FR2637736A1

FR2637736A1 - Novel magnetic mass spectrograph

Info

Publication number: FR2637736A1
Application number: FR8813252A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1990-04-13

Abstract

Magnetic mass spectrograph in which a first low voltage sector V1 extracts the ions from the source and effects a first separation. A second high voltage sector V2 effects the final separation. The dispersion, proportional to V1, in the initial energies is small compared with V1 + V2 and resolution is improved. The system comprises, either a closed ion source with narrow extraction slot followed by two 90 DEG sectors R1, R2 (R2 >> R1), or a plane open source followed by a 90 DEG sector R1 and a 180 DEG sector R2 (R2 >> R1). The first sector can in this case also consist of several sectors with parallel entrance and exit faces, thus enabling the collimated beam originating from the source to be focused without upsetting the parallelism of the paths, and separation by the second sector is then very thorough.

Description

Nouveau spectrographe de masse magnétique
La présente invention a pour but d'améliorer les performances des
spectrographes de masse magnétiques (sensibilité, résolution.New magnetic mass spectrograph
The present invention aims to improve the performance of
magnetic mass spectrographs (sensitivity, resolution.

encombrement). size).

Dans les appareils classiques les plus simples, la source d'ions et le Ir.séparateur baignent dans un même champ d'induction magnétique uniforme B Les ions, accélérés par une tension électrostatique
V décrivent dans le séparateur des cercles de rayon

où drn, e sont la masse
et la charge de l'ion.In the simplest conventional devices, the ion source and the separator Ir are bathed in the same uniform magnetic induction field B The ions, accelerated by an electrostatic voltage
V describe in the separator of the circles of radius

where drn, e are the mass
and the charge of the ion.

La sélection se fait généralement après un parcours angulaire de 1800, qui ço.assure une focalisation satisfaisante des ions émis par la source à travers
une fente d'extraction étroite.The selection is generally made after an angular travel of 1800, which ensures satisfactory focusing of the ions emitted by the source through
a narrow extraction slot.

Les inconvénients de ce type de système, très largement utilisé en raison
de sa simplicité, sont dus essentiellement à la source ionique. Pour
permettre l'extraction des ions, le volume intérieur ne peut être s.équipotentiel; d'autre part, la nappe d'électrons ionisants émis par un
filament chauffée et injectée dans la source, a nécessairement une
épaisseur finie. II en résulte une dispersion de l'énergie initiale des ions
qui limite la résolution. Enfin, l'extraction des ions à travers une fente
mince limite la sensibilité.The disadvantages of this type of system, very widely used due
of its simplicity, are mainly due to the ion source. For
allow the extraction of ions, the interior volume cannot be s.équipotential; on the other hand, the layer of ionizing electrons emitted by a
filament heated and injected into the source, necessarily has a
finished thickness. This results in a dispersion of the initial energy of the ions
which limits the resolution. Finally, the extraction of ions through a slit
thin limits sensitivity.

ZO.Dans la nouvelle invention (Fig. 1), les ions extraits de la source S sont
accélérés par une faible chute de tension X et subissent une première
sélection par une fente fs , après un parcours angulaire de 90" avec un
rayon R, de faible valeur. Si la fente d'extraction au niveau de la source
est étroite, on obtient ainsi au niveau de f" un faisceau ionique collimaté 2sde petite section et de faible énergie.ZO. In the new invention (Fig. 1), the ions extracted from the source S are
accelerated by a low voltage drop X and undergo a first
selection by a slot fs, after an angular course of 90 "with a
radius R, of small value. If the extraction slot at the source
is narrow, a collimated ion beam 2s of small section and of low energy is thus obtained at the level of f ".

Ce faisceau subit alors l'action d'une chute de potentiel V, beaucoup plus importante et décrit un nouvel arc de 900 avec un rayon R2 beaucoup plus grand. Cette deuxième accélération améliore encore la collimation du faisceau et permet une focalisation précise sur une fente étroite
F2 masquant le collecteur c.This beam then undergoes the action of a fall in potential V, much greater and describes a new arc of 900 with a radius R2 much larger. This second acceleration further improves the collimation of the beam and allows precise focusing on a narrow slit.
F2 hiding the collector c.

La première partie du système (source, fente F1) constitue une source sélective fournissant un faisceau ionique de faible section, collimaté et de faible énergie e V 1 La deuxième partie F1, F2 constitue alors un sélecteur très efficace : un secteur à 900 permet une focalisation très fine d'un faisceau collimaté. Les abérrations sont dues essentiellement à la dispersion initiale d'énergie qui est proportionnelle à la première chute de potentiel V 1 Ce potentiel étant faible par rapport à la chute de potentiel totale V 1 + V 2 la dispersion est très réduite.The first part of the system (source, slot F1) constitutes a selective source providing an ion beam of small section, collimated and of low energy e V 1 The second part F1, F2 then constitutes a very efficient selector: a sector at 900 allows a very fine focusing of a collimated beam. The aberrations are mainly due to the initial energy dispersion which is proportional to the first drop in potential V 1. This potential being low compared to the total drop in potential V 1 + V 2 the dispersion is very small.

Une variante intéressante consiste à utiliser une source ouverte plane.An interesting variant consists in using a flat open source.

Les électrons ionisants sont injectés parallèlement au plan de la source et les ions sont ainsi formés par une surface équipotentielle. Le faisceau ionique est collimaté au départ.The ionizing electrons are injected parallel to the plane of the source and the ions are thus formed by an equipotential surface. The ion beam is collimated at the start.

Comme dans le ler cas, les ions sont accélérés par une faible chute de tension V 1 et subissent une première sélection par une fente F1 après un parcours angulaire de 900. Dans cette situation le faisceau au niveau de F1 n'est plus collimaté mais focalisé : F1 peut donc être très étroite.As in the first case, the ions are accelerated by a low voltage drop V 1 and undergo a first selection by a slot F1 after an angular travel of 900. In this situation the beam at the level of F1 is no longer collimated but focused : F1 can therefore be very narrow.

Une deuxième accélération par une chute de tension v 2 beaucoup plus forte diminue l'ouverture du faisceau (collimation partielle) qui est refocalisé cette fois après un parcours angulaire de 1800, sur une fente
F2 très étroite. Comme dans le premier cas, la dispersion d'énergie est très faible par rapport à la chute de potentiel totale.A second acceleration by a much stronger voltage drop v 2 decreases the beam opening (partial collimation) which is refocused this time after an angular travel of 1800, on a slit
F2 very narrow. As in the first case, the energy dispersion is very low compared to the total potential drop.

Avantageusement, le faisceau ionique à la sortie de la source traverse un ou plusieurs secteurs magnétiques à faces d'entrée et de sortie parallèles, avec à chaque fois une déviation légèrement inférieure à 90 . La largeur du faisceau est chaque fois diminuée par un facteur cos l. Advantageously, the ion beam at the output of the source crosses one or more magnetic sectors with parallel input and output faces, with each time a deviation slightly less than 90. The width of the beam is each time reduced by a factor cos l.

On peut encore améliorer les performances des deux types en utilisant des secteurs magnétiques séparés. Si par exemple, le trajet F1, F2 se fait dans une induction B2 double de B1 > est encore multiplié par un facteur 4, ce qui rend l'abberation chromatique négligeable. The performance of the two types can be further improved by using separate magnetic sectors. If for example, the path F1, F2 takes place in a double induction B2 of B1> is further multiplied by a factor of 4, which makes the chromatic abberation negligible.

Dans le deuxième dispositf décrit (source ouverte plane) on peut aussi remplacer le 1er secteur à 90" par un ou deux secteurs rectangulaires séparés (fig 2). On peut ainsi focaliser le faisceau sans détériorer la collimation initiale. Si 0 < est l'angle de déviation à la sortie du premier secteur, la largeur du faisceau est multipliée par cl oc ( à la sortie du 2 ème secteur, par cxor)
Enfin remarquons que dans tous les cas, l'élimination des ions non sélectionnés dans le 1 er secteur, c'est à dire en début de parcours, améliore considérablement le rapport signal-bruit. Ce type d'appareil très sensible, simple, et de faible encombrement est destiné à l'analyse des gaz et au contrôle des processus industriels sous vide. In the second device described (flat open source), the 1st sector at 90 "can also be replaced by one or two separate rectangular sectors (fig 2). This allows the beam to be focused without damaging the initial collimation. If 0 <is the deflection angle at the exit of the first sector, the beam width is multiplied by cl oc (at the exit of the 2nd sector, by cxor)
Finally, note that in all cases, the elimination of ions not selected in the 1 st sector, that is to say at the start of the journey, considerably improves the signal-to-noise ratio. This type of very sensitive, simple, and compact device is intended for gas analysis and control of industrial vacuum processes.

Claims

Claims I Magnetic mass spectrograph characterized in that the ions extracted from the source are accelerated by a first drop of low potential and undergo a first selection by a slit E,, at a short distance from the source; by the fact that a second acceleration by a much greater drop in potential V2 at the output of f, collimates the beam which is finally selected by a second slit f2, at a much greater distance from the source. chromatic, proportional to, is weak in front of XeR 2 Mass spectrograph according to claim 1 characterized in that the source is provided with a narrow extraction slot; by the fact that the 1st selection (slot t) is made after an angular travel of 900; in that the second selection (slot f,) is also made after an angular travel of 90 3 Mass spectrograph according to claim I characterized in that the source is planar and open; by the fact that the 1st selection slot placed 90 from the source is narrow and that the final selection is made after a new angular travel of 1800.

4 Mass spectrograph according to claim 1 characterized in that the source is open and planar; by the fact that the ion beam at the output of the source crosses 1 or more magnetic sectors with parallel input and output faces, with each time a deviation slightly less than 90. The width of the beam is each time ten clouds by a factor Cas α 1 without affecting the parallelism of the sc. + Trajectories. We can years: focus the collimated beam on the 1st slot f @.

5. Mass spectrograph according to claim 1, 1 and 2 or 1 and 3 or 1 and 4 characterized in that the induction B1 in the last part of the ion path is significantly greater. The potential V2 can thus be very high compared to @ 1. The ##### ratio which gives a measure of chromatic aberration is considerably reduced.