JPH05129000A - Ion gun for recti-collision ion scattering spectroscopic use - Google Patents

Ion gun for recti-collision ion scattering spectroscopic use

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JPH05129000A
JPH05129000A JP3320046A JP32004691A JPH05129000A JP H05129000 A JPH05129000 A JP H05129000A JP 3320046 A JP3320046 A JP 3320046A JP 32004691 A JP32004691 A JP 32004691A JP H05129000 A JPH05129000 A JP H05129000A
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JP
Japan
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ion
ions
analysis
energy
electromagnet
Prior art date
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Application number
JP3320046A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takeda
博 武田
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an ion gun for recti-collision ion scattering spectroscopic use able to make the scattering angle to 180 degree and the impact coefficient to zero, and to improve analytic accuracy. CONSTITUTION:An electromagnet 7 is provided along an ion channel to bend trajectories of ions emitted from an ion source 6. Trajectories 17 of ions scattered from an analysis sample 15 at a scattering angle of 180 degree are drawn and bended, and the ions are introduced in an energy analyser 8, wherein intensity of scattered ions and moreover emitted positions of ions are measured by a position detector 14 so that energy analysis can be carried out. The central axes of respective components are made to lie on a same plane, hence the scattering angle can be made to 180 degree and the impact coefficient can be made to zero so as to improve the position analysis accuracy of atoms constructing the sample surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体表面の物理分析、
主に固体表面の、原子構造解析として有効な直衝突イオ
ン散乱の精度良い解析を行なうための新規な直衝突イオ
ン散乱分光用イオン銃に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a physical analysis of a solid surface,
The present invention mainly relates to a novel ion bombardment for direct collision ion scattering spectroscopy for performing accurate analysis of direct collision ion scattering effective for atomic structure analysis of a solid surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】直衝突イオン散乱分光法は、超高真空チ
ャンバー内で一定のエネルギーをもつイオンビームを固
体試料に照射し、散乱角160度程度で散乱したイオン
のエネルギー分析をすることによって、その固体試料の
表面の原子構造解析などを行なう手段である。図3は、
従来装置の構成例を示す説明図であって、この装置を使
用して分析するには、イオン銃1からエネルギーが一定
のイオンビームを分析しようとする分析試料2に照射
し、分析試料2より散乱されたイオンを静電型エネルギ
ー分析装置3のエネルギー分析器4においてエネルギー
分析し、二次電子増倍管(チャネルトロン)5によって
検知する。これにより出力されたパルス状の信号をプリ
アンプでまず増幅し、フィルターを通すことによって高
周波などのノイズを除去する。次に、パルス増幅器で再
度増幅した後、パルスカウンターでパルス信号をカウン
トすることによって散乱イオン強度を求め、インターフ
ェースを通してコンピュータにデータを取込む。又、静
電型エネルギー分析器4は、コンピュータからインター
フェース、アナライザーコントローラを通して制御され
ることによって行なわれている。ここで従来の装置で
は、その幾何学的な構造上、イオン銃1と、静電型エネ
ルギー分析器4を同じ所に配置することが不可能である
ことから、従来は、散乱角を160度程度にとって、こ
れを近似的に直衝突イオン散乱分光と称して分析を行な
っているものである。
2. Description of the Related Art In the direct collision ion scattering spectroscopy, a solid sample is irradiated with an ion beam having a constant energy in an ultrahigh vacuum chamber, and the energy of the scattered ions at a scattering angle of about 160 degrees is analyzed. It is a means for analyzing the atomic structure of the surface of the solid sample. Figure 3
It is explanatory drawing which shows the structural example of a conventional apparatus, and in order to analyze using this apparatus, the analysis sample 2 to be analyzed is irradiated with the ion beam whose energy is constant from the ion gun 1. The scattered ions are subjected to energy analysis in the energy analyzer 4 of the electrostatic energy analyzer 3 and detected by the secondary electron multiplier (channel tron) 5. The pulsed signal thus output is first amplified by a preamplifier and then filtered to remove noise such as high frequencies. Next, after being amplified again by the pulse amplifier, the scattered ion intensity is obtained by counting the pulse signals with the pulse counter, and the data is taken into the computer through the interface. The electrostatic energy analyzer 4 is operated by being controlled by a computer through an interface and an analyzer controller. Here, in the conventional device, it is impossible to dispose the ion gun 1 and the electrostatic energy analyzer 4 at the same place due to the geometrical structure, and therefore, in the conventional device, the scattering angle is 160 degrees. According to the degree, this is approximately referred to as direct collision ion scattering spectroscopy for analysis.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに散乱角を160度程度にとると、とくに分析試料が
化合物である場合には、入射イオンが分析試料を構成す
る原子と衝突する際、その原子の種類によりその角度で
散乱する衝突係数(インパクトパラメータ)が異なるこ
とから、試料表面を構成する原子の位置解析精度があま
り良くないという問題がある。
However, when the scattering angle is set to about 160 degrees in this way, especially when the analysis sample is a compound, when incident ions collide with atoms constituting the analysis sample, Since the collision coefficient (impact parameter) scattered at that angle differs depending on the type of atom, there is a problem in that the position analysis accuracy of the atoms constituting the sample surface is not very good.

【0004】本発明は、この散乱角を180度にとり衝
突係数を零とすることによりこれの影響をなくし、直衝
突イオン散乱分光装置における解析精度が向上し得るよ
うなイオン銃を提供することを目的とするものである。
The present invention provides an ion gun which can eliminate the influence of the scattering angle of 180 degrees and the collision coefficient of zero to improve the analysis accuracy in the direct collision ion scattering spectrometer. It is intended.

【0005】[0005]

【問題を解決するための手段】本発明者は、前記問題を
解決し、前記目的を達成するために鋭意研究を行ない、
イオン源から放射されるイオンビームの進路の途中に電
磁石を設けることによって、イオンビームを一定の角度
で曲げ、散乱角を180度とし得て目的を達し得ること
を見出して本発明を完成するに至った。すなわち、本発
明は、イオン源と、該イオン源により放射された加速エ
ネルギーが一定かつ方向が一定のイオン軌道を一定角度
で曲げるための電磁石と、放射したイオンの軌道と同じ
軌道を逆向きに入射したイオンを電磁石の磁場でエネル
ギーを分析し検出する手段とを備えた直衝突イオン散乱
分光用イオン銃である。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have conducted diligent research to solve the above problems and achieve the above objects,
To complete the present invention by finding that the ion beam can be bent at a constant angle and the scattering angle can be set to 180 degrees by providing an electromagnet in the course of the ion beam emitted from the ion source to achieve the purpose. I arrived. That is, the present invention is directed to an ion source, an electromagnet for bending an ion orbit having a constant acceleration energy and a constant direction emitted by the ion source at a constant angle, and the same orbit of the emitted ions in the opposite direction. This is an ion gun for direct collision ion scattering spectroscopy, which is provided with a means for analyzing and detecting the energy of incident ions by the magnetic field of an electromagnet.

【0006】本発明を構成する各部分は、従来から使用
されているものを組合わせればよく、磁場を形成する電
磁石としては、たとえば、イオンビームの通過路に当た
る部分の20cm×20cmの領域が1000〜700
0[A/m]程度の磁界になるように設定し得るものが
好ましい。
Each of the parts constituting the present invention may be a combination of conventionally used ones. As an electromagnet for forming a magnetic field, for example, a 20 cm × 20 cm area of the part corresponding to the passage of the ion beam is 1000. ~ 700
It is preferable that the magnetic field can be set so that the magnetic field is about 0 [A / m].

【0007】[0007]

【作用】本発明イオン銃はこのように構成されているの
で、イオン源から放射されたイオンビームが電磁石によ
る一様な磁場を通ったとき、そのイオンビームに働らく
ローレンツ力によってフレミングの左手の法則にしたが
う方向にその軌道が図1に示すように軌道16のように
曲げられる。次に、このイオンビームが分析試料を構成
する原子と衝突をおこし、散乱角180度で散乱したイ
オンは、イオン銃のイオン照射口よりイオン銃の方へ入
り電磁石の磁場中を通り、分析試料への照射イオンビー
ムとは進向方向が反対であり、照射イオンビームとは異
なる方向へローレンツ力が働らくことから、散乱イオン
の軌道は、分析試料への照射イオンビームのものとは異
なる軌道17を描く。さらに、このときの散乱イオンは
おのおのの持つエネルギーが異なると、その軌道もずれ
ることから、位置検出器(PSD)14により、散乱イ
オン強度の他このイオンの検出される位置も測定するこ
とによって、そのエネルギー分析が可能となるものであ
る。
Since the ion gun of the present invention is constructed in this way, when the ion beam emitted from the ion source passes through the uniform magnetic field of the electromagnet, the Lorentz force acting on the ion beam causes Fleming's left hand to act. The orbit is bent in the direction according to the law as an orbit 16 as shown in FIG. Next, this ion beam collides with the atoms constituting the analysis sample, and the ions scattered at a scattering angle of 180 degrees enter the ion gun from the ion irradiation port of the ion gun, pass through the magnetic field of the electromagnet, and pass through the analysis sample. The direction of the scattered ion is different from that of the ion beam irradiated to the analysis sample because the Lorentz force acts in a direction different from that of the ion beam irradiated to the analysis sample. Draw 17. Further, since the orbits of the scattered ions at this time are different when the respective energies are different, the position detector (PSD) 14 measures the scattered ion intensity as well as the position where this ion is detected. The energy analysis becomes possible.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明の実施例を添付の図面に基づい
て述べる。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

【0009】図1は、本発明イオン中の一実施例を断面
で示す説明図、図2は、本発明イオン銃の一実施例を示
す斜視図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing in cross section one embodiment of the ion of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of the ion gun of the present invention.

【0010】本発明イオン銃は、イオン源6、イオンビ
ーム軌道を曲げるための電磁石7、及び、磁場によるエ
ネルギー分析部8などを主な構成要素として構成されて
いる。しかして、これらの中心軸は、同一平面内にあ
り、射出部中心軸に対してイオン源6とエネルギー分析
部8は、互いに対称方向に延長する構造となっている。
The ion gun of the present invention mainly comprises an ion source 6, an electromagnet 7 for bending the trajectory of an ion beam, an energy analysis section 8 by a magnetic field, and the like. Then, these central axes are in the same plane, and the ion source 6 and the energy analysis unit 8 are arranged to extend symmetrically with respect to the central axis of the ejection portion.

【0011】次に、各構成要素について説明する。イオ
ン源6は、電子衝撃型のものが使用され、次のような各
部から構成されている。すなわち、フィラメント9に電
流を流すことによって、これに接しているカソード10
を熱し、カソード10とアノード11との間に電位を加
えることで、カソード10から出た電子を数10eV程
度に加速し、このエネルギーで、ここに供給されたガス
(Heガス)との衝突電離を行なわせてイオンを生成さ
せ、生成したイオンを加速し放射するようになってい
る。次に、電磁石7は、通常の電磁石を使用し、イオン
ビームの通過路に当たる部分に設け、イオンビーム軌道
を曲げ、この磁場を通り抜けたイオンビームは、静電レ
ンズ13と偏光板12を通して分析試料15表面に収束
させるようになっている。さらに、エネルギー分析部8
は、通常の静電型エネルギー分析器でよく、磁場で曲げ
られ射出部18から射出され分析試料15に当たり散乱
角180度で散乱したイオンは、軌道17を描き射出部
18を通過して磁場で前述のように曲げられてエネルギ
ー分析部18に達し、散乱イオンのそれぞれの持つエネ
ルギーが異なるとその軌道もずれることから位置検出器
14によりエネルギー分析され、イオンの放出される位
置も測定されるようになっている。
Next, each component will be described. The ion source 6 is of the electron impact type and is composed of the following parts. That is, by passing a current through the filament 9, the cathode 10 in contact with it
Are heated and an electric potential is applied between the cathode 10 and the anode 11, thereby accelerating the electrons emitted from the cathode 10 to several tens eV, and with this energy, collision ionization with the gas (He gas) supplied here Is performed to generate ions, and the generated ions are accelerated and emitted. Next, the electromagnet 7 is an ordinary electromagnet, is provided in a portion corresponding to the passage of the ion beam, bends the trajectory of the ion beam, and the ion beam passing through this magnetic field passes through the electrostatic lens 13 and the polarizing plate 12 to analyze the sample. It is designed to converge on 15 surfaces. Furthermore, the energy analysis unit 8
Can be an ordinary electrostatic energy analyzer, and ions that are bent by a magnetic field and ejected from the ejection part 18 and hit the analysis sample 15 and scattered at a scattering angle of 180 degrees pass through the ejection part 18 and are generated in the magnetic field. As described above, the energy is analyzed by the position detector 14 when the energy reaches the energy analysis unit 18, and the orbits of the scattered ions are also displaced when the energy of each scattered ion is different, so that the position at which the ions are emitted is also measured. It has become.

【0012】このイオン銃6を、たとえば、照射イオン
を1KeVのHeイオンとし、電磁石7をイオンビー
ムの通過路に当たる部分に20cm×20cmの領域が
2330[A/m]程度の磁界になるように設定したも
のとすると、エネルギー分析部8は、400eV〜1K
eVのHe散乱イオンの分析が可能となり、InPの
ような化合物でも原子位置の解析精度を0.01オング
ストローム以下にすることが可能である。
In this ion gun 6, for example, irradiation ions are He + ions of 1 KeV, and a region of 20 cm × 20 cm where the electromagnet 7 hits the passage of the ion beam has a magnetic field of about 2330 [A / m]. If the energy analyzer 8 is set to 400 eV to 1K,
It becomes possible to analyze He + scattered ions of eV, and it is possible to make the analysis accuracy of the atomic position of 0.01 angstrom or less even for a compound such as InP.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明は、放射されるイオン軌道を電磁
石によって曲げ得るようにしたので、各構成要素をその
中心軸が同一平面内にあるようにし得、散乱角を180
度で散乱させ得、分析試料が化合物である場合は、入射
イオンが分析試料を構成する原子と衝突する際、その原
子の種類によりその角度で散乱する衝突係数が異なるた
め生じる誤差がなくなり、試料表面を構成する原子の位
置解析精度を向上し得るものであって顕著な効果が認め
られる。
According to the present invention, the orbit of emitted ions can be bent by the electromagnet, so that the central axes of the respective components can be in the same plane, and the scattering angle can be 180 degrees.
When the incident sample collides with the atoms that make up the analytical sample, the collision coefficient that scatters at that angle is different when the incident ion collides with the atom that constitutes the analytical sample. It is possible to improve the accuracy of position analysis of the atoms constituting the surface, and a remarkable effect is recognized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明直衝突イオン散乱分光用イオン銃の一実
施例を断面で示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing in cross section one embodiment of an ion gun for direct collision ion scattering spectroscopy of the present invention.

【図2】本発明直衝突イオン散乱分光用イオン銃の一実
施例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of an ion gun for direct collision ion scattering spectroscopy of the present invention.

【図3】従来の直衝突イオン散乱分光装置例を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a conventional direct collision ion scattering spectrometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 イオン源 7 電磁石 8 エネルギー分析部 15 分析試料 16 出射イオン軌道 17 入射イオン軌道 6 Ion source 7 Electromagnet 8 Energy analysis section 15 Analytical sample 16 Ejection ion orbit 17 Incident ion orbit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源と、該イオン源より放射された
加速エネルギーが一定かつ方向が一定のイオン軌道を一
定角度で曲げるための電磁石と、放射したイオンの軌道
と同じ軌道を逆向きに入射したイオンを電磁石の磁場で
エネルギーを分析し検出する手段とを備えたことを特徴
とする直衝突イオン散乱分光用イオン銃。
1. An ion source, an electromagnet for bending an orbit of an ion having a constant acceleration energy and a constant direction emitted from the ion source at a constant angle, and the same orbit of the emitted ion is incident in the opposite direction. An ion gun for direct collision ion scattering spectroscopy, comprising: means for analyzing and detecting the energy of the generated ions by the magnetic field of an electromagnet.
JP3320046A 1991-11-07 1991-11-07 Ion gun for recti-collision ion scattering spectroscopic use Pending JPH05129000A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013054937A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-18 Canon Kabushiki Kaisha Mass spectrometer
CN114973899A (en) * 2022-06-02 2022-08-30 中国科学院合肥物质科学研究院 Simulation device for atmospheric radiation excited by electrons

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