FR2564636A1 - Source d'ions operant par ionisation de surface, notamment pour la realisation d'une sonde ionique - Google Patents

Abstract

LA SOURCE D'IONS COMPORTE UNE SOURCE DE PARTICULES NEUTRES, QUI ARRIVE SUR UN SUPPORT D'IONISATION REALISE A L'INTERIEUR D'UNE ENCEINTE FERMEE PAR UN CAPUCHON51, ET LES PAROIS LATERALES21 A 24. LE CAPUCHON51 COMPORTE UN ORIFICE50, EN REGARD DUQUEL UNE PLAQUE62 DEFINIT UNE SURFACE ACTIVE PRINCIPALE D'IONISATION20. UN CHAMP ELECTRIQUE EST APPLIQUE ENTRE L'ENSEMBLE DE CE DISPOSITIF ET UNE ELECTRODE PLACEE EN AVAL DE L'ORIFICE50 DANS LA DIRECTIOND, MUNIE D'UN ORIFICE HOMOLOGUE. DANS SON ENSEMBLE, LE SUPPORT D'IONISATION DEFINIT, PAR LA SURFACE ACTIVE20, ET PAR DES TROUS TELS QUE66 ET 68, PERCES DE MANIERE DECALEE DANS LA PLAQUE62, UNE CHICANE EMPECHANT LE PASSAGE DIRECT DES ATOMES NEUTRES VERS L'ORIFICE DE SORTIE50, ET CONTRIBUANT A UNE EXCELLENTE IONISATION.

Description

ONERA 227

Source d'ions opérant par ionisation de surface, notamment

pour la réalisation d'une sonde ionique.

L'invention concerne les sources d'ions opérant par ionisa-

tion 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 parti-

cules neutres, suivie de leur désorption sous forme d'ions, desmoyens 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 direc-

tion 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'ioni-

sation 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 poten-

tiel 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 proba-

bilité 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'ato-

mes alcalins tels que du potassium, du rubidium ou du césium, aura, en régime permanent, et dans une situation d'équilibre o 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 possèdentunfonc-

tionnement complexe.

L'une des qualités principales des sources d'ions est leur brillance,qui peut être définie par l'expression: dI = B.ds.dQ.dE o dI est l'intensité du faisceau émis par un élément de

surface ds dans un angle solide dR défini autour d'une direc-

tion caractérisée par des angles 0 et p, et dans une bande énergétique située entre E et E+dE. La brillance B est une fonction de 0, 4 et E. Dans un exemple simplifié, on considère une surface plane émissive parallèle à une électrode plane percée d'un trou rond. Une tension Vpositive 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 azimutal

< et que sa dépendance en fonction de 6, angle de la direc-

tion d'émission avec la normale, suit une loi de Lambert en cosinus 8. La brillance B s'écrit alors: B = 1/Â.V/E0.dJ0/dE0 o E0 est l'énergie initiale de la particule qui quitte la surface et J0 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 E0 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 J0.

On'connaîtdéjà des sources d'ions dans lesquelles l'organe ioniseur estunepastille de tungstène fritté. Une vapeur alcaline passe dans les interstices qui demeurent entre les

grains de tungstène et la pastille est portée à une tempé-

rature de l'ordre de 1200 C, tout en se trouvantplacée dans

un champ électrique destiné à accélérer les ions qui émer-

gent entre les grains. La source de particules neutres est un réservoir de césium liquide, dont la température est

ajustée pour obtenirune pression de vapeur de césium suffi-

sante 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 diffi-

cile 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 élec-

trons: 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 fila-

ment 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 réali-

sation d'une sonde ionique. Il présente cependant deux incon-

vénients 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 inconvé-

nient est que la vapeur de césium s'échappe par le trou de

sortie, etsecondense dans d'autres parties de l'installation.

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; - faisceau d'ions dont la géométrie est bien maîtrisée, ce

qui permet d'éviter l'érosion des électrodes par pulvéri-

sation cathodique.

A cet effet, et selon une caractéristique générale de l'in-

vention, la source d'ions proposée comporte des moyens

formant une chicane qui empêche le passage direct des par-

ticules neutres dans le faisceau d'ions émis, sans qu'elles

n'aient frappé la surface active du support d'ionisation.

Selon un autre aspect de l'invention, cette chicane est réalisée à l'aide du support d'ionisation lui-même, la source

de particules neutres étant, par rapport à ce support d'ioni-

sation,à l'opposé de la direction d'émission du faisceau d'ions dans l'espace. Plus particulièrement, le support d'ionisation obstrue complètement le passage direct de

particules neutres depuis la source de ces particules jus-

qu'au faisceau d'émission, mais comporte des trous ménagés dans le support d'ionisation, convenablement décalés par rapport au point d'émission du faisceau d'ions dans l'espace et de la position de la source de particules neutres,pour le passage des particules neutres en direction de la surface

active du support d'ionisation.

Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de focali-

sation comportent un capuchon muni d'un orifice de sortie placé parallèlement en regard de la surface active du support d'ionisation, et des moyens pour établir au voisinage de cette surface active un champ électrique propre à accélérer

les ions pour constituer le faisceau d'émission.

De préférence, le support d'ionisation est chauffé à une

température comprise entre 1000 et 1500 C.

Pour leur part,les moyens d'amenée desparticules à ioniser comprennent avantageusement un conduit reliant la source de particules neutres au support d'ionisation. Les dimensions de ce conduit sont adaptées pour conserver l'effet de chicane

obtenu dans le support d'ionisation lui-même.

Dans ces conditions, la source de particules neutres peut

comprendre un composé solide propre à délivrer lesdites par-

ticules 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 fonc-

tionnemer notamment avec des atomes alcalins, ionisés positi-

vement, ainsi qu'avec des atomes d'halogène ionisés négati-

vement. 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 appa-

raîtront 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; et la figure 3 illustre de manière plus complète une source

d'ions selon la présente 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 contri-

buer 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 cylin-

drique 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.

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 que 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 posi-

tive 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 aluminosilicate, 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. 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 en plus de détail en référence à la figure 3.

Ensemble,le capuchon 51,1'orifice 50 et l'électrode 55 défi-

nissent 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 dis-

tance entre laplaque 62, 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 quasi-

parfaite, telle que les atomes d'alcalin issus du réservoir 1 ne puissentsortir de la source d'ions qu'après avoir frappé la surface 20 de la plaque 62 qui se trouve en regard 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 interviennent sont complexes, et n'ont pu être entièrement expliqués à

l'heure actuelle. Il semble que l'obtention d'une bonne chica-

ne soit liée aux caractéristiques suivantes: - Iln',yapas (ou très peu) de possibilités de passage direct

des atomes neutres depuis le conduit 30 jusqu'à l'ouverture 50.

- La chicane 50 est délimitée latéréalementpar les parois

internescirculaires 21 à 24; elle est délimitée à son extré-

mité 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 ionique à travers

l'orifice 50.

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 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 princi-

pale 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 incli-

nées,au départ, par rapport à la direction principale d'émis-

sion Dde 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.

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 limita-

tive. On peut prévoir un plus grand nombre de trous, éventuel-

lement 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 100 et 1500 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 fila- ment F, alimenté de manière réglable en courant électrique

pour être porté à la température voulue.Un chauffage indé-

pendant 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 tempéra-

ture 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. Encore vers l'aval, une fixation 59 de l'élec-

trode 55 mise à la terre supporte une lentille schématisée en , et recevant une alimentation en haute tension positive

95. Enfin,du côté bas, l'électrode 55 est reliée à une en-

ceinte schématisée en 89, isolant la source d'ions de l'am-

biance, et permettant d'y faire le vide partiel souhaitable

pour son fonctionnement.

La lentille 90 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 0,1 mm, pour les dimen-

sions illustrées sur les dessins.

Ce montage possède par rapport à l'art antérieur les avan-

tages qui ont été exposés plus haut.

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 suffi-

sante,ce qui est la cas pour la face interne 25 du capuchon, et pour les surfaces latérales 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 ob-

tenue 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 possè-

de 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 dimi-

nuer la taillede la source virtuelle par unsystème 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 diaphrag-

mes 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 cen-

tral sensiblement de même taille que l'orifice 50.

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 ia surface active 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'au-

tres 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 entrela face interne de la plaque 64A et la surface active

A. Ilse peut qu'interviennent également des effets de char-

ges d'espace, qui seraient différents avecla 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 bom-

bant autant que possible la surface active 20A de la plaque 62. En d'autres termes, on donne à cette surface 20A (ou àla.surface 20 de la figure 2A) une forte convexité tournée

vers l'orifice 50.

Le faisceau d'ions ainsi obtenu convient alors particulière-

ment bien pour la réalisation d'une sonde ionique.

En d'autres aplications, 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 , 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 ce qui précède, on a examiné la production d'ions posi-

tifs. La source de l'invention permet également la production

d'ions négatifs.

On remarque immédiatement que la dernière variante de la figure 2A qui vient d'être décrite possède une surface 25 métallique et une surface 20 en hexaborure de lanthane. Pour desionsnégatifs, 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, o la surface 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 seule-

ment pour la plaque 64A, mais aussi pour la surface active

A, 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 pouranalyser 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 uti-

lisant une source selon la présente invention. Dans une telle application, la brillance de là 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 forcé-

ment 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 utilisa-

tion 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 (16)

Revendications.

1. Source d'ions opérant par ionisation de surface, du type comprenant, sous vide, une source de particules neutres (1) de même natureque les ions à produire, un support d'ionisation (2), qui possède au moins une surface active (20, 25) propre à l'adsorption des particules neutres, suivie de leur désorption sous forme d'ions, des moyens (3) pour amener les particules neutres vers le support d'ionisation, lequel les transforme en ions par adsorption/désorption, et des moyens (5) de focaliser les ions ainsi produits en un faisceau émis dans une direction choisie (D) de l'espace, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens formant une

chicane (6) qui empêche le passage direct des particules neu-

tres dans le faisceau d'ions émis, sans qu'elles n'aient

frappé la surface active du support d'ionisation.

2. Source d'ions selon la revendication, caractérisée en

ce que la chicane (6) est réalisée à l'aide du support d'io-

nisation lui-même (65-68), la source de particules neutres étant, par rapport à ce support d'ionisation, à l'opposé de

la direction d'émission du faisceau d'ions dans l'espace (50).

3. Source d'ions selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support d'ionisation (2) obstrue complètement le passage direct de particules neutres depuis la source (1) de ces particules jusqu'au faisceau d'émission (50), sauf en des trous (65-68) prévus pour le passage des particules

neutres vers la surface active du support d'ionisation.

4. Source!d'ions selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisée en ce que les moyens (5) de focalisation com-

prennent un capuchon (51) muni d'un orifice de sortie (50) placé en regard de ladite surface active (20), et des moyens (55) pour établir, entre la surface active et cet orifice de sortie,un champ électrique propre à accélérer les ions

pour constituer le faisceau d'émission.

5. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (F, 86) propres à chauffer lesupport d'ionisation (2), de préférence à une

température compriseentre 1000 et 1500 C.

6.Source d'ionsselon l'une des revendications 1 à 5, caracté-

risée en ceque les moyens d'amenée (3) comprennent un conduit (30) reliant la source (1) de particules neutres au support

d'ionisation (2).

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 que 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 précéden-

tes, caractérisée en ce que les particules sont des atomes

d'un alcalin.

11. Source d'ions selon l'une des revendications 1 à 9, carac-

térisée 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 queles ions sont de Césium, Rubidium ou Potassium, et

en ce quela 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.