JPH02123638A - 軽元素イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンプローブマイクロアナライザー等に使
用して好適な、水素やヘリウム等の軽元素のイオン源に
関する。

［従来の技術］ イオンプローブマイクロアナライザー等では、イオンを
試料に照射して、該試料から発生する特性Ｘ線等を検出
し、試料の表面を分析することが行われている。該アナ
ライザーに用いられるイオン源としては、信号のＳＮ比
を高めるために高輝度であること、試料の局所的な分析
を可能とするために、極めて小さな面積からのイオン放
射が可能であること、等が要求される。現在のところ５
、このイオン源としては、デュオプラズマトロンイオン
源、や液体金属イオン源等が用いられているが、これら
のイオン源は必ずしも要求される性能を満足はしていな
い。

［発明が解決しようとする課題］ 例えば、液体金属イオン源の場合、小さな面積からのイ
オン放射は達成できるが、充分な輝度が得られない。又
、このイオン源から得られる金属イオンは、質量が大き
く、試料への照射によって該試料のダメージが生じる。

この試料のダメージを少なくするためには、イオン種の
ｇｔ量が軽い方が良く、そのため、水素やヘリウム等の
軽元素のイオン源が望まれる。

軽元素のイオン源としては、先端が鋭くされたチップ部
分に軽元素ガスを導入し、更に、チップ先端に高電界を
印加し、電界によってチップ先端近傍でガスのイオン化
を行うことが考えられる。

しかしながら、輝度を高めるためにガス圧力を高めよう
としても、ある圧力以上になるとイオン化が停止してし
まい、充分な輝度を得ることができない。又、この方式
では、イオン化の生じる範囲は、必ずしもチップ先端の
限られた部分ではなく、比較的広い範囲でイオン化が生
じ、分析の空間分解能を高くするため、微小部分からの
イオン放射を行わせることは困難である。

軽元素をイオン化するための他の方式として、液体金属
イオン源の方式を用いることも考えられる。すなわち、
軽元素でも冷却することによって液体となるため、液状
の軽元素を鋭くされたニードルの先端に導き、電界によ
ってイオン化することも理論的には可能である。しかし
ながら、液状となった軽元素は、電気伝導度が低く、イ
オン化に伴って液状軽元素に負電荷が残るが、この電荷
は放電されずに液状軽元素の表面に帯電し、結果として
この方式のイオン化に必要な負の強電界がニードル先端
に維持できなくなる。更に、軽元素を低温に維持できた
としても、高真空の空間で軽元素を液体状態に維持する
ことは不可能である。

このような理由により、液体金属イオン源の方式によっ
ても軽元素のイオン化は困難である。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、高い輝
度で、極めて小さな領域がら軽元素イオンを発生するこ
とができる軽元素イオン源を提供することを目的として
いる。

［課題を解決するための手段］ 本発明に基づく軽元素イオン源は、軽元素ガス源と、該
軽元素ガス源からの軽元素ガスが供給される空間を形成
する部材と、一端が該ガス空間に接して配置され他端が
鋭く尖って形成された、軽元素ガスの透過性に優れた針
状部材と、該針状部材を加熱する加熱手段と、該針状部
材の鋭く尖った先端部を残して、真空空間に面した該針
状部材の表面に設けられた該軽元素ガスの透過を阻止す
る部材と、該針状部材の鋭く尖った先端部に接近して配
置されたイオン引出し電極と、該引出されたイオンを加
速する加速電極とを備えたことを特徴としている。

［作用］ 水素等の軽元素ガスは、ガス空間から軽元素ガスの透過
性に優れた針状部材を透過し、該針状部材の鋭く尖った
先端部に移動し、この先端部で真空空間に接した針状部
材表面に供給される。この表面に供給された軽元素ガス
は、鋭く尖った針状部材の先端部の強い電界によりイオ
ン化される。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示しており、１は内部がガ
ス空間となる導電性の円筒部材であり、この円筒部材１
は、内部のガスが透過しない材料、例えば、銅やステン
レスで形成されている。該円筒部材１は、絶縁円筒２を
介してイオン源璧３１；取付けられている。４は該円筒
部材１内部に軽元素ガスを供給するガス源であり、例え
ば、該ガス源４からは水素ガスが供給される。該円筒部
材１の一端には、ニードル５の一端が円筒部材１の内部
を密封するように取付けられているが、該二ドル５の他
端は、鋭く尖って形成されており、高真空空間ｙに接し
ている。該ニードル５は導電性材料で形成されており、
その材質は、円筒部材１内部の空間に供給されるガスの
種類に応じて選択される。例えば、内部ガスが水素ガス
の場合、パラジウム（Ｐｄ）が用いられる。

該ニードル５の高真空空間Ｖに接する面には、金等の金
属６が蒸着されているが、該ニードル５の先端部分のみ
は金属６の蒸着後、イオンエツチングや電界研磨等の手
段によって金属が取り除かれている。この金属が取り除
かれた部分の径は、ある印加電圧においてガスが電界イ
オン化するに十分な曲率半径とされている。該ニードル
５の先端に接近して、引出し電極７が設けられており、
又、該引出し電極７の下部には接地電位の加速電極８が
配置されている。図示していないが、該円筒電極１．ニ
ードル５には加速電圧電源から２０〜３０ｋＶの高電圧
が印加され、又、引出し電極６には引出し電圧電源から
３〜５ｋＶの電圧が印加されている。９は加熱ヒータで
あり、円筒部材１やニードル５を取囲んで配置されてい
る。

上述した如き構成において、ガス源４から円筒部材１の
内部空間にはイオン化されるべきガスが供給される。該
ガスが水素の場合、パラジウム中の透過率が高いため、
該ガスはパラジウムで形成されたニードル５の中を移動
する。該ガスの物質中透過率は、温度によって変化し、
温度が高いほど透過率が高くなるため、ヒータ９によっ
てニードル５は数１００度に加熱される。該移動するガ
スは、ニードル５の表面がガスを透過しない金等の金属
６によってほとんど覆われているため、該金属６が取り
除かれているニードル先端部の微小領域においてのみニ
ードル表面に供給される。該ニードル５の鋭く尖った先
端部表面に移動してきたガスは、該先端部の強電界によ
ってイオン化され、引出し電極７によって引出され、加
速電極８によって加速される。

このようにして、水素ガスはニードル５先端部の微小領
域においてのみイオン化され、又、該ニードル５先端部
には集中的にイオン化されるガスが供給されるため、高
輝度の軽元素のイオンビームが得られる。なお、パラジ
ウムの中では、水素はイオンの状態で存在していると考
えられ、パラジウムの表面近傍に強電界を作ってイオン
化をしている状態を維持して外部に取出すことにより、
水素分子よりも水素原子そのものがイオン化される確率
が高く、水素イオンよりもプロトンの成分の高いイオン
ビームが得られることになる。

以上本発明の一実施例を詳述したが、本発明は、この実
施例に限定されず幾多の変形が可能である。

例えば、イオン化ガスとして水素を用い、ニードルの材
料としてパラジウムを用いたが、他の種類のガスや他の
材料のニードルを用いることができる。第２図は特定の
物質中のガスの透過率を示したもので、第２図に示した
物質とガスの組合せは、本発明のニードルの材料とイオ
ン化ガスとして使用できるものである。なお、ニードル
の材料として絶縁物が挙げられているが、絶縁物の場合
には、銀等の導電性物質をドーピングすれば良い。又、
パラジウムは、水素を通すと固くなって割れることがあ
る。従って、パラジウムの場合には、柔かい金属である
銀等を加えることにより、割れることを防止することは
好ましい。

［効果〕 以上本発明を詳述したが、本発明においては、軽元素ガ
スを針状部材の中を移動させて鋭く尖った針状部材の先
端部に集中的に供給し、該先端部の強い電界によって供
給されたガスのイオン化を行うようにしたので、軽元素
ガスを微小な領域でイオン化することができ、又、高輝
度の軽元素イオンビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、ｊＩ２図は物質中
のガスの透過率を示す図である。 １：円筒部材　　　　　２：絶縁円筒 ：イオン源壁 ：ニードル ：引出し電極 ：加熱ヒータ ４：ガス源 ６：金属薄＠膜 ８：加速電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）軽元素ガス源と、該軽元素ガス源からの軽元素ガ
   スが供給される空間を形成する部材と、一端が該ガス空
   間に接して配置され他端が鋭く尖って形成された、軽元
   素ガスの透過性に優れた針状部材と、該針状部材を加熱
   する加熱手段と、該針状部材の鋭く尖った先端部を残し
   て、真空空間に面した該針状部材の表面に設けられた該
   軽元素ガスの透過を阻止する部材と、該針状部材の鋭く
   尖った先端部に接近して配置されたイオン引出し電極と
   、該引出されたイオンを加速する加速電極とを備えた軽
   元素イオン源。