JPH04237941A - Electrode for electric field sector - Google Patents
Electrode for electric field sectorInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、質量分析装置等に用い
られる電場セクタ用の電極の構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of an electrode for an electric field sector used in a mass spectrometer or the like.
【0002】0002
【従来の技術】質量分析装置においては、通常、電場セ
クタと磁場セクタが配置される。そして、電場セクタと
磁場セクタは、光軸(以下、光軸をZ軸とする)に沿っ
て電場セクタ、磁場セクタの順にそれぞれ単独に直列に
配置されることも、同一位置に配置されて重畳場を形成
することもある。電場セクタ用の電極としては、絶縁体
上に複数の線状電極を配置した、いわゆる多電極構造の
もの、あるいは、左右に配置された2極の主電極の上下
に、通称松田プレートと称される補助電極を配置した構
造のもの等が知られている。2. Description of the Related Art In a mass spectrometer, an electric field sector and a magnetic field sector are usually arranged. The electric field sector and the magnetic field sector can be arranged independently in series in the order of the electric field sector and the magnetic field sector along the optical axis (hereinafter, the optical axis is referred to as the Z axis), or they can be arranged at the same position and overlapped. It can also form a field. Electrodes for electric field sectors are those with a so-called multi-electrode structure, in which multiple linear electrodes are arranged on an insulator, or those with a so-called Matsuda plate, which are placed above and below two main electrodes arranged on the left and right. Structures in which auxiliary electrodes are arranged are known.
【0003】図11は前者の構成例を示す図であり、図
11Aは平面図、同図Bは図11AのA−Aから見た側
面図である。Z軸の上下には、それぞれ、上側抵抗膜電
極40、下側抵抗膜電極41が配置され、内側電極42
および外側電極43により所定の間隔をもって配置され
る。上側抵抗膜電極40および下側抵抗膜電極41は、
それぞれ、抵抗膜上に、例えば 0.2 mm 幅の白
金からなる線状電極が、例えば 2.5 mm のピッ
チで形成されている。従って、例えば、内側電極42に
所定の負の電位を、外側電極43に正の電位を与えると
、上側抵抗膜電極40と下側抵抗膜電極41との間に形
成される等電位面は図11Bの46で示すようになり、
従って、電場は図の矢印47で示す方向となるから、正
の電荷を有するイオンビームは矢印47とは反対の方向
、即ち内側電極42側に曲げられることになる。なお、
図11Aにおいて、44、45はシャント板であり、当
該電場セクタの入射口および出射口にそれぞれ所定の間
隔dをもって配置されている。FIG. 11 is a diagram showing an example of the former configuration, with FIG. 11A being a plan view and FIG. 11B being a side view taken along line AA in FIG. 11A. An upper resistive film electrode 40 and a lower resistive film electrode 41 are arranged above and below the Z axis, respectively, and an inner electrode 42
and outer electrodes 43 are arranged at a predetermined interval. The upper resistive film electrode 40 and the lower resistive film electrode 41 are
Linear electrodes made of platinum and having a width of, for example, 0.2 mm are formed on each resistive film at a pitch of, for example, 2.5 mm. Therefore, for example, when a predetermined negative potential is applied to the inner electrode 42 and a positive potential is applied to the outer electrode 43, the equipotential surface formed between the upper resistive film electrode 40 and the lower resistive film electrode 41 is As shown in 46 of 11B,
Therefore, since the electric field is in the direction shown by the arrow 47 in the figure, the positively charged ion beam is bent in the opposite direction to the arrow 47, that is, toward the inner electrode 42. In addition,
In FIG. 11A, shunt plates 44 and 45 are arranged at a predetermined distance d at the entrance and exit ports of the electric field sector, respectively.
【0004】図12は後者の電極の構成例を示す斜視図
であり、主電極50,51はZ軸に対して回転対称に配
置されて偏向器として機能し、該主電極50,51の上
下には、通称松田プレートと称される補助電極52,5
3を備えている。そして、補助電極52,53には所定
の電圧が印加されて同電位となされる。また、主電極5
0,51には、イオンが陰イオンの場合には、それぞれ
Vd, −Vd (Vd >0)が印加され、陽イオン
の場合にはそれぞれ−Vd , Vd が印加される。FIG. 12 is a perspective view showing an example of the structure of the latter electrode. Main electrodes 50 and 51 are arranged rotationally symmetrically with respect to the Z axis and function as a deflector. , there are auxiliary electrodes 52, 5 commonly called Matsuda plates.
It has 3. A predetermined voltage is applied to the auxiliary electrodes 52 and 53 so that they have the same potential. In addition, the main electrode 5
0 and 51, when the ion is an anion, Vd and -Vd (Vd > 0) are applied, respectively, and when the ion is a cation, -Vd and Vd are applied, respectively.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
の構成の電極においては、電場強度の広い範囲に渡って
理論計算通りの制御を行うことができるばかりでなく、
上側抵抗膜電極40と下側抵抗膜電極41との間のギャ
ップGを 15mm 程度あるいはそれ以下に狭くする
ことができるので、当該電場セクタの上下に磁極を配置
して重畳場を形成する場合には磁場を形成するためのア
ンペア・ターンを小さくできるという利点を有するもの
の、線状電極の位置には高い精度が求められるので、製
作上の問題があり、特に線状電極の数が多い場合には製
作が困難となる。また、線状電極を形成する絶縁体の抵
抗値は経年変化により徐々に低くなるが、これを避ける
ことができないという問題もある。また、図12に示す
構成の電極においては、構造が簡単なので製作が容易で
あり、しかも補助電極に印加する電圧を変化させること
によって、電場強度と磁場強度の広い範囲に渡って集束
条件を一定に保つことができるが、当該電極を重畳場に
使用し、良好な分解能を得るためには、補助電極52,
53の間のギャップGは 30 〜 40 mm程度は
必要となり、大型になるばかりでなく、所定の磁場強度
を得るためには多くのアンペア・ターンが必要となると
いう問題があり、更に、電場に歪みが生じ、且つ電場の
3次の係数が大きくなり、重畳場型質量分析装置として
の分解能が低下してしまうという問題がある。本発明は
、上記の課題を解決するものであって、小型で製作が容
易で、且つ電場のコントロールを容易にできる電場セク
タ用電極を提供することを目的とするものである。[Problem to be solved by the invention] However, FIG.
In the electrode with the configuration, it is not only possible to control the electric field strength over a wide range according to theoretical calculations, but also to
Since the gap G between the upper resistive film electrode 40 and the lower resistive film electrode 41 can be narrowed to about 15 mm or less, when a superimposed field is formed by arranging magnetic poles above and below the electric field sector, Although it has the advantage of reducing the ampere-turns required to form the magnetic field, it requires high precision in the position of the linear electrodes, which poses manufacturing problems, especially when there are a large number of linear electrodes. is difficult to manufacture. Another problem is that the resistance value of the insulator forming the linear electrode gradually decreases over time, which cannot be avoided. In addition, the electrode with the configuration shown in Fig. 12 has a simple structure and is easy to manufacture.Moreover, by changing the voltage applied to the auxiliary electrode, the focusing condition can be kept constant over a wide range of electric field strength and magnetic field strength. However, in order to use the electrode in a superimposed field and obtain good resolution, the auxiliary electrode 52,
The gap G between 53 and 53 is required to be about 30 to 40 mm, which not only increases the size, but also requires many ampere turns to obtain a predetermined magnetic field strength. There is a problem in that distortion occurs and the third-order coefficient of the electric field increases, resulting in a decrease in resolution as a superimposed field mass spectrometer. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an electrode for an electric field sector that is small, easy to manufacture, and allows easy control of the electric field.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電場セクタ用電極は、対向して配置され
た補助電極の間に光軸に対して回転対称に配置された主
電極を備える電場セクタ用電極において、前記主電極は
複数対の電極を備えることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the electric field sector electrode of the present invention includes a main electrode arranged rotationally symmetrically with respect to an optical axis between auxiliary electrodes arranged oppositely to each other. The electric field sector electrode comprising electrodes is characterized in that the main electrode comprises a plurality of pairs of electrodes.
【0007】[0007]
【作用】光軸に対して回転対称に配置される二つの主電
極は、それぞれ同じ個数に複数分割されており、且つそ
れぞれの主電極の対応する分割電極は対をなしている。[Operation] The two main electrodes, which are arranged rotationally symmetrically with respect to the optical axis, are each divided into the same number of parts, and the corresponding divided electrodes of each main electrode form a pair.
【0008】[0008]
【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
図1は本発明に係る電場セクタ用電極を重畳場型質量分
析装置に適用した場合の一実施例の構成を示す図であり
、図1Aは断面図、図1Bは平面図である。外側主電極
2L は、3L , 4L , 5L の3つの電極を
備え、内側主電極2R は3R , 4R , 5R
の3つの電極を備えている。電極3L と電極3R 、
電極4L と電極4R 、電極5L と電極5Rはそれ
ぞれ対をなし、Z軸に対して回転対称となる位置に配置
されている。外側主電極2L と内側主電極2R の上
下には、それぞれ補助電極6,7がx軸に対して平面対
称に配置されている。そして、外側主電極2L 、内側
主電極2R 及び補助電極6,7の4種類の電極で構成
される電場セクタ用電極の上下には、それぞれポールピ
ース1,10が配置され、これによって重畳場が形成さ
れる。なお、図1Bにおいてはポールピース6,7は省
略されており、8は入射口側ヘルツォークシャント、9
は出射口側ヘルツォークシャントを示す。各電極には図
1Aに示すような電圧が印加される。即ち、電極3L
と電極5Lには電圧V2 が印加され、電極3R と電
極5R には電圧V1 が印加され、補助電極6,7に
は電圧V3 が印加される。そして、電極4L に電圧
V4 (但し、V4>0)が印加された場合には、電極
4R には−V4 の電圧が印加される。Embodiments Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment in which an electric field sector electrode according to the present invention is applied to a superimposed field type mass spectrometer, with FIG. 1A being a cross-sectional view and FIG. 1B being a plan view. The outer main electrode 2L includes three electrodes 3L, 4L, and 5L, and the inner main electrode 2R includes three electrodes 3R, 4R, and 5R.
It is equipped with three electrodes. electrode 3L and electrode 3R,
The electrode 4L and the electrode 4R, and the electrode 5L and the electrode 5R form a pair, and are arranged in rotationally symmetrical positions with respect to the Z axis. Auxiliary electrodes 6 and 7 are arranged above and below the outer main electrode 2L and the inner main electrode 2R, respectively, in plane symmetry with respect to the x-axis. Pole pieces 1 and 10 are arranged above and below the electric field sector electrode, which is composed of four types of electrodes: the outer main electrode 2L, the inner main electrode 2R, and the auxiliary electrodes 6 and 7, respectively, so that the superimposed field is It is formed. In addition, in FIG. 1B, the pole pieces 6 and 7 are omitted, and 8 is a Herzog shunt on the entrance side, and 9 is a Herzog shunt on the entrance side.
indicates the Herzog shunt on the exit side. A voltage as shown in FIG. 1A is applied to each electrode. That is, the electrode 3L
A voltage V2 is applied to the electrode 5L, a voltage V1 is applied to the electrode 3R and the electrode 5R, and a voltage V3 is applied to the auxiliary electrodes 6 and 7. When a voltage V4 (V4>0) is applied to the electrode 4L, a voltage of -V4 is applied to the electrode 4R.
【0009】次に、形成される電場について説明する。Next, the generated electric field will be explained.
【0010】ところで、図1に示すようなZ軸に関して
回転対称な電場のイオン光学的な特性は、図1Aのx−
y平面における任意の点(x,y)の電位φを下記の(
1)式のように展開したときの係数Ui0(i=1,2
,……)、即ちx方向についての電位φの変化率によっ
て決定されることが知られている。By the way, the ion optical characteristics of an electric field rotationally symmetrical about the Z axis as shown in FIG.
The potential φ at any point (x, y) on the y plane is expressed as (
1) Coefficient Ui0 (i=1,2
,...), that is, it is known that it is determined by the rate of change of the potential φ in the x direction.
【0011】[0011]
【数1】[Math 1]
【0012】但し、aは図1Bに示すようにZ軸の回転
半径であり、また係数Ui0は、[0012] However, as shown in FIG. 1B, a is the radius of rotation of the Z axis, and the coefficient Ui0 is
【0013】[0013]
【数2】[Math 2]
【0014】で表される。従って、E0 は、x−y平
面の原点における電場強度をEとしたとき、電位の1次
の係数U10を用いて、−E/U10で求められる値で
ある。It is expressed as: Therefore, E0 is a value determined by -E/U10 using the first-order potential coefficient U10, where E is the electric field strength at the origin of the xy plane.
【0015】イオン光学では、電位については4次の係
数まで、即ち軌道については3次の係数までを考慮すれ
ば十分であるので、結局重畳場のイオン光学的特性はU
10,U20,U30,U40の4つの係数で決定され
ることになる。なお、これらはそれぞれ下記の(3)式
、(4)式、(5)式、(6)式で与えられる。In ion optics, it is sufficient to consider up to the 4th order coefficient for the electric potential, that is, up to the 3rd order coefficient for the trajectory, so the ion optical characteristics of the superimposed field are
It is determined by four coefficients: 10, U20, U30, and U40. Note that these are given by the following equations (3), (4), (5), and (6), respectively.
【0016】[0016]
【数3】[Math 3]
【0017】[0017]
【数4】[Math 4]
【0018】[0018]
【数5】[Math 5]
【0019】[0019]
【数6】[Math 6]
【0020】ここでVはイオンの加速電圧である。そし
て、これら4つの係数U10,U20,U30,U40
の値は各電極に印加される4つの電圧V1 , V2
, V3 ,V4 の組合せにより決定され、係数U1
0,U20,U30,U40が決定されることによって
、5次以上の係数U50,U60,……の値が自動的に
定まる。なお、2次の係数U20は軌道の1次収差を支
配する係数であり、3次の係数U30は軌道の2次収差
を支配する係数であり、4次の係数U40は軌道の3次
の収差に影響する係数である。U10,U20,U30
,U40の特定の値の組に対する電場、従って各電極に
印加する電圧V1 , V2 , V3 , V4 の
値は、例えば表面電荷法とシンプレックス(SIMPE
X)法を組み合わせてシミュレーションを行うことによ
り、精度よく求めることができる。その例を以下に説明
する。[0020] Here, V is the ion acceleration voltage. And these four coefficients U10, U20, U30, U40
The value of is the four voltages V1 and V2 applied to each electrode.
, V3 and V4, and the coefficient U1
By determining 0, U20, U30, U40, the values of fifth-order or higher coefficients U50, U60, . . . are automatically determined. Note that the second-order coefficient U20 is a coefficient that governs the first-order aberration of the orbit, the third-order coefficient U30 is a coefficient that governs the second-order aberration of the orbit, and the fourth-order coefficient U40 is the coefficient that governs the third-order aberration of the orbit. It is a coefficient that affects U10, U20, U30
, U40, and thus the values of the voltages V1, V2, V3, V4 applied to each electrode, can be determined using the surface charge method and the simplex
By performing a simulation in combination with the X) method, it can be determined with high accuracy. An example of this will be explained below.
【0021】1次のオーダーで二重集束であり、且つ立
体集束を成立させる重畳場を形成するための電場は、U
10=−1.0 且つU20=0である必要があること
が分かっている。また、U30及びU40も零の近傍が
よいことが本発明者による実験を含めた理論的検討によ
り明らかになっている。そして、イオン加速電圧VをV
= 3.0kVとしたとき、U10=−1.0 ,U2
0=U30=U40=0となる電圧値は、V1 =V1
0,V2 =V20,V3 =V30,V4 =V40
とおくと、計算により次のような値となる。
V10=−1.244389×102 (V)
…(7)V20= 3.083180×10
2 (V) …(8)V30=−1.399
793×102 (V) …(9)V4
0=−1.999861×102 (V)
…(10)しかし、実際にはフリンジ場や端面場の
影響によって1次の集束条件がずれるので、U10,U
20,U30,U40の値は上記の値からずれ、従って
各電極に印加する電圧V10,V20,V30,V40
の値も異なってくる。このときのx−y平面の原点にお
けるU10,U20,U30,U40の値を、それぞれ
U100,U200,U300,U400 とおくと、
原点からのUi0(i=1,2,3,4)の変化は次の
式で表すことができる。
△U1 =U10−U100
…(11)△U2 =U20−U200
…(12)△
U3 =U30−U300
…(13)△U4 =U40−U400
…(14)そし
て、このとき、△V1 =V1 −V10,△V2 =
V2 −V20,△V3 =V3 −V30,△V4
=V4 −V40として、[0021] The electric field for forming a superimposed field that is double focusing on the first order and establishes 3D focusing is U
It is known that 10=-1.0 and U20=0. Further, theoretical studies including experiments by the present inventor have revealed that U30 and U40 are preferably near zero. Then, the ion acceleration voltage V is set to V
= 3.0kV, U10=-1.0, U2
The voltage value at which 0=U30=U40=0 is V1 =V1
0, V2 = V20, V3 = V30, V4 = V40
By calculation, we get the following value. V10=-1.244389×102 (V)
...(7) V20= 3.083180×10
2 (V)...(8)V30=-1.399
793×102 (V) …(9)V4
0=-1.999861×102 (V)
...(10) However, in reality, the first-order focusing condition shifts due to the influence of the fringe field and the edge field, so U10,U
The values of 20, U30, and U40 deviate from the above values, so the voltages applied to each electrode V10, V20, V30, and V40
The values of will also differ. If the values of U10, U20, U30, and U40 at the origin of the x-y plane at this time are set as U100, U200, U300, and U400, respectively,
Changes in Ui0 (i=1, 2, 3, 4) from the origin can be expressed by the following equation. △U1 =U10-U100
...(11)△U2 =U20-U200
…(12)△
U3 = U30-U300
...(13)△U4 =U40-U400
...(14) And at this time, △V1 = V1 - V10, △V2 =
V2 −V20, △V3 =V3 −V30, △V4
=V4 -V40,
【0022】[0022]
【数15】[Math. 15]
【0023】[0023]
【数16】[Math. 16]
【0024】[0024]
【数17】[Math. 17]
【0025】[0025]
【数18】[Math. 18]
【0026】が成り立ち、また、[0026] holds, and also,
【0027】[0027]
【数19】[Math. 19]
【0028】とおくと、[0028]
【0029】[0029]
【数20】[Math. 20]
【0030】とマトリクスで表すことができ、従って、
[0030] can be expressed as a matrix, and therefore,
【0031】[0031]
【数21】[Math. 21]
【0032】となり、必要なUi0の値が求められ、従
って△Ui が求められた場合には、この(21)式を
用いてVi を求めることができる。なお、(21)式
は|△Ui |≒ 1.0及び|△Ui |<1.0
の範囲では(20)式、(21)式がかなり正確に成立
していることは表面電荷法等により確認されている。こ
こで、U100 =−1,U200=U300=U40
0=0のときのAijの値は、各電極の寸法が図2に示
すようであるとき、図3に示す値となることがシミュレ
ーションにより求められている。
なお、図2において数値の単位はmmである。##EQU1## When the necessary value of Ui0 is found and therefore ΔUi is found, Vi can be found using this equation (21). Note that equation (21) is |△Ui |≒ 1.0 and |△Ui |<1.0
It has been confirmed by the surface charge method that the equations (20) and (21) hold fairly accurately within the range of . Here, U100 = -1, U200 = U300 = U40
It has been determined by simulation that the value of Aij when 0=0 is the value shown in FIG. 3 when the dimensions of each electrode are as shown in FIG. Note that in FIG. 2, the unit of numerical values is mm.
【0033】図4は、U20,U30,U40の値を原
点に固定した状態、即ちU20=U200=0,U30
=U300=0,U40=U400=0の状態において
、U10を変化させたときの電圧Vi (i =1,2
,3,4 )の変化を示す図であり、図5は、U10,
U30,U40の値を原点に固定した状態、即ちU10
=U100 =−1,U30=U300=0,U40=
U400=0の状態においてU20を変化させたときの
電圧Vi の変化を示す図であり、図6は同様に、U1
0=U100 =−1,U20=U200=0,U40
=U400=0の状態において、U30を変化させたと
きの電圧Vi の変化を示す図であり、図7はU10=
U100 =−1,U20=U200=0,U30=U
300=0の状態においてU40を変化させたときの電
圧Vi の変化を示す図である。なお、図4〜図7にお
いては電圧Vi は偏向の基準電圧(V0 = 200
Vで規格化されて表されている。図4〜図7から容易に
理解できるように、U10,U20,U30,U40の
中の一つだけを変化させ、残りの係数を固定したときの
電圧Vi の変化は、広い範囲に渡って直線で表される
ことが分かる。特に、U30を変化させたときには、図
6から明らかなように、U30が± 1.0程度変化し
ても規格化された値(Vi /V0 )はグラフ上では
殆ど変化しない。従って、図6には、原点における電圧
Vi0からのずれ、即ち△Vi が示されているもので
ある。これによれば、U30が−1.0 〜1.0 ま
で変化するとき各Vi の変化△Vi は殆ど1V以下
であり、このことは逆にV1,V2,V3 が少し変化
してもU30は大きく変化することを示している。FIG. 4 shows a state in which the values of U20, U30, and U40 are fixed at the origin, that is, U20=U200=0, U30.
= U300 = 0, U40 = U400 = 0, voltage Vi (i = 1, 2
, 3, 4), and FIG. 5 is a diagram showing changes in U10,
A state where the values of U30 and U40 are fixed at the origin, that is, U10
=U100 =-1, U30=U300=0, U40=
6 is a diagram showing changes in voltage Vi when U20 is changed in a state where U400=0, and FIG.
0=U100=-1, U20=U200=0, U40
7 is a diagram showing changes in voltage Vi when U30 is changed in a state where U400=0, and FIG.
U100=-1, U20=U200=0, U30=U
FIG. 3 is a diagram showing a change in voltage Vi when U40 is changed in a state where 300=0. In addition, in FIGS. 4 to 7, the voltage Vi is the deflection reference voltage (V0 = 200
It is normalized and expressed as V. As can be easily understood from FIGS. 4 to 7, when only one of U10, U20, U30, and U40 is changed and the remaining coefficients are fixed, the voltage Vi changes linearly over a wide range. It can be seen that it is expressed as In particular, when U30 is changed, as is clear from FIG. 6, even if U30 changes by about ±1.0, the standardized value (Vi/V0) hardly changes on the graph. Therefore, FIG. 6 shows the deviation from the voltage Vi0 at the origin, that is, ΔVi. According to this, when U30 changes from -1.0 to 1.0, the change △Vi in each Vi is almost 1V or less, and conversely, even if V1, V2, and V3 change slightly, U30 It shows that there is a big change.
【0034】次に、Ui0が変化したときにイオン光学
的な集束特性がどのように変化するかについて説明する
。
U10の変化△U10は1次のエネルギー収差を与える
。従って、質量分解能3000を得るためには、△U1
0は少なくとも下記の条件を満足する必要がある。Next, a description will be given of how the ion optical focusing characteristics change when Ui0 changes. The change ΔU10 in U10 gives a first-order energy aberration. Therefore, in order to obtain a mass resolution of 3000, △U1
0 must satisfy at least the following conditions.
【0035】[0035]
【数22】[Math. 22]
【0036】次に、U20は図8から1次の方向集束の
収差に影響する係数であることが分かる。即ち、図8A
,Bはそれぞれ、U10=−1.0 ,U30=2.5
,U40=0に固定し、U20を 0 にした場合、
−0.05にした場合のZ方向のビームの1次の集束点
を示す図であり、これからU20を変化させると1次の
集束点が移動することが理解できる。従って、U20の
変化△U20は少なくとも下記の条件を満足する必要が
ある。Next, it can be seen from FIG. 8 that U20 is a coefficient that affects the aberration of first-order directional focusing. That is, FIG. 8A
, B are respectively U10=-1.0 and U30=2.5
, U40=0 and U20 is set to 0,
It is a diagram showing the primary focal point of the beam in the Z direction when the value is -0.05, and it can be understood from this that when U20 is changed, the primary focal point moves. Therefore, the change in U20 ΔU20 needs to satisfy at least the following conditions.
【0037】[0037]
【数23】[Math. 23]
【0038】次に、U30は、図9からビームの集束点
における2次収差によるビームの広がりに影響すること
が分かる。即ち、図9A,B,C,DはそれぞれU10
,U20,U40を固定し、U30を−5.0 にした
場合、0 にした場合、2.5 にした場合、5.0に
した場合の集束点における2次収差に基づくビームの広
がりを示す図であり、これからU30を変化させると集
束点において2次収差に基づくビームの広がりが変化す
ることが分かる。なお、図9ではU30以外のUi0の
値は、U10=−1.0 ,U20=−0.05,U4
0=0である。そして、ビームの開き角が±1/150
(rad)に対して、U30が 2.5程度変化した場
合には、2次収差によるビームの広がりは 50 μm
程度になることが確認されている。これは質量分解能6
000に相当するものである。従って、U30の変化△
U30は下記の条件を満足する必要がある。Next, it can be seen from FIG. 9 that U30 affects the spread of the beam due to the second-order aberration at the focal point of the beam. That is, FIGS. 9A, B, C, and D are each U10
, U20, and U40 are fixed and U30 is set to -5.0, 0, 2.5, and 5.0. This figure shows that changing U30 changes the beam spread based on secondary aberration at the focal point. In addition, in FIG. 9, the values of Ui0 other than U30 are U10=-1.0, U20=-0.05, U4
0=0. And the beam opening angle is ±1/150
(rad), if U30 changes by about 2.5, the beam spread due to second-order aberration will be 50 μm.
It has been confirmed that this will be the case. This has a mass resolution of 6
It corresponds to 000. Therefore, the change in U30 △
U30 must satisfy the following conditions.
【0039】[0039]
【数24】[Math. 24]
【0040】次に、U40については、U40が 10
程度変化しても理論計算上ではイオンパスは殆ど変わ
らないことが確かめられている。しかし、U40が変化
すると、5次以上の収差によって、図10に示すように
電場に歪みが生じることがシミュレーションの結果明ら
かになっている。図10A,BはそれぞれU10=−1
.0 ,U20=−0.05,U30=2.5 に固定
し、U40を0.45にした場合、−0.45にした場
合の電気力線の様子を示した図であり、図10Aの方が
同図Bよりも電場の歪みが小さいことが分かる。なお、
各電極の寸法は図2に示すものと同じである。Next, regarding U40, U40 is 10
It has been confirmed that even if the degree changes, the ion path hardly changes based on theoretical calculations. However, simulation results have revealed that when U40 changes, distortion occurs in the electric field due to fifth-order or higher-order aberrations, as shown in FIG. 10A and B are U10=-1, respectively.
.. 0, U20=-0.05, U30=2.5, and U40 is set to 0.45 and -0.45. It can be seen that the distortion of the electric field is smaller in Figure B than in Figure B. In addition,
The dimensions of each electrode are the same as shown in FIG.
【0041】以上のことから、図1に示すように二つの
主電極をそれぞれ3分割し、各電極には上下対称となる
電位を与えることによって、イオン光学的な集束条件、
即ちエネルギー集束性(U10)、方向の1次集束性(
U20)及び2次収差(U30)を独立に制御すること
ができ、次に、こうして得られた最適なU10,U20
,U30の組み合わせに対してU40を変化させて良好
な電場が得られる値を求めることによって、良好な電場
を得ることができることが確認されている。From the above, as shown in FIG. 1, by dividing each of the two main electrodes into three parts and applying vertically symmetrical potentials to each electrode, the ion optical focusing conditions can be adjusted.
That is, energy focusing (U10), primary focusing in direction (
U20) and secondary aberration (U30) can be controlled independently, and then the optimal U10, U20 thus obtained can be
It has been confirmed that a good electric field can be obtained by changing U40 for the combination of , U30 and finding a value that provides a good electric field.
【0042】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形が可能である。例えば、上記実施例では主電極
を3分割にしたが、2分割または4分割以上に分割する
こともでき、分割数を多くすることによって、より均一
な電場を発生させることができる。また、補助電極を図
11に示すような多電極で構成することも可能であり、
更に、主電極の電極分割は、上記実施例ではそれぞれ別
個の電極を用いるものとしているが、主電極を多電極で
構成し、線条電極に印加する電圧を変えることによって
、電気的に電極分割を行うことも可能である。Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the main electrode is divided into three parts, but it can also be divided into two or four or more parts, and by increasing the number of divisions, a more uniform electric field can be generated. It is also possible to configure the auxiliary electrode with multiple electrodes as shown in FIG.
Furthermore, the main electrode can be electrically divided by using separate electrodes in the above embodiments, but by configuring the main electrode with multiple electrodes and changing the voltage applied to the linear electrodes, the main electrode can be electrically divided. It is also possible to do this.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、小型で作成の容易な電場セクタ用電極を得る
ことができるばかりでなく、エネルギー集束性、方向の
1次集束性及び2次収差を独立に制御でき、しかも高次
の収差に基づく電場の歪みも制御できるので、最適な電
場を得ることができる。As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible not only to obtain an electric field sector electrode that is small and easy to produce, but also to improve energy focusing, primary focusing in direction, and Since secondary aberrations can be controlled independently and distortion of the electric field based on higher-order aberrations can also be controlled, an optimal electric field can be obtained.
【図1】 本発明に係る電場セクタ用電極の一実施例
の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of an electric field sector electrode according to the present invention.
【図2】 電極の寸法例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the dimensions of an electrode.
【図3】 Aijの値の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the value of Aij.
【図4】 U10のみを変化させたときの各電極電圧
の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in each electrode voltage when only U10 is changed.
【図5】 U20のみを変化させたときの各電極電圧
の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing changes in each electrode voltage when only U20 is changed.
【図6】 U30のみを変化させたときの各電極電圧
の変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing changes in each electrode voltage when only U30 is changed.
【図7】 U40のみを変化させたときの各電極電圧
の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing changes in each electrode voltage when only U40 is changed.
【図8】 U20のみを変化させたときのZ方向のビ
ームの1次の集束点のシフトを説明するための図である
。FIG. 8 is a diagram for explaining the shift of the primary focal point of the beam in the Z direction when only U20 is changed.
【図9】 U30のみを変化させたときの2次収差に
基づくビームの広がりを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining beam spread based on second-order aberration when only U30 is changed.
【図10】 U40を変化させたときに発生する電場
の歪みを説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the distortion of the electric field that occurs when U40 is changed.
【図11】 従来の多電極を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional multi-electrode.
【図12】 従来用いられていた電場セクタ用電極の
構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a conventionally used electric field sector electrode.
1,10…ポールピース、2…主電極、3,4,5…分
割電極、6,7…補助電極。1, 10... Pole piece, 2... Main electrode, 3, 4, 5... Divided electrode, 6, 7... Auxiliary electrode.
Claims (1)
軸に対して回転対称に配置された主電極を備える電場セ
クタ用電極において、前記主電極は複数対の電極を備え
ることを特徴とする電場セクタ用電極。1. An electric field sector electrode comprising a main electrode arranged rotationally symmetrically with respect to an optical axis between auxiliary electrodes arranged facing each other, wherein the main electrode comprises a plurality of pairs of electrodes. Electrode for electric field sector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3004436A JPH04237941A (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Electrode for electric field sector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3004436A JPH04237941A (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Electrode for electric field sector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04237941A true JPH04237941A (en) | 1992-08-26 |
Family
ID=11584183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3004436A Withdrawn JPH04237941A (en) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | Electrode for electric field sector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04237941A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019509585A (en) * | 2016-02-19 | 2019-04-04 | ルクセンブルク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー(リスト) | Charged secondary particle extraction system for use in mass spectrometers or other charged particle devices |
-
1991
- 1991-01-18 JP JP3004436A patent/JPH04237941A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019509585A (en) * | 2016-02-19 | 2019-04-04 | ルクセンブルク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー(リスト) | Charged secondary particle extraction system for use in mass spectrometers or other charged particle devices |
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