from the energy filter of the latter type, a method or to propose an energy filter which is much more compact can be realized and yet mutual field influencing problems fixes.
Dies wird durch Vorgehen nach dem Kennzeichen von Anspruch 1
erreicht bzw. durch das Energiefilter, aufgebaut nach dem Kennzeichen
von Anspruch 6. This is done by proceeding according to the characterizing part of
Durch Vorsehen eines so ausgebildeten Schirmes wird ermöglicht, dass sich die Felder in den erwähnten Raumbereichen bzw. Feldräumen nicht gegenseitig beeinflussen, womit auch eine Einstellung der Ablenkfelder, je in den kompakt gebauten Raumbereichen, entkoppelt voneinander möglich bleibt. Damit ist es weiter möglich, die je in den erwähnten Raumbereichen durch die elektrostatischen Ablenkfelder gebildeten eigentlichen Filterstufen unabhängig voneinander einzustellen.By providing an umbrella designed in this way, it is possible to that the fields in the mentioned areas or Field spaces do not influence each other, which is also an attitude the deflection fields, each in the compactly built areas, remains decoupled from each other. So that's it further possible, depending on the space areas mentioned by the electrostatic deflection fields formed actual filter stages set independently.
Bei Vorgehen nach dem Wortlaut von Anspruch 2 wird eine zusätzliche Trennung zwischen den Raumbereichen möglich. Da die geladenen Teilchen, nach Durchlaufen einer der erwähnten Elektrodenpaare und im entsprechenden Raumbereich umgelenkt, geradlinig den vorgesehenen, im wesentlichen feldfreien Raum durchqueren, wird es nun möglich, darin eine erwünschte Strahldivergenz oder Strahlfokussierung mit Hilfe der Auslegung und Einstellung der Felder im vorgängig durchlaufenen Raumbereich zu realisieren, ohne dass in diesem Strahlstreckenabschnitt Umlenkfelder zu berücksichtigen wären. Damit wird die beherrschte Optimierung des Strahlenganges wesentlich vereinfacht.When proceeding according to the wording of claim 2, an additional Separation between the room areas possible. Because the loaded Particles after passing through one of the electrode pairs mentioned and redirected in the corresponding area, straight cross the intended, essentially field-free space, it now becomes possible to find a desired beam divergence or beam focusing using the design and adjustment to realize the fields in the previously traversed area, without deflection fields in this beam section would have to be considered. This is the mastered optimization of the beam path significantly simplified.
Bei Vorgehen gemäss Wortlaut von Anspruch 3 wird der Aufbau besonders
einfach, indem der Schirm gleichzeitig als eine der
Elektroden für das erste elektrostatische Feld eingesetzt wird.When proceeding according to the wording of
Im weiteren wird bevorzugterweise so vorgegangen, gemäss Wortlaut von Anspruch 4, dass der Strahl im wesentlichen parallel zur Eintrittsrichtung austritt.In the following it is preferably carried out according to the wording of claim 4 that the beam is substantially parallel exits to the direction of entry.
Dies ermöglicht, eine für die Analyse neutraler Teilchen vorzuschaltende Ionisierungsquelle und/oder ein dem Energiefilter nachgeschaltetes Massenspektrometer, vorzugsweise QuadrupolMassenspektrometer, ohne Knick anzubauen. This makes it possible to add one for the analysis of neutral particles Ionization source and / or the energy filter downstream mass spectrometer, preferably quadrupole mass spectrometer, to grow without kink.
Im weiteren werden, dem Wortlaut von Anspruch 5 folgend, bevorzugterweise
und bezüglich des ersten erwähnten Raumbereiches
zwei zweite Raumbereiche vorgesehen, einer eintrittsseitig gelegen,
einer austrittsseitig, wobei der Strahl je in einen der
zweiten Raumbereiche eintritt und aus dem anderen austritt.
Weiter werden die Umlenkungen durch die nun drei elektrostatischen
Felder so vorgenommen, dass Ein- und Austrittsachse des
Strahls fluchten. Damit wird es möglich, die oben erwähnte
Struktur aus Energiefilter, eventuell Ionisierungsquelle, Massenspektrometer,
entlang einer gemeinsamen Achse aufzubauen.Furthermore, following the wording of
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Energiefilters
sind in den Ansprüchen 7 bis 23 spezifiziert, ein Analysator
mit einem solchen Filter in den Ansprüchen 24 bis 27.Preferred embodiments of the energy filter according to the invention
are specified in
Während bis anhin auf die erfindungsgemässe Ausbildung eines Energiefilters mit zwei elektrostatischen Umlenkstufen eingegangen wurde, werden bevorzugt gemäss Anspruch 12 zwei derartige, zweistufige Anordnungen zusammengefügt, womit sich eine erste eintrittsseitige Strahlumlenkung, dann eine Rücklenkung und wiederum eine Umlenkung ergibt, derart, dass der Strahl nicht wie bei der bis anhin beschriebenen Vorrichtung im wesentlichen eine S-Bahn durchläuft, sondern im wesentlichen eine Doppel-S-Bahn.While up to now on the inventive design of a Energy filter with two electrostatic deflection levels , two such are preferred, two-stage arrangements put together, with which a first beam deflection on the entry side, then a deflection and again results in a deflection such that the beam does not as in the device described so far essentially runs through an S-Bahn, but essentially a double S-Bahn.
Ein Vorteil der oben als bekannt erwähnten Filteranordnung gemäss der EP-A-0 223 520 ist ihr koaxialer Aufbau. Koaxial zur Achse der Zylinderspiegelanordnung mit dem Zylinderkondensator sind auch Ein- und Austrittsumlenkelektroden. Der zugeführte Strahl wird an einer scharfen, eine Art Singularität bildenden Spitze des eine Elektrodenfläche bildenden Zylinderkernes geteilt und läuft spiegelsymmetrisch zur Achse durch die Anordnung. An einer solchen Spitze bilden sich bekanntlich hohe Feldstärken.An advantage of the filter arrangement mentioned above as known according to EP-A-0 223 520 is its coaxial structure. Coaxial to Axis of the cylinder mirror arrangement with the cylinder capacitor are also inlet and outlet deflection electrodes. The fed Ray is at a sharp, kind of singularity Tip of the cylindrical core forming an electrode surface divided and runs mirror-symmetrically to the axis through the arrangement. As is well known, such tips form high ones Field strengths.
Teilchen, die genau auf der Achse der Anordnung eintreten, können letztere gar nicht passieren. Dies gilt auch für Teilchen, die unmittelbar neben der Achse eintreten. Teilchen, die die Spitze gerade noch passieren können, haben, bezüglich des Zylinderspiegels, ungünstige Eintrittsparameter.Particles that can enter exactly on the axis of the arrangement the latter never happen. This also applies to particles, which occur immediately next to the axis. Particles the Tip just barely have, with respect to the cylinder mirror, unfavorable entry parameters.
Es wurde nun erkannt, dass eine derartige Strahlteilerspitze, auch wegen der sich dort ausbildenden hohen Feldstärken, sich auf die möglichst stetig und beherrscht zu realisierende Strahlführung, wie erwähnt wurde, nachteilig auswirkt.It has now been recognized that such a beam splitter tip, also because of the high field strengths that develop there to be realized as steadily and mastered as possible Beam guidance, as mentioned, has an adverse effect.
Dieser Nachteil wird am Energiefilter dadurch behoben, dass, nach dem Wortlaut von Anspruch 19, der Strahlengang bezüglich der Zylinderachse des Zylinderkondensators asymmetrisch geführt ist.This disadvantage is eliminated on the energy filter by the fact that according to the wording of claim 19, the beam path with respect the cylinder axis of the cylinder capacitor guided asymmetrically is.
Es wurde erkannt, dass erstaunlicherweise durch asymmetrische Strahlführung durch den Energiefilter, womit eine Strahlaufteilung in symmetrische Strahlengänge entfällt, die Energiefiltertransmission nicht verringert wird und zudem die problematische Eintrittsspitze entfällt. Teilchen, die im Strahlzentrum liegen, werden mit besonders hoher Transmissionsrate durchgelassen. Weiter kann eine bevorzugt beizubehaltende Fluchtung von Ein- und Austrittsachse des Strahls auch bei asymmetrischer Strahlführung beibehalten werden.It has been recognized that, surprisingly, by asymmetric Beam guidance through the energy filter, with which a beam splitting the energy filter transmission is omitted in symmetrical beam paths is not reduced and also the problematic No entry peak. Particles in the center of the beam are let through with a particularly high transmission rate. Furthermore, an alignment of Entry and exit axis of the beam even with asymmetrical Beam guidance can be maintained.
Da für die konstruktive Zusammenstellung eines Analysators mit
gegebenenfalls vorgeschalteter Ionenquelle und/oder nachgeschaltetem
Quadrupolmassenspektrometer vornehmlich von Bedeutung
ist, dass Eintritts- und Austrittsachse des Strahls am
Energiefilter fluchten und weit weniger, dass diese Achsen auch
in die Achse des Zylinderkondensators gelegt sind, wird, dem
Wortlaut von Anspruch 20 folgend, vorgeschlagen, Ein- und Austrittsachse
des Strahls zur Achse des Zylinderkondensators zu
versetzen.As for the constructive compilation of an analyzer with
optionally upstream ion source and / or downstream
Quadrupole mass spectrometer of primary importance
is that the entry and exit axes of the beam are at the
Energy filters are aligned and far less so that these axes too
are placed in the axis of the cylindrical capacitor, the
Following wording of
Dadurch wird weiter ermöglicht, trotz asymmetrischer Strahlführung bezüglich der Zylinderkondensatorachse, die Querschnittsfläche der Zylinderanordnung für die Strahlführung besser zu nutzen.This enables further, despite asymmetrical beam guidance with respect to the cylinder capacitor axis, the cross-sectional area the cylinder arrangement for the beam guidance better use.
Es wird weiter, gemäss Wortlaut von Anspruch 21, der Zylinderkondensator durch die beiden zentralen Elektrodenpaare gebildet, die Ein- und Austrittsanordnungen durch die äusseren Elektrodenpaare.It becomes further, according to the wording of claim 21, the cylindrical capacitor formed by the two central pairs of electrodes, the entry and exit arrangements through the outer electrode pairs.
Bevorzugterweise wird, dem Wortlaut von Anspruch 22 folgend,
ein Querschnittsquadrant des Zylinderkondensators als Spiegelkondensator
eingesetzt, und es sind Ein- und Austrittsanordnungen
in dem axial symmetrisch gegenüberliegenden Querschnittsquadranten
vorgesehen. Der asymmetrische Aufbau ermöglicht
auch, keinerlei radiale Halterungen im Spiegelraum vorzusehen.Preferably, following the wording of
Durch Vorsehen des erfindungsgemässen Energiefilters am erfindungsgemässen Analysator wird eine selektive Einstellbarkeit des dem Massenfilter zuzuführenden Energiespektrums optimal ermöglicht, wobei bei den bevorzugten Ausführungsvarianten des Energiefilters mit fluchtenden Strahlein- und -austrittsachsen der gesamte Analysatoraufbau kompakt wird.By providing the inventive energy filter on the inventive one Analyzer becomes a selective adjustability optimally enables the energy spectrum to be supplied to the mass filter, where in the preferred variants of the Energy filter with aligned beam entry and exit axes the entire analyzer structure becomes compact.
Daran wird vorzugsweise eine Elektronenstoss-Ionisierungsquelle
nach dem Wortlaut von Anspruch 25 vorgesehen. Es ergibt sich
dank des axial ausgedehnten Beschleunigungsgitterrohrs, wodurch
die Neutralteilchen homogen, mit dem Beschleunigungsgitter
steuerbar, durch Elektronenbeschuss ionisiert werden, eine hohe
Ionisierungsausbeute. Insbesondere bei deren Ausbildung nach
Anspruch 26 bzw. 27 ergibt sich eine äusserst homogene Ionisierungsverteilung.An electron impact ionization source is preferably attached to it
provided according to the wording of claim 25. It follows
thanks to the axially extended accelerator tube, which means
the neutral particles homogeneous, with the accelerating grid
controllable, ionized by electron bombardment, a high
Ionization yield. Especially in their training after
Für die Potentialeinstellung an den vorgesehenen Elektrodenpaaren am erfindungsgemässen Energiefilter gelten die dem Fachmann hinlänglichst bekannten Betrachtungen, und insbesondere kann der erwähnte Energiefilter dank der entkoppelten Einstellbarkeit seiner "Filterstufen" als äusserst schmalbandiger Energiefilter eingesetzt werden. Dies, weil die Abstimmung der erwähnten "Filterstufen" aufgrund ihrer Feldentkopplung durch die vorgesehene Abschirmung optimal erfolgen kann. Anderseits ermöglicht der Energiefilter eine störungsfreie Beherrschung der Strahlausbreitung durch das Filter, ohne dabei zu einer Versetzung von Ein- und Austrittsachse des Strahls zu führen.For the potential setting on the provided electrode pairs those skilled in the art apply to the energy filter according to the invention well-known considerations, and in particular can the mentioned energy filter thanks to the decoupled adjustability its "filter stages" as an extremely narrow-band energy filter be used. This is because the vote of the mentioned "Filter stages" due to their field decoupling by the provided shielding can be done optimally. On the other hand allows the energy filter ensures that the Beam propagation through the filter without becoming one Displacement of the entry and exit axis of the Lead beam.
Die Erfindung wird anschliessend unter ihren verschiedenen Aspekten beispielsweise anhand von Figuren erläutert.The invention will subsequently be presented under its various Aspects, for example, based on figures explained.
Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine bekannte Strahlumlenkanordnung im Längsschnitt,
- Fig. 2
- in Darstellung analog zu Fig. 1 das Vorgehen zur Strahlumlenkung gemäss vorliegender Erfindung,
- Fig. 3
- in Darstellung analog zu den Fig. 1 und 2 eine Weiterausbildung des erfindungsgemässen Vorgehens nach Fig. 2,
- Fig. 4
- eine weitere bevorzugte Ausbildungsvariante des erfindungsgemässen Vorgehens,
- Fig. 5
- schematisch im Längsschnitt die bekannte Strahlumlenkanordnung, betrachtet unter einem weiteren Aspekt,
- Fig. 6
- in Darstellung analog zu Fig. 5 unter einem weiteren Aspekt das erfindungsgemässe Vorgehen beim Strahlumlenken,
- Fig. 7
- in Darstellung analog zu den Fig. 5 und 6 eine weitere bevorzugte Ausbildungsvariante des erfindungsgemässen Vorgehens,
- Fig. 8
- schematisch eine Querschnittsdarstellung gemäss Linie IIX-IIX von Fig. 7,
- Fig. 9
- schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Energiefilters im Längsschnitt mit Kombination der erfindungsgemässen Massnahmen sowie, schematisch, dem Filter vorgeschaltet, eine Crossbeam-Ionisierungsquelle,
- Fig. 10
- schematisch im Längsschnitt eine Ionisierungsquelle, vorzugsweise mit dem erfindungsgemässen Filter kombiniert.
- Fig. 1
- schematically a known beam deflection arrangement in longitudinal section,
- Fig. 2
- in illustration analogous to FIG. 1, the procedure for beam deflection according to the present invention,
- Fig. 3
- in representation analogous to FIGS. 1 and 2, a further development of the procedure according to the invention according to FIG. 2,
- Fig. 4
- another preferred embodiment of the procedure according to the invention,
- Fig. 5
- schematically in longitudinal section the known beam deflection arrangement, viewed from a further aspect,
- Fig. 6
- in a representation analogous to FIG. 5 with a further aspect the procedure according to the invention for beam deflection,
- Fig. 7
- in the representation analogous to FIGS. 5 and 6, a further preferred embodiment of the procedure according to the invention,
- Fig. 8
- schematically a cross-sectional view according to line IIX-IIX of FIG. 7,
- Fig. 9
- schematically shows a preferred embodiment of an energy filter according to the invention in longitudinal section with a combination of the measures according to the invention and, schematically, upstream of the filter, a crossbeam ionization source,
- Fig. 10
- schematically in longitudinal section an ionization source, preferably combined with the filter according to the invention.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitteil durch
eine bekannte Umlenkanordnung für einen Strahl geladener
Teilchen, beispielsweise bekannt aus der EP-A-0
223 520. Der Strahl beispielsweise positiv geladener
Ionen 1 tritt in einen gekrümmten Feldraum 3 ein, gebildet
zwischen im wesentlichen gleich gekrümmten
Elektrodenflächen 3a und 3b an Elektrodenkörpern 3a',
3b'. Durch die wie mit + und - schematisch dargestellte
Potentiallegung der beiden Elektrodenflächen
3a und 3b wird im Feldraum 3 ein elektrostatisches
Feld E3 erzeugt, im wesentlichen senkrecht zu der gestrichelt
qualitativ eingetragenen Bahn des Strahls S
geladener Ionen 1. Durch das Feld E3 werden die Ionen
durch den gekrümmten Feldraum 3 hindurch von ihrer
ursprünglichen Eintrittsrichtung umgelenkt.1 schematically shows a longitudinal section through a known deflection arrangement for a beam of charged particles, for example known from EP-A-0 223 520. The beam of positively charged
Ionen grösserer kinetischer Energie erfahren im Feld
E3 eine geringere Ablenkung als Ionen mit geringerer
kinetischer Energie. Damit durchlaufen im wesentlichen
Ionen eines definierten Energiebandes den gekrümmten
Feldraum 3, während höher energetische und
tiefer energetische Ionen an einer der beiden Elektrodenflächen
aufprallen und neutralisiert werden.Ions with greater kinetic energy experience less deflection in field E 3 than ions with lower kinetic energy. In this way, essentially ions of a defined energy band pass through the
Die krümmungsaussenseitige Elektrodenfläche 3b ist
nach dem Austrittsbereich 5 aus dem Feldraum 3 zur
Austrittsrichtung des Teilchenstrahls spitzwinklig
fortgesetzt und bildet mit dieser Fortsetzung Elektrodenfläche
7b eines weiteren Elektrodenflächenpaares
mit 7a. Zwischen dem Elektrodenflächenpaar 7a und
7b ist ein weiteres elektrostatisches Feld E7 erstellt,
im wesentlichen bezüglich des Feldes E3 invers
polarisiert, womit die Ionen in der schematisch
gestrichelt eingetragenen Bahn wieder rückgelenkt
werden, gegebenenfalls bereits zu einer gestrichelt
dargestellten Austrittsanordnung 4. Auch im Raum 7
gilt, dass die Ionen, entsprechend ihrer kinetischen
Energie, mehr oder weniger umgelenkt werden, so dass
nur Ionen eines bestimmten Energiebandes die Oeffnung
an der Austrittsanordnung 4 treffen und das Energiefilter
verlassen.The
Wie gestrichelt bei E37 dargestellt, entsteht am Austrittsbereich
5 des Feldraumes 3 ein namhaftes Streufeld
in den Feldraum 7, wodurch in diesem Bereich eine
Ueberlagerung dieses Streufeldes E37 und des dort
vorherrschenden Primärfeldes E7 entsteht mit einem
resultierenden Feld, das sowohl von E7 wie auch von
E3 abhängt. Wird, wie bei der bekannten Anordnung
vorgeschlagen, ein Schirmring 9 vorgesehen, und, wie
gleichzeitig vorgeschlagen, auf gleiches Potential
gelegt wie die Elektrodenflächen 3b bzw. 7b, so resultiert
das in Fig. 1 eingezeichnete Zusatzfeld E79,
welches vom Feld E7 abhängt und je nach Ionenpolarität
eine beschleunigende bzw. abbremsende Wirkung auf
die in den Feldraum 7 eintreffenden Ionen ausübt und
mithin deren Bahnen im Sinne einer schlechteren Energieauflösung
bzw. Transmission verfälscht.As shown in dashed lines at E 37 , a well-known stray field is created in the
Bei der anschliessend beschriebenen, erfindungsgemässen Anordnung gemäss erfindungsgemässen Verfahren werden die Feldräume entsprechend 3 und 7 von Fig. 1 bezüglich der dort vorherrschenden elektrostatischen Felder entkoppelt, womit die obgenannten Störeffekte auf den Strahl vermieden werden und aufgrund der gegenseitigen Feldisolation die elektrostatischen Verhältnisse in beiden Feldräumen unabhängig voneinander optimal eingestellt werden können.With the subsequently described, according to the invention Arrangement according to the inventive method the field spaces correspond to 3 and 7 of FIG. 1 regarding the prevailing electrostatic Fields decoupled, with the above-mentioned interference effects to be avoided on the beam and due to the mutual Field isolation the electrostatic conditions in both field rooms independently of each other can be optimally adjusted.
Anstelle dass nun der Teilchenstrahl beim Verlassen
des gekrümmten Feldraumes 3, im Austrittsbereich 5,
direkt in das weitere, zwischen dem weiteren Elektrodenpaar
angelegte elektrische Feld E7 eintritt, ist
erfindungsgemäss eine Abschirmung 11 vorgesehen, welche
der Strahl S, wie gestrichelt dargestellt, an einem
Durchtrittsschlitz 13 durchstösst. Das Potential
des Schirmes 11 kann vorerst (gestrichelt bei 6) beliebig
gelegt werden, wenn durch geeignete Wahl der
geometrischen Anordnung von Schirm 11, Elektroden 3a
und 3b der Einfluss des Feldes zwischen diesen drei
Elektroden auf die kinetische Energie und Umlenkung
der Teilchen 1 zwischen Austrittszone 5 und Durchtrittsschlitz
13 minimalisiert wird. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, dass das Potential des
Schirmes 11 auf Zwischenpotential zwischen dem Potential
der Elektrode 3a' und demjenigen der Elektrode
3b' gelegt wird, womit sich im Strahlbahnbereich die
resultierenden Felder zwischen Elektrode 11 und 3a
bzw. 11 und 3b im wesentlichen kompensieren, wie bei
E11a, E11b dargestellt.Instead of the particle beam now leaving the
Bevorzugterweise, und wie in Fig. 2 bei 6a eingetragen,
wird wird der Schirm 11 auf das Potential der krümmungsäusseren
Elektrode 3b' gelegt. Durch Wahl des
bevorzugten Einschusswinkels α≈45° wird, wegen des
schiefwinkligen Durchlaufens des Zwischenraumes D
durch den Strahl, der Einfluss des elektrostatischen
Feldes E11a zwischen Schirm 11 und die Elektrodenkörper
3a' vernachlässigbar.Preferably, and as shown in Fig. 2 at 6a, the
Bevorzugterweise wird der Schirm 11, wie weiter in
Fig. 2 dargestellt, als eine Elektrode des Paares 7a,
7b gemäss Fig. 1 eingesetzt. Wie ersichtlich, ergibt
sich aufgrund des Vorsehens eines vom Strahl durchdrungenen
Schirmes 11, auch wenn zur wesentlichen
konstruktiven Vereinfachung mit Elektrode 7b vereint,
keine Feldbeeinflussung zwischen den Feldern E7 und
E3. The
In Fig. 3 ist schematisch eine erste bevorzugte Ausbildung
der anhand von Fig. 2 grundsätzlich dargestellten
erfinderischen Anordnung dargestellt. Wiederum
sind für gleiche Strukturteile die gleichen Positionsziffern
verwendet. Wie daraus ersichtlich,
wird in dieser bevorzugten Ausbildungsform die krümmungsäussere
Elektrodenfläche 3b bzw. der sie definierende
Körper 3b' weg von der Elektrodenfläche 3a
fortgesetzt, und es umrandet - ein- oder mehrteilig -
diese Fortsetzung 3d, im Sinne mit 3b' potential
gleicher Teile, einen Hohlraum 15, welcher vom Strahl
zwischen Austrittsbereich 5 und Durchtrittsschlitz 13
schiefwinklig durchlaufen wird. Das Störfeld E3a entsteht
entsprechend der Dimensionierung der Kammer 15
und der Potentialdifferenz zwischen den Elektrodenflächen
3b und 3a praktisch nur in Zonen des Raumes
15, welche vom Strahl S nicht durchlaufen werden, womit
dieses Störfeld auf die Strahlumlenkung bzw. die
Energie seiner Teilchen kaum Einfluss nimmt.FIG. 3 schematically shows a first preferred embodiment of the arrangement shown in principle with reference to FIG. 2. Again, the same item numbers are used for the same structural parts. As can be seen from this, in this preferred embodiment the curvature
Der Hohlraum 15 ist, insbesondere in seinem vom
Strahl S durchlaufenen Bereich, im wesentlichen feldfrei,
da von auf gleichem Potential liegenden Wandungen
umrandet. Der dem Austrittsbereich 5 gegenüberliegende
Wandungsabschnitt, welcher den Raum 15 berandet,
bildet wiederum die Elektrodenfläche 7b des
weiteren Elektrodenflächenpaares 7a, 7b, wozwischen
der Strahl, dem Prinzip der Spiegelung folgend, rückgelenkt
wird. Aufgrund des feldfreien Raumes, welcher
der Strahl nach Verlassen des gekrümmten Feldraumes 3
durchläuft, wird einerseits der Einfluss von zwischen
Schirm 11 und dem die Elektrodenfläche 3a bildenden
Körper 3a' aufgebauten Störfeld minimalisiert, und
insbesondere kann, durch entsprechende Ausbildung des
Elektrodenpaares 3a', 3b' und dessen Feldbeaufschlagung
sowie gegebenenfalls durch Vorsehen ionenoptischer
Mittel, oder vorzugsweise einer Blende 15a, der
Strahlengang im feldfreien Raum 15 vor dem Eintritt
in den Feldraum 7 optimiert, beispielsweise fokussiert,
werden. Durch die Blende 15a werden äussere
Partien des Strahls ausgeblendet. Dies alles, ohne
dass dabei weitere Felder zu berücksichtigen wären.
Im weiteren wird, aus ionenoptischen Gründen, die
kleinste Durchmesserdimension des Schlitzes 13 höchstens
gleich der Wandungsstärke d des Schirmes 11 gewählt.The
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Energiefilters dargestellt, der im wesentlichen zu einer Ebene E symmetrisch aufgebaut ist und dazu spiegelbildlich zwei der anhand der Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Anordnungen aufweist. Es sind wiederum für gleiche Bauteile bzw. Grössen dieselben Positionszeichen verwendet.4 is a preferred embodiment of the inventive Energy filter shown in the constructed essentially symmetrically to a plane E. is and in mirror image two of the with reference to FIG. 2 or 3 arrangements shown. There are again the same for the same components or sizes Position symbol used.
Aufgrund der Erläuterungen, insbesondere zu Fig. 3,
ergeben sich Aufbau und Funktionsweise der bevorzugten
Anordnung nach Fig. 4 ohne weiteres. Wiederum
sind Umlenkfelder E3 und das Feld E7 zur Umlenkung
positiver Ionen eingetragen. Wie ersichtlich, erlaubt
diese Anordnung, Eintrittsachse AE und Austrittsachse
AA fluchtend am erfindungsgemässen Filter durch entsprechende
Anordnung der beiden gekrümmten Feldräume
3 eingangs- und ausgangsseitig auszubilden, womit,
vorerst auch ohne rotationssymmetrische Ausbildung,
die Möglichkeit geschaffen ist, einen Analysator mit
nachgeschaltetem Massenspektrometer, insbesondere einem
Quadrupolmassenspektrometer und gegebenenfalls
vorgeschalteter Ionisierungsquelle, in der gemeinsamen
Eintritts-/Austrittsachse AEA aufzubauen. Wie gestrichelt
bei 8 in Fig. 4 dargestellt, können gegebenenfalls
die Schirmpartien 11 gemeinsam oder getrennt
je auf bezüglich Teil 3b' unterschiedliche Potentiale
gelegt werden. Dies erfordert selbstverständlich
elektrische Isolation der erwähnten Teile.Based on the explanations, in particular with respect to FIG. 3, the structure and mode of operation of the preferred arrangement according to FIG. 4 are readily apparent. In turn, deflection fields E 3 and field E 7 for deflecting positive ions are entered. As can be seen, this arrangement allows the entry axis A E and the exit axis A A to be aligned on the filter according to the invention by corresponding arrangement of the two
In Fig. 5 ist, wieder schematisch, eine bekannte
Strahlumlenkanordnung entsprechend der EP-A-0 223 520
dargestellt unter dem Aspekt der
weiteren zu lösenden Aufgabe. Wiederum sind für die
gleichen Grössen bzw. Bauelemente die gleichen Bezugszeichen
eingesetzt. Wie ersichtlich, ist die Einlassanordnung
mit gekrümmten Feldräumen 3, krümmungsinnenliegenden
Elektrodenflächen 3a und krümmungsäusseren
Elektrodenflächen 3b sowie die Elektrodenpaare
7a und 7b zylindrisch mit einer Zylinderachse AZ aufgebaut.
Der eintreffende Strahl S wird an einer
scharfen Spitze P eines Zylinderinnenkörpers 3b' geteilt,
welcher die Elektrodenflächen 3b und 7b bildet
und an einem Haltesteg 17 im Feldraum 7 montiert ist.
Der Strahlengang S ist zur Zylinderachse AZ spiegelsymmetrisch,
indem der eintreffende Strahl S, wie erwähnt,
an der Spitze P - eine Art Singularität - geteilt
wird und bezüglich der Achse AZ spiegelbildlich
ausgebildete Elektrodenpaare bzw. dazwischenliegende
Feldräume durchläuft. Aufgrund der Spitze P können
Ionen, die auf der Achse AZ eintreten, die Anordnung
nicht passieren. Dies gilt auch für Ionen, die nahe
an der Achse AZ eintreten. Ionen, die eben noch die
Spitze P passieren können, haben, bezüglich des Zylinderspiegels
im Raum 7, ungünstige Eintrittsparameter.5, again schematically, shows a known beam deflection arrangement in accordance with EP-A-0 223 520 with the aspect of the further object to be achieved. Again, the same reference numerals are used for the same sizes or components. As can be seen, the inlet arrangement with
Es wurde nun weiter erkannt, dass die eingangsseitige Singularität bzw. Spitze bei P, d.h. jegliche Strahlaufteilung, sich äusserst nachteilig auf die Strahldivergenz und -beherrschbarkeit auswirkt. Vorteilhaft an dieser bekannten Anordnung ist aber, dass sich im wesentlichen fluchtende Eintritts- und Austrittsachsen ergeben, wobei, wegen der symmetrischen Strahlführung, Eintritts- und Austrittsachsen im wesentlichen auch in der Zylinderachse AZ liegen.It has now been further recognized that the singularity or peak at P on the input side, ie any beam splitting, has an extremely disadvantageous effect on the beam divergence and controllability. An advantage of this known arrangement, however, is that there are essentially aligned entry and exit axes, the entry and exit axes lying essentially also in the cylinder axis A Z because of the symmetrical beam guidance.
In Fig. 6 ist nun eine erfindungsgemässe Energiefilteranordnung
wiederum schematisch dargestellt, bei
der einerseits bei eingangs- und ausgangsseitig spiegelbildlicher
Ausbildung, z.B. zur Ebene E, Eintrittsachse
AE und Austrittsachse AA, wie dargestellt,
durchaus in der Zylinderachse AZ des zylindrisch
aufgebauten Filters liegen können, aber eine
Strahlaufteilung vermieden wird. Es sind wiederum
dieselben Bezugszeichen verwendet. Nach den bisherigen
Erläuterungen ergibt sich aus Fig. 6 ohne weiteres
die Anordnung, bei der wohl die
äussere Berandung des Filters, im wesentlichen durch
die äusseren Elektrodenflächen 7a gegeben, zylindrisch
zur Achse AZ ist, nicht jedoch innerhalb des
Zylinders der Strahlengang des Strahls S. Dieser kann
nun axial eingeführt und entsprechend bei symmetrischer
Ausbildung wieder axial ausgelassen werden,
aber es wird nur ein Strahlengang vorgesehen, der
Strahl wird nicht geteilt. Dabei hat sich gezeigt,
dass das Verhalten des Filters mit nur einem asymmetrisch
zur Zylinderachse AZ vorgesehenen Strahlengang
gegenüber einem symmetrischen Strahlengang keine
Nachteile aufweist, aber den Vorteil keiner die
Strahlteilung vornehmender Singularität. Anstatt, wie
in Fig. 5 bei 17 dargestellt, Teile des Einlasses
bzw. Auslasses mittels die Strahltransmission störender
Stege 17 abzustützen, kann nun, gemäss Fig. 6,
die Abstützung zylinderzentraler Teile in einem nicht
für den Strahlengang verwendeten Zylinderteil, wie
bei 17a dargestellt, realisiert werden.In Fig. 6, an energy filter arrangement according to the invention is again shown schematically, in which on the one hand with mirror-image formation on the input and output sides, for example to plane E, input axis A E and exit axis A A , as shown, in the cylinder axis A Z of the cylindrical filter may lie, but a beam splitting is avoided. Again, the same reference numbers are used. According to the previous explanations, FIG. 6 readily shows the arrangement in which the outer edge of the filter, essentially given by the
Wie sich nun aber aus Fig. 6 ergibt, ist bei dieser
Ausbildung, bei welcher die Koaxialität
von Filteraufbau, Strahlzu- und -wegführung
realisiert werden kann, die Querschnittsdimension des
Filters, gegeben durch den Aussenzylinder 7a',
schlecht ausgenützt. Dies ist bei der bevorzugten
Ausbildung, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, verbessert.
Zudem ist die Ausbildung nach Fig. 7 fertigungstechnisch
wesentlich einfacher. Dabei wurde davon
ausgegangen, dass das Festhalten an einer zur Zylinderachse
AZ fluchtenden Zu- und Wegführung des
Strahls für die Zusammenstellung eines Analysatorsystems
nur geringfügige Vorteile mit sich bringt und
diese Vorteile praktisch beibehalten werden, wenn
Eintrittsachse AE und Austrittsachse AA wohl fluchten,
die Querschnittsausdehnung besser ausgenützt
wird und fertigungstechnisch wesentliche Vorteile erhalten
werden.However, as can now be seen from FIG. 6, the cross-sectional dimension of the filter, given by the
Wie nun aus Fig. 7 ersichtlich, in welcher wiederum
gleiche Teile und Grössen gleich bezeichnet sind und
welche eine zur Ebene E symmetrische Aufbauvariante
in bevorzugter Art und Weise zeigt, sind Strahleinlass
und Strahlauslass axial fluchtend, aber bezüglich
der Zylinderachse A'Z derart versetzt angeordnet,
dass, wenn Einlass und Auslass im einen Querschnittsquadranten
Q1 vorgesehen sind, der Feldraum
7, worin der Strahl spiegelnd rückgelenkt wird, in
dem zur Achse A'Z spiegelbildlich gegenüberliegenden
Quadranten Q2 angeordnet ist. Die Achse A'Z ist bezüglich
der Achsen AE und AA, wie in Fig. 6 bei A'Z
dargestellt, verschoben.As can now be seen from FIG. 7, in which the same parts and sizes are identified in the same way and which shows a construction variant symmetrical to the plane E in a preferred manner, the jet inlet and jet outlet are axially aligned, but offset in such a way with respect to the cylinder axis A ' Z that if the inlet and outlet are provided in a cross-sectional quadrant Q 1 , the
In Fig. 8 ist schematisch eine Querschnittsdarstellung
gemäss Linie IIX-IIX von Fig. 7 wiedergegeben,
wobei die beiden die Elektrodenflächen 3a bzw. 3b
festlegenden Körper wieder mit 3a' bzw. 3b' bezeichnet
sind und, strichpunktiert, die Quadranten Q1, Q2
eingetragen sind. Hier ist die Isolation 9 zwischen
den Teilen 3a', 3b' sichtbar, wie sie selbstverständlich
in irgendeiner Art in allen Ausführungsvarianten
gemäss den Fig. 2 bis 4, 6 bis 7 vorgesehen ist. Wie
aus Fig. 7 und 8 ersichtlich, wird die Querschnittsdimension
des Filters besser ausgenützt.FIG. 8 schematically shows a cross-sectional illustration along line IIX-IIX of FIG. 7, the two bodies defining the electrode surfaces 3a and 3b again being designated 3a ′ and 3b ′ and, in dash-dot lines, the quadrants Q 1 , Q 2 are entered. Here, the
In Fig. 9 sind die wesentlichen Elemente eines bevorzugten Energiefilters gemäss vorliegender Erfindung im Längsschnitt dargestellt, einem erfindungsgemässen Filter, bei welchem Vorsehen eines Schirmes zwischen sich folgenden Feldräumen und Ausnützung der Zylinderspiegelung ohne Strahlaufteilung, dabei mit Ausnützung der Querschnittsausdehnung des Spiegelzylinders, realisiert sind, nach einer Kombination der Anordnungen gemäss Fig. 4 und Fig. 7. Es sind, um die Quervergleiche zu erleichtern, wiederum dieselben Bezugszeichen gewählt.In Fig. 9 the essential elements are preferred Energy filter according to the present invention shown in longitudinal section, an inventive Filter, which one Providing one Between the following field spaces and Utilization of the cylinder mirroring without beam splitting, taking advantage of the cross-sectional extent of the mirror cylinder, are realized according to a Combination of the arrangements according to FIGS. 4 and 7. Again, to facilitate cross-comparisons chosen the same reference numerals.
Entlang einer Eintrittsachse AE tritt der Strahl S in
den gekrümmten Feldraum 3 ein, gebildet zwischen einer
Elektrodenfläche 3a und einer Elektrodenfläche
3b, erstere an einem zu einer Zylinderachse AZ rotationssymmetrischen
Endabschlussteil 3a', letztere an
einem zur Achse AZ rotationssymmetrischen Hohlzylinderteil
3b'. Der vorerwähnte Fertigungsvorteil gegenüber
der Ausbildung nach Fig. 6 ist ersichtlich: Die
Elektrodenkörper 3a', 3b' sind Rotationskörper. Die
beiden den Feldraum 3 definierenden Teile 3a' und 3b'
sind, wie bei 20 dargestellt, elektrisch isoliert,
entsprechend 9 von Fig. 8. Die Austrittsrichtung für
den Strahl S aus dem gekrümmten Feldraum 3 im Austrittsbereich
5 beträgt bezüglich der Achsrichtung AE
bzw. AZ ca. 45°. Der Hohlzylinder 3b' bildet die im
wesentlichen feldfreien Räume 15 und weist die Durchtrittsschlitze
13 für den umgelenkten Strahl S auf.
Bezüglich des Hohlzylinders 3b', wie bei 22 dargestellt,
elektrisch isoliert, ist der Spiegelungszylinder
7a' vorgesehen, welcher die Elektrodenfläche
7a bildet als Zylinderkondensatorfläche bezüglich der
Elektrodenfläche 7b am Hohlzylinder 3b'.Along an entrance axis A e of beam S in the
Der Strahlauslass, wiederum mit gekrümmtem Feldraum
3, ist bezüglich des Strahleinlasses symmetrisch aufgebaut,
die Strahlaustrittsachse AA fluchtet mit der
Strahleintrittsachse AE, und beide Achsen sind bezüglich
der Rotationsachse AZ der zylindrischen Anordnung
versetzt. Für die Umlenkung und mithin Energiefilterung
positiver Ionen sind, wie schematisch bei
U 1 und U2 mit einstellbaren Spannungsquellen dargestellt,
die angelegten Potentialdifferenzen beispielsweise
eingetragen. Dabei sind beispielsweise
beide Teile 3a' auf gleiches Potential gelegt, was
nicht zwingend ist. Diesbezüglich auf positivem Potential
ist der Hohlzylinder 3b' gelegt, welcher erfindungsgemäss
Abschirmung 11, feldfreier Raum 15 und
Elektrode des Feldraumes 7 bildet. Die Aussenelektrode
7a, entsprechend der Hohlzylinder 7a', ist bezüglich
des Hohlzylinders 3b' auf positives Potential
gelegt. Bevorzugterweise wird zur Bildung eines erfindungsgemässen
Analysators dem Energiefilter, wie
dargestellt, ein Massenspektrometer, bevorzugterweise
ein Quadrupolmassenspektrometer 24, nachgeschaltet.
Sollen am Analysator neutrale Teilchen analysiert
werden, so ist dem Energiefilter eine Ionisierungsquelle,
vorzugsweise eine Elektronenstoss-Ionisierungsquelle
26, vorgeschaltet. Im einen feldfreien
Raum 15 ist vorzugsweise eine Strahlblende 15 vorgesehen.
In diesem Raum wird der Strahl bevorzugterweise
auf der Zylinderachse A' Z fokussiert, und die
Blende 15a blendet Randbereiche und Streuionen des
Strahls aus. Am Fokus F ergibt sich ein Cross-over
des Ionenstrahls, d.h. eine Ueberkreuzung der Ionenbahnen.The beam outlet, again with a
Selbstverständlich sind, wie dem Fachmann ohne weiteres
geläufig, die dargestellten Aggregate auf Vakuum
betrieben, und die zu analysierenden Teile werden
beispielsweise einem Plasma entzogen, geladene Teilchen
elektrostatisch, neutrale durch Diffusion in die
Ionisierungsquelle 26, zur Ionisierung. Of course, like the person skilled in the art
familiar, the aggregates shown on vacuum
operated, and the parts to be analyzed
for example withdrawn from a plasma, charged particles
electrostatic, neutral by diffusion in the
In Fig. 10 ist eine Ionisierungsquelle
dargestellt, welche
bevorzugterweise mit dem dargestellten
Energiefilter eingesetzt wird. Durch eine
Blende 30 mit Oeffnung 32 werden dem Plasma, durch
Diffusion, neutrale Teilchen entzogen und gelangen in
ein axial ausgedehntes Zylindergitter 34. Radial bezüglich
des Gitters 34 aussenliegend, ist mindestens
ein Elektronenemitter, bevorzugterweise in Form mindestens
einer Heisskathode 36, vorgesehen, bevorzugterweise
sind mehrere Heisskathoden 36 azimutal um
das Gitter 34 herum angeordnet. Die Elektronenemitterkathoden
36 sind, wie bei U3 dargestellt, bezüglich
Gitter 34 auf negatives Potential gelegt, womit
das Gitter 34 als Beschleunigungsgitter für die emittierten
Elektronen e- wirkt. An Stromquellen I wird
der Heizstrom an den Elektronenemitterkathoden 36
eingestellt. Die innerhalb des Gitters 34 durch Elektronenstoss
entstehenden Ionen treten durch eine weitere
Blende 38 aus mit steuerbarem Potential entsprechend
U4. Das Potential der Blende 38 wird bevorzugterweise
mindestens im wesentlichen gleich dem des
Gitters 34 gewählt. Aufgrund der axial ausgedehnten
Gitteranordnung und der vorgesehenen, vorzugsweise
mehreren und gleich wirkenden Elektronenemitter ausserhalb
des Gitters werden Neutralteilchen innerhalb
des Gitters homogen ionisiert mit einer hohen Ionisierungsrate.
Die Axialausdehnung L des Elektronenstromes
wird vorzugsweise gewählt zu L > = 1,5 Ø, dabei
vorzugsweise L > = 3 Ø, wobei Ø den Gitterdurchmesser
bezeichnet.An ionization source is shown in FIG. 10, which is preferably used with the energy filter shown. Through an
Wie erwähnt wurde, wird die Ionisierungsquelle nach Fig. 10 bevorzugterweise mit dem erfindungsgemässen Energiefilter gemäss vorangehenden Figuren, insbesondere Fig. 9, kombiniert, um mit einem letzterem nachgeschalteten Massenspektrometer, bevorzugterweise Quadrupolmassenspektrometer, einen Analysator für Neutralteilchen zu bilden.As has been mentioned, the ionization source 10 preferably with the inventive energy filter according to the preceding Figures, especially Fig. 9, combined to with a mass spectrometer connected downstream of the latter, preferably quadrupole mass spectrometer, to form a neutral particle analyzer.
Claims (27)
- Process for filtering electrically charged particles of a particle beam according to their kinetic energy in which the beam is deflected by a first electrostatic field (E7) between a pair of first condenser electrode surfaces (7a, 7b) of a first condenser electrode pair in a first chamber area (7) and deflected in opposition in a second chamber area (3), connected before and/or after the first chamber area (7) in the direction of beam propagation, by a second electrical field (E3) between a pair of second condenser electrode surfaces (3a, 3b) of a second condenser electrode pair (3a', 3b'), and the first chamber area (7) is screened from the second (3) against electrical fields (E) by means of screen (11) which is laid to the electrical potential of one of the first condenser electrode surfaces (7b) and which (11) has a first surface facing the first chamber area (7) and a second surface facing the second chamber area (3), characterised in thatthe one of the first condenser electrode surfaces (7b) is formed by the first surface of the screen (11) penetrated by the beam (13);by means of the second surface of the screen (11) and one surface of one of the condenser electrodes (3b') of the second condenser electrode pair (3a', 3b'), a further condenser electrode surface pair is formed with a third chamber area (D) through which passes the beam (S) and which connects the first (7) and the second (3) chamber areas;the screen (11) is laid to a given electrostatic potential (6, 6a).
- Process according to claim 1, characterised in that the screen (11) is laid to the electrical potential of the one (3b') of the second condenser electrode pairs (3a', 3b') and hence the third chamber area (D) formed field-free.
- Process according to any of claims 1 or 2, characterised in that the second chamber area (3) is generated between two essentially equally curved second condenser electrode surfaces (3a, 3b) and the screen (11) is formed by continuing the condenser electrode (3b') forming the outside of the curve of the condenser electrode surfaces (3b).
- Process according to any of claims 1 to 3, characterised in that the beam (S) enters the first or second chamber area (3, 7) and emerges from the second or the first accordingly, where the deflections occur so that the inlet and outlet are essentially parallel to each other.
- Process according to any of claims 1 to 4, characterised in that two second chamber areas (3) are provided each with a second condenser electrode pair which forms the second condenser electrode surfaces, the beam (S) enters and emerges from one of the two second chamber areas (3), where the deflections occur so that the inlet and outlet directions are essentially aligned.
- Energy filter to filter electrically charged particles of a particle beam according to their kinetic energy with a beam inlet and an outlet arrangement and at least two condenser electrode pairs (3a, 3b; 7a, 7b) which are arranged one behind the other, extending essentially in the beam passage direction between inlet and outlet, and which each generate an electrical field (E3, E7) inversely polarised relative to each other and essentially vertical to the beam propagation direction, wherea first (7a, 7b) of the condenser electrode pairs forms a pair of first condenser electrode surfaces between which is defined a first (7) chamber area;a second (3a', 3b') of the condenser electrode pairs forms a pair of second condenser electrode surfaces (3a, 3b) between which is defined a second chamber area (3),the one of the first condenser electrode surfaces (7b) is formed by the first surface of the screen (11) which has a passage opening (13) for the beam (S);the second surface of the screen (11), in the area of the passage opening (13), forms with a surface of one of the second condenser electrodes (3b') a third condenser electrode surface pair and between this a third chamber area (D) which connects the first and second chamber areas;the screen (11) is laid to a given potential (6, 6a).
- Energy filter according to claim 6, characterised in that the screen (11) is laid to the potential of the one (3b') of the second condenser electrodes (3a', 3b').
- Energy filter according to any of claims 6 or 7, characterised in that the second condenser electrode surface pair (3a, 3b) defines between its electrode surfaces a curved second chamber area (3) and the condenser electrode (3b') forming the outside curve surface (3b) with a continuation forms the screen (11).
- Energy filter according to any of claims 6 to 8, characterised in that the third chamber area (D, 15) is essentially field-free with boundary laid to equipotential, where the boundary of the third chamber area (D, 15) is preferably formed by a continuation of the one (3b') of the second condenser electrodes (3a', 3b').
- Energy filter according to claim 9, characterised in that provided in the third chamber area (D, 15) is at least one diaphragm (15a).
- Energy filter according to any of claims 6 to 10, characterised in that the beam inlet and outlet are essentially parallel to each other.
- Energy filter according to any of claims 6 to 11, characterised in that two of the first and two of the second condenser electrode pairs are provided.
- Energy filter according to claim 12, characterised in that the middle two condenser electrode pairs are first condenser electrode pairs and preferably structurally connected (7a, 7b).
- Energy filter according to any of claims 12 or 13, characterised in that the two outer condenser electrode pairs are second condenser electrode pairs (3a', 3b') and each define a curved second chamber area (3) curved in the same direction and each of the two condenser electrodes (3b') of the pair which are laid on the outside of the curve has a continuation forming the screen (11).
- Energy filter according to claim 14, characterised in that the two condenser electrodes (3b') on the outside of the curve are structurally connected.
- Energy filter according to claim 15, characterised in that the two continuations (11) are structurally connected.
- Energy filter according to any of claims 6 to 16, characterised in that the wall thickness (d) of the screen (11) is at least equal to the smallest diameter extension of the passage opening (13).
- Energy filter according to any of claims 14 to 17, characterised in that the two outer condenser electrode pairs (3a, 3b) define essentially parallel inlet tangents or outlet tangents for the beam and preferably these tangents are aligned.
- Energy filter according to any of claims 6 to 18, characterised in that it is constructed on the principle of the cylinder mirror in a cylinder condenser with inlet and outlet devices for the beam to the cylinder condenser, where the inlet and outlet axes (AE, AA) are arranged essentially aligned and the beam inlet (S) is asymmetrical in relation to the cylinder axis (AZ) of the cylinder condenser.
- Energy filter according to claim 19, characterised in that the inlet and outlet axes (AE, AA) are offset parallel to the axis (AZ) of the cylinder condenser.
- Energy filter according to any of claims 19 or 20, characterised in that the cylinder condenser (7a, 7b) is formed by the two central electrode pairs, the inlet and outlet arrangements (3a, 3b) by the outer pairs according to any of claims 11 to 18.
- Energy filter according to any of claims 19 to 21, characterised in that the cylinder condenser (7a, 7b) has an outer cylinder (7a) and acts in a cross-section quadrant as a mirror condenser, and inlet and outlet arrangements (3a, 3b) are provided in the quadrant of the cylinder condenser cross-section area lying axially symmetrically opposite the said quadrant.
- Energy filter according to any of claims 19 to 22, characterised in that the beam is focussed on the axis of the cylinder condenser.
- Analyser, preferably plasma analyser, with an energy filter according to at least one of claims 6 to 23 and a mass filter connected after the energy filter, preferably a quadrupole mass analyser.
- Analyser according to claim 24, characterised in that it has an electron bombardment ionisation source connected before the energy filter with inlet opening arrangement for neutral particles and an outlet arrangement for ions, and that coaxial to the transmission axis defined between the inlet and outlet arrangement is an axially extended acceleration grid tube and radially outside at least one hot cathode.
- Analyser according to claim 25, characterised in that radially outside the axially extended acceleration grid, preferably distributed regularly, are several hot cathodes.
- Analyser according to any of claims 25 or 26, characterised in that the ratio of the length of the electron incident area on the grid tube to its diameter is at least 1.5, preferably 3, preferably greater than 3.
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