JPH02152142A - イオン化方法 - Google Patents
イオン化方法Info
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- JPH02152142A JPH02152142A JP63306404A JP30640488A JPH02152142A JP H02152142 A JPH02152142 A JP H02152142A JP 63306404 A JP63306404 A JP 63306404A JP 30640488 A JP30640488 A JP 30640488A JP H02152142 A JPH02152142 A JP H02152142A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0802—Field ionization sources
- H01J2237/0807—Gas field ion sources [GFIS]
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
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、ガス分子の電界電離によるイオン化方法に関
するものである。
するものである。
（従来の技術）
ガス分子の電界電離は、オツペンハイマー（Ｊ、Ｒ，Ｏ
ｐｐｅｎｈｅｉｍｅｒ； Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ、３１（
１９２８）６７））により予測されたように、２枚の電
極間の高電界中におかれたガス分子の電子ポテンシャル
が正電極側に曲げられ、−正電極を構成する材料のフェ
ルミ準位の上の空準位にガス分子の最外都電子が量子力
学的なトンネリングにより移りガス分子が電離するとい
う原理に基づいている。この原理を利用したものとして
ミューラらによって（Ｅ、Ｗ、ＭＱｌｌｅｒ Ｊ、Ａｐ
ｐｌ。
ｐｐｅｎｈｅｉｍｅｒ； Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ、３１（
１９２８）６７））により予測されたように、２枚の電
極間の高電界中におかれたガス分子の電子ポテンシャル
が正電極側に曲げられ、−正電極を構成する材料のフェ
ルミ準位の上の空準位にガス分子の最外都電子が量子力
学的なトンネリングにより移りガス分子が電離するとい
う原理に基づいている。この原理を利用したものとして
ミューラらによって（Ｅ、Ｗ、ＭＱｌｌｅｒ Ｊ、Ａｐ
ｐｌ。
Ｐｈｙｓ、２７（１９５６）４７４）提案された電界イ
オン顕微鏡やイオン源としての応用を考えスワンソン（
Ｌ、Ｗ、Ｓｗａｎｓｏｎ Ｊ、Ａｐｐｌ、 ｐｈｙｓ、
４０（１９６９）４７４１））らが研究を始めた電蚕電
離型ガスイオン源がある。電界電離ではイオン化領域が
狭くイオン源として理想的な点光源に近く、ツオンらに
よって報告されたように（Ｔ、Ｔ、Ｔｓｏｎｇ ｅｌ
ａｌ Ｊ、Ｃｈｅｍ、 Ｐｈｙｓ、４１（１９６４）３
２７９）、エネルギー幅が狭いので集束イオンビーム形
成用のイオン源として注目されている。電界電離を起こ
すための電極としては蒸発電界の高いタングステンが耐
性が高いのでもっばら使用されている。
オン顕微鏡やイオン源としての応用を考えスワンソン（
Ｌ、Ｗ、Ｓｗａｎｓｏｎ Ｊ、Ａｐｐｌ、 ｐｈｙｓ、
４０（１９６９）４７４１））らが研究を始めた電蚕電
離型ガスイオン源がある。電界電離ではイオン化領域が
狭くイオン源として理想的な点光源に近く、ツオンらに
よって報告されたように（Ｔ、Ｔ、Ｔｓｏｎｇ ｅｌ
ａｌ Ｊ、Ｃｈｅｍ、 Ｐｈｙｓ、４１（１９６４）３
２７９）、エネルギー幅が狭いので集束イオンビーム形
成用のイオン源として注目されている。電界電離を起こ
すための電極としては蒸発電界の高いタングステンが耐
性が高いのでもっばら使用されている。
タングステンは針状試料に加工しやすいことも大きな長
所である。従来、電界電離により高電流、高輝度を得る
研究は、ハンソンら（Ｇ、Ｒ，Ｈａｎｓｏｎ；Ｊ、Ｖａ
ｃ、Ｓｃｉ、ｔｅｃｈｎｏｌ、１６（１９７９）１８７
５）にみられるように、もっばら最適なタングステンの
結晶面を探索したり、エミッタやイオン化するガスの温
度をできるだけ下げガス分子の運動エネルギーを小さく
しイオン化確率を上げたり、エミッタ先端でのガスの圧
力がなるべく高くなるような供給方法や構造を工夫する
ことで行われてきた。
所である。従来、電界電離により高電流、高輝度を得る
研究は、ハンソンら（Ｇ、Ｒ，Ｈａｎｓｏｎ；Ｊ、Ｖａ
ｃ、Ｓｃｉ、ｔｅｃｈｎｏｌ、１６（１９７９）１８７
５）にみられるように、もっばら最適なタングステンの
結晶面を探索したり、エミッタやイオン化するガスの温
度をできるだけ下げガス分子の運動エネルギーを小さく
しイオン化確率を上げたり、エミッタ先端でのガスの圧
力がなるべく高くなるような供給方法や構造を工夫する
ことで行われてきた。
（発明が解決しようとする課題）
以上述べた構造の電界電離によるガスイオン化方法では
、タングステンもしくは他の金属のガス分子との間の電
子のトンネル現像だけを用いているため、原理的に高電
流化、高輝度化に限界がある。
、タングステンもしくは他の金属のガス分子との間の電
子のトンネル現像だけを用いているため、原理的に高電
流化、高輝度化に限界がある。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめて、
高電流で高輝度なガスイオン化方法を提供することであ
る。
高電流で高輝度なガスイオン化方法を提供することであ
る。
（問題点を解決するための手段）
本発明のガスイオン化方法は、針状エミッタ表面を電子
親和力の大きいガス分子で覆うことを特徴としている。
親和力の大きいガス分子で覆うことを特徴としている。
（作用）
本発明においては、エミッタ表面を電子親和力の大きい
物質、例えばフッ素などで覆う。表面を安定に覆うには
ガスの沸点もしくは融点以下にエミッタを冷却して、エ
ミッタ表面にガス分子を吸着もしくは凝縮させる。この
ようにしたエミッタをヘリウムなどのイオン化ガス雰囲
気中におき高電圧を印加すると、エミッタ表面に高電界
が発生する。
物質、例えばフッ素などで覆う。表面を安定に覆うには
ガスの沸点もしくは融点以下にエミッタを冷却して、エ
ミッタ表面にガス分子を吸着もしくは凝縮させる。この
ようにしたエミッタをヘリウムなどのイオン化ガス雰囲
気中におき高電圧を印加すると、エミッタ表面に高電界
が発生する。
高電界中ではガスの最外郭電子のポテンシャルが曲げら
れ、最外郭電子はエミッタ表面の吸着もしくは凝縮物質
にトンネリングにより移り、ガス分子はイオン化する。
れ、最外郭電子はエミッタ表面の吸着もしくは凝縮物質
にトンネリングにより移り、ガス分子はイオン化する。
このときエミッタを覆っている分子の電子親和力が大き
いためトンネリングの確率が増し、従ってイオン化確率
が増大して１００倍はどの高電流、高輝度なイオンを得
られる。
いためトンネリングの確率が増し、従ってイオン化確率
が増大して１００倍はどの高電流、高輝度なイオンを得
られる。
（実施例）
次に第１図から第２図を参照して本発明の実施例につい
て説明する。第１図は本発明のイオン化方法の概念を説
明するための図である。２つの電極を用い、イオン化電
極２はガスを吸着させ表面でイオン化ガスを電界電離さ
せるエミッタとして用い、引き出し電極２は電界を印加
させるために用いる。電極はタングステン、タンタルも
しくはステンレスなどが用いられる。イオン化電極２か
らなるエミッタは吸着もしくは凝縮させるガスの沸点も
しくは融点以下に冷却器３を用いて冷却し、エミッタ表
面を吸着ガス導入口５より導入されたガス分子で覆う。
て説明する。第１図は本発明のイオン化方法の概念を説
明するための図である。２つの電極を用い、イオン化電
極２はガスを吸着させ表面でイオン化ガスを電界電離さ
せるエミッタとして用い、引き出し電極２は電界を印加
させるために用いる。電極はタングステン、タンタルも
しくはステンレスなどが用いられる。イオン化電極２か
らなるエミッタは吸着もしくは凝縮させるガスの沸点も
しくは融点以下に冷却器３を用いて冷却し、エミッタ表
面を吸着ガス導入口５より導入されたガス分子で覆う。
エミッタにはタングステン、タンタル、チタン、白金、
金などの金属や半導体を用いることができる。電子親和
力の大きい吸着用のガスとしては例えばフッ素、塩素ガ
スなどのハロゲンガスがある。フッ素ガスの融点および
沸点は、それぞれ−２１？、９°Ｃ１−１８８°Ｃであ
る。塩素のそれは、それぞれ−１００，１°Ｃ１−３４
，０７°Ｃである。その後イオン化するガス（例えばヘ
リウムガス）をイオン化導入口４より導入し電圧を印加
するとエミッタ表面でイオン化ガス分子が電界電離しイ
オンが発生する。
金などの金属や半導体を用いることができる。電子親和
力の大きい吸着用のガスとしては例えばフッ素、塩素ガ
スなどのハロゲンガスがある。フッ素ガスの融点および
沸点は、それぞれ−２１？、９°Ｃ１−１８８°Ｃであ
る。塩素のそれは、それぞれ−１００，１°Ｃ１−３４
，０７°Ｃである。その後イオン化するガス（例えばヘ
リウムガス）をイオン化導入口４より導入し電圧を印加
するとエミッタ表面でイオン化ガス分子が電界電離しイ
オンが発生する。
第２図は一実施例を示す断面図である。基本的には従来
の電界電離型ガスイオン源と同じである。
の電界電離型ガスイオン源と同じである。
吸着ガスの導入口５を別個に設けている点が異なるが、
イオン化ガスの導入口４を兼ねることもできる。予め針
状に加工されたエミッタ７は導入する吸着ガスの沸点、
もしくは融点より低い温度に冷却しておく。エミッタと
してはタングステンが使用できる。冷却後吸着ガスを適
当量導入し、エミッタ表面に吸着もしくは凝縮させる。
イオン化ガスの導入口４を兼ねることもできる。予め針
状に加工されたエミッタ７は導入する吸着ガスの沸点、
もしくは融点より低い温度に冷却しておく。エミッタと
してはタングステンが使用できる。冷却後吸着ガスを適
当量導入し、エミッタ表面に吸着もしくは凝縮させる。
その後ヘリウムなどのイオン化ガスを導入して高電圧を
印加しガスをイオン化させる。イオン化電界はヘリウム
で４．４Ｖ／Ａである。試料の先端半径によるが２〜１
０ｋＶの印加電界でヘリウムイオンが得られる。針状エ
ミッタを用いると先端部の電界が最も高くなるので、適
当な電界では針の先端部でのみイオン化が起こり集束イ
オンビームに適した低エネルギー幅のイオンが得られる
点イオン源となり、同時に高電流、高輝度が達成される
。−例として動作温度８０にで、フッ素−ヘリウム混合
ガス雰囲気中で電界を印加してタングステン針状エミッ
タを加工した後、５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒのヘリウム
ガス雰囲気中で電界を印加しヘリウムをイオン化すると
約１ｎＡのイオン電流が得られる。これは同じ動作温度
、ヘリウム圧力のときの未処理のタングステンエミッタ
から得られるイオン電流の約１００倍である。
印加しガスをイオン化させる。イオン化電界はヘリウム
で４．４Ｖ／Ａである。試料の先端半径によるが２〜１
０ｋＶの印加電界でヘリウムイオンが得られる。針状エ
ミッタを用いると先端部の電界が最も高くなるので、適
当な電界では針の先端部でのみイオン化が起こり集束イ
オンビームに適した低エネルギー幅のイオンが得られる
点イオン源となり、同時に高電流、高輝度が達成される
。−例として動作温度８０にで、フッ素−ヘリウム混合
ガス雰囲気中で電界を印加してタングステン針状エミッ
タを加工した後、５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒのヘリウム
ガス雰囲気中で電界を印加しヘリウムをイオン化すると
約１ｎＡのイオン電流が得られる。これは同じ動作温度
、ヘリウム圧力のときの未処理のタングステンエミッタ
から得られるイオン電流の約１００倍である。
（発明の効果）
本発明の方法によればエミッタ電極の表面に電子親和力
の大きいガスを吸着させ、高電界を印加する。このため
エミッタ表面よりガス分子へ電子が容易に移動するので
イオン化確率が増大し１００倍以上の高電流、高輝度な
イオン電流が得られる。
の大きいガスを吸着させ、高電界を印加する。このため
エミッタ表面よりガス分子へ電子が容易に移動するので
イオン化確率が増大し１００倍以上の高電流、高輝度な
イオン電流が得られる。
またこのイオン化方法を電界電離型ガスイオン源に応用
すれば集束イオンビーム形成に適した高電流、高輝度イ
オン源が可能となる。
すれば集束イオンビーム形成に適した高電流、高輝度イ
オン源が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す構造図である。
第２図は本発明を用いた電界電離型イオン源の構造図で
ある。 図において １・・・引き出し電極 ２・・・イオン化電極 ３・・・高圧電源 ４・・・イオン化ガス導入口 第１図 ト ｂ真空チャンバ ５・・・吸着ガス導入口 ６・・・真空チャンバー ７・・・エミッタ ８、・・ヒーター電源 ９・・・冷却器
ある。 図において １・・・引き出し電極 ２・・・イオン化電極 ３・・・高圧電源 ４・・・イオン化ガス導入口 第１図 ト ｂ真空チャンバ ５・・・吸着ガス導入口 ６・・・真空チャンバー ７・・・エミッタ ８、・・ヒーター電源 ９・・・冷却器
Claims (1)
- エミッタ電極と引き出し電極とより構成される２枚の
電極間で形成される高電界中にガス分子を導入し、電界
電離によりイオン化させるイオン化方法において、エミ
ッタ表面に電子親和力の大きいガス分子を吸着もしくは
凝縮させて電界電離することを特徴とするイオン化方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63306404A JPH07105208B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | イオン化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63306404A JPH07105208B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | イオン化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02152142A true JPH02152142A (ja) | 1990-06-12 |
| JPH07105208B2 JPH07105208B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=17956610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63306404A Expired - Lifetime JPH07105208B2 (ja) | 1988-12-02 | 1988-12-02 | イオン化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105208B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2402808A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-15 | Thermo Electron | Generating ions from a gas bonded to a cooled surface |
| JP2008153199A (ja) * | 2006-12-18 | 2008-07-03 | Ict Integrated Circuit Testing Ges Fuer Halbleiterprueftechnik Mbh | 多目的用途用ガス電界イオン源 |
-
1988
- 1988-12-02 JP JP63306404A patent/JPH07105208B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2402808A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-15 | Thermo Electron | Generating ions from a gas bonded to a cooled surface |
| US7041973B2 (en) | 2003-05-13 | 2006-05-09 | Thermo Electron (Bremen) Gmbh | Method and device for the mass-spectrometric analysis of gases |
| GB2402808B (en) * | 2003-05-13 | 2007-03-28 | Thermo Electron | Method and device for the mass-spectrometric analysis of gases |
| JP2008153199A (ja) * | 2006-12-18 | 2008-07-03 | Ict Integrated Circuit Testing Ges Fuer Halbleiterprueftechnik Mbh | 多目的用途用ガス電界イオン源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07105208B2 (ja) | 1995-11-13 |
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