JPH0525614A - Cluster forming device - Google Patents

Cluster forming device

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JPH0525614A
JPH0525614A JP20641891A JP20641891A JPH0525614A JP H0525614 A JPH0525614 A JP H0525614A JP 20641891 A JP20641891 A JP 20641891A JP 20641891 A JP20641891 A JP 20641891A JP H0525614 A JPH0525614 A JP H0525614A
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cluster
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generation chamber
clusters
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Nobuyuki Sasao
信之 笹尾
Yukio Wada
幸男 和田
Hideyuki Funasaka
英之 船坂
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Abstract

PURPOSE:To allow the use of metals and oxides as well, the formation of high- purity clusters without intrusion of impurities, the control of the sizes of the generated clusters, the continuous formation of the clusters of arbitrary sizes, and the assurance of the sizes. CONSTITUTION:This device is made into a horizontal type gas flow the construction constituted by connecting a sample vapor generating chamber 10 and cluster forming chamber 30 and a mass analysis chamber 50 which are connected to a discharge system via skimmers 40, 60. The sample vapor generated by irradiating a sample rod 14 with a laser beam 16 and the carrier gas and reactive gases introduced into the chambers are ejected to the cluster forming chamber 30 through the skimmers 40, 60. The clusters are formed by utilizing the adiabatic expansion generated at this time. A mass filter 34 is provided in the cluster forming chamber 30 and a mass spectrograph is provided in the mass analysis chamber 50.

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、金属等のクラスターを
連続的に生成する装置に関するものである。更に詳しく
述べると、蒸発源としてレーザを使用し、キャリアガス
及び反応ガスを供給して蒸発試料と共にスキマーから噴
出させ、断熱膨張による凝縮現象を利用してクラスター
を生成する装置に関するものである。本装置は各種材料
の薄膜形成などに利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for continuously producing clusters of metal or the like. More specifically, the present invention relates to an apparatus that uses a laser as an evaporation source, supplies a carrier gas and a reaction gas, ejects the evaporated sample together with an evaporated sample from a skimmer, and uses the condensation phenomenon due to adiabatic expansion to generate clusters. This apparatus can be used for forming thin films of various materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子あるいは分子が数〜千個程度凝集し
たものはクラスターと呼ばれている。このクラスター
は、それを形成している原子の数が少ないため、その殆
どが表面原子である。そのため一般のバルク材料では得
ることができなかった優れた物理的並びに化学的特性を
有することが分かってきた。このような特徴により、ク
ラスターは多くの技術分野での応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Agglomeration of atoms or molecules of about several to several thousand is called a cluster. Most of the cluster atoms are surface atoms because the number of atoms forming the cluster is small. Therefore, it has been found that they have excellent physical and chemical properties that cannot be obtained by general bulk materials. Due to such characteristics, the cluster is expected to be applied in many technical fields.

【0003】従来、金属クラスターを生成する代表的な
技術としては、ルツボ容器に原料物質を封じて加熱する
ことにより、金属蒸気ビームを得る方法がある。これに
よって中性のクラスターが得られる。例えば、このクラ
スターを加速蒸着させる場合には、電子ビームあるいは
レーザビームを照射してイオン化する。
Conventionally, as a typical technique for producing metal clusters, there is a method of obtaining a metal vapor beam by sealing a raw material in a crucible container and heating it. This gives a neutral cluster. For example, when accelerating vapor deposition of this cluster, it is ionized by irradiation with an electron beam or a laser beam.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
ルツボを加熱して金属クラスターを生成する従来技術で
は、高融点材料を使い難いこと、装置の保守に手間がか
かること、更にルツボ内壁からの不純物の混入を防止で
きないこと、などの欠点があった。
However, in the conventional technique for heating the crucible to generate the metal clusters as described above, it is difficult to use the high melting point material, the maintenance of the apparatus is troublesome, and the crucible inner wall However, there are drawbacks such as the inability to prevent the inclusion of impurities.

【0005】また前述したように、生成するクラスター
は中性であるため、それに電子ビームやレーザビームを
照射してイオン化する必要があった。更に、生成される
クラスターの大きさについては、何ら制御することも確
証することもできないという課題も残されていた。
Further, as described above, since the generated clusters are neutral, it is necessary to irradiate them with an electron beam or a laser beam for ionization. Furthermore, there is still a problem that the size of the generated cluster cannot be controlled or confirmed at all.

【0006】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、任意の原料物質を使用でき、不純物の混
入がなく高純度のクラスターを生成できる装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は、発生するクラスタ
ーの大きさを制御でき、任意の大きさのクラスターを連
続的に生成でき、また大きさを確証できる装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide an apparatus which can use any raw material and can produce high-purity clusters without contamination of impurities. Another object of the present invention is to provide a device capable of controlling the size of generated clusters, continuously generating clusters of arbitrary size, and confirming the size.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、図1の原理説
明図に示すように、共に排気系を接続した試料蒸気発生
室10とクラスター生成室30とをスキマー40を介し
て連結した構造をもつクラスター生成装置である。前記
試料蒸気発生室10は、試料ロッド14を前進回転自在
に支持する前進回転駆動機構15と、該試料ロッド表面
へのレーザビーム16照射により試料を蒸発させるため
のレーザ照射窓17と、キャリアガス及び反応ガスを流
入させるガス供給系18を具備している。そして前記試
料蒸気発生室10で生じる試料蒸気とキャリアガス及び
反応性ガスを、前記スキマー40を通してクラスター生
成室30へ噴出させ、その際の断熱膨張を利用してクラ
スターを生成させるように構成している。
As shown in the principle explanatory view of FIG. 1, the present invention has a structure in which a sample vapor generation chamber 10 and a cluster generation chamber 30 both connected to an exhaust system are connected via a skimmer 40. It is a cluster generator with. The sample vapor generation chamber 10 includes a forward rotation drive mechanism 15 that supports the sample rod 14 to be rotatable forward, a laser irradiation window 17 for evaporating a sample by irradiating the surface of the sample rod 14 with a laser beam 16, and a carrier gas. And a gas supply system 18 through which the reaction gas flows. Then, the sample vapor generated in the sample vapor generation chamber 10, the carrier gas and the reactive gas are ejected to the cluster generation chamber 30 through the skimmer 40, and adiabatic expansion at that time is used to generate the cluster. There is.

【0008】ここで試料ロッド14の回転駆動機構15
は、前進を制御するサーボモータと回転を制御するステ
ッピングモータとを備えた構造とし、前進はベローを、
回転はOリングシールをそれぞれ使用して真空気密性を
確保し、該ステッピングモータは試料を蒸発させるため
のパルスレーザの一定回数の発振パルスと同期して試料
ロッド14を回転させるように制御して、その間の試料
蒸気発生条件を同一にすることが好ましい。また試料ロ
ッド14はレーザビーム16に対して約45度傾いてい
ることが最適である。
Here, the rotation driving mechanism 15 for the sample rod 14 is used.
Has a structure that includes a servo motor that controls the forward movement and a stepping motor that controls the rotation.
For rotation, an O-ring seal is used to ensure vacuum tightness, and the stepping motor is controlled to rotate the sample rod 14 in synchronization with a fixed number of oscillation pulses of a pulse laser for vaporizing the sample. It is preferable that the sample vapor generation conditions during that period are the same. Further, it is optimum that the sample rod 14 is tilted about 45 degrees with respect to the laser beam 16.

【0009】このような装置全体は、好ましくは横型の
ガスフローチューブ構造とする。ガスを差動排気する
(ガスを一方から流しながら、他方から真空引きする)
には、流動方向を横方向にするのが最も簡単な構造にで
きるし、各種機器の配置に都合がいいからである。クラ
スター生成室30内にはマスフィルタ34を設置する。
更に、クラスター生成室30の下流側に、排気系を接続
した質量分析室50を、後段のスキマー60を介して連
結し、該質量分析室50に質量分析器を設けるのがよ
い。
The entire apparatus as described above preferably has a horizontal gas flow tube structure. Exhaust gas differentially (while letting gas flow from one side, evacuation from the other side)
This is because it is possible to make the flow direction the lateral direction the simplest structure and it is convenient for the arrangement of various devices. A mass filter 34 is installed in the cluster generation chamber 30.
Further, it is preferable that the mass analysis chamber 50 connected to an exhaust system is connected to the downstream side of the cluster generation chamber 30 via a skimmer 60 in the subsequent stage, and the mass analysis chamber 50 is provided with a mass analyzer.

【0010】キャリアガスとしては、断熱膨張による冷
却を考慮してヘリウムガスやアルゴンガスが最良であ
る。またクラスターを作るための反応性ガスとしては、
水素、重水素がよい。
As a carrier gas, helium gas or argon gas is the best in consideration of cooling by adiabatic expansion. In addition, as a reactive gas for making clusters,
Hydrogen and deuterium are preferred.

【0011】[0011]

【作用】レーザビームを集光して試料ロッドに照射する
と、試料が加熱され蒸発して高温のプラズマができる。
このプラズマを冷却するためキャリアガスを流し、クラ
スターを作るため反応性ガスを流す。前記試料蒸気を、
キャリアガス及び反応性ガスと共に圧力差を利用してス
キマーから噴出させると、ガススプレーのように超高速
ジェットとなって噴出する。この噴出時に、断熱膨張が
生じ、それら混合ガスは冷却され、凝縮現象により様々
なクラスターが生成し、このクラスターは冷却用のキャ
リアガスと衝突を繰り返して冷却され安定化する。本発
明ではプラズマが生成するため、イオンクラスタービー
ムと中性クラスタービームの両方が生じる。
When the laser beam is focused and irradiated on the sample rod, the sample is heated and evaporated to form high temperature plasma.
A carrier gas is flown to cool this plasma, and a reactive gas is flowed to form clusters. The sample vapor,
When jetted from the skimmer utilizing the pressure difference together with the carrier gas and the reactive gas, it jets out as an ultra-high speed jet like a gas spray. At the time of this ejection, adiabatic expansion occurs, the mixed gas is cooled, various clusters are generated by the condensation phenomenon, and these clusters are repeatedly collided with the carrier gas for cooling to be cooled and stabilized. Since plasma is generated in the present invention, both an ion cluster beam and a neutral cluster beam are generated.

【0012】マスフィルタは、クラスター生成室で生じ
るクラスターのうち、任意の大きさのクラスターのみを
取り出す制御を可能とする。質量分析器を設けると、マ
スフィルタ通過後のクラスターサイズについて確認する
ことができる。
The mass filter enables control to take out only clusters of arbitrary size among the clusters generated in the cluster generation chamber. If a mass spectrometer is provided, the cluster size after passing through the mass filter can be confirmed.

【0013】[0013]

【実施例】図2に本発明に係るクラスター生成装置の平
面図を示し、図3にその正面図を示す。このクラスター
生成装置は、横型フローチューブ構造をなし、2段のス
キマーにより圧力差を設けた3室から構成される。それ
らはガスフローの上流側から順に、試料蒸気発生室1
0、クラスター生成室30、質量分析室50である。各
室の直下にはゲート弁を介して直接排気ポンプ12,3
2,52を接続する。試料蒸気発生室10には毎秒10
00リットル以上の排気量のロータリポンプと分子ポン
プを組み合わせたものを使用し、クラスター生成室30
及び質量分析室50にはそれぞれ毎秒400リットル以
上の排気量の拡散ポンプあるいはターボ分子ポンプを用
いる。ここで横型フローチューブ構造としたのは、ガス
を差動排気する(一方からガスを流しながら他方から真
空引きする)には流動方向を横方向にするのが最も簡単
にできるし、質量分析やレーザビーム照射などを考慮す
ると横型が優れているためである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows a plan view of a cluster generating apparatus according to the present invention, and FIG. 3 shows a front view thereof. This cluster generation device has a horizontal flow tube structure and is composed of three chambers with a pressure difference provided by a two-stage skimmer. They are the sample vapor generation chamber 1 in order from the upstream side of the gas flow.
0, the cluster generation chamber 30, and the mass spectrometry chamber 50. Exhaust pumps 12, 3 directly under each chamber through gate valves
Connect 2, 52. 10 per second in the sample vapor generation chamber 10
Using a combination of a rotary pump with a displacement of at least 100 liters and a molecular pump, the cluster generation chamber 30
A diffusion pump or a turbo molecular pump having an exhaust volume of 400 liters per second or more is used for each of the mass spectrometric chamber 50. Here, the horizontal flow tube structure is the easiest way to differentially exhaust gas (flow gas from one side and evacuate from the other side) by making the flow direction horizontal. This is because the horizontal type is excellent in consideration of laser beam irradiation and the like.

【0014】試料蒸気発生室10とその直下の排気ポン
プ12との間には、開閉度を制御できるオリフィスを設
置する。これはクラスター生成の重要な因子である試料
蒸気発生室10の圧力を任意に変化させることができる
ようにするためである。前段のスキマー径は0.5mmφ
以下、後段のスキマー径は1.0mmφ以下とする。前段
のスキマーは、断熱膨張を利用して、混合ガス(試料蒸
気、反応性ガス及びキャリアガス)を冷却し、凝縮現象
によりクラスターを生成させるためのものである。また
試料蒸気発生室10の圧力値と前段のスキマー径の値を
相互に変化させることにより、クラスター生成室30の
流れを分子流とする。一方、後段のスキマーは質量分析
室50の圧力を〜10-7Torrに保持し、質量分析器の作
動領域とするためと、マスフィルタの仕切り板の役目を
果たす。これらスキマーは、実際にはX−Y駆動機構に
よってガス流れ方向に対して垂直な2方向に自由に移動
でき位置決めできるように構成してある。
Between the sample vapor generation chamber 10 and the exhaust pump 12 immediately below it, an orifice is installed which can control the degree of opening and closing. This is because the pressure in the sample vapor generation chamber 10, which is an important factor for cluster formation, can be arbitrarily changed. The former skimmer diameter is 0.5 mmφ
Hereinafter, the skimmer diameter in the latter stage is set to 1.0 mmφ or less. The skimmer in the former stage is for utilizing adiabatic expansion to cool the mixed gas (sample vapor, reactive gas and carrier gas) and generate clusters by the condensation phenomenon. Also, the pressure in the sample vapor generation chamber 10 and the value of the skimmer diameter in the previous stage are mutually changed to make the flow in the cluster generation chamber 30 a molecular flow. On the other hand, the skimmer in the latter stage holds the pressure in the mass analysis chamber 50 at -10 -7 Torr to serve as the operating region of the mass analyzer and also functions as a partition plate of the mass filter. Actually, these skimmers are constructed so that they can be freely moved and positioned in two directions perpendicular to the gas flow direction by an XY drive mechanism.

【0015】この装置により、流量6000sccm(弁開
度100%)以上の条件で、試料蒸気発生室10の圧力
0.900Torr、クラスター生成室30の圧力4.8×
10-4Torr、質量分析室50の圧力3.4×10-7Torr
を得ることができる。また試料蒸気発生室10の圧力は
0〜3.0Torrまで変化させることができる。
With this apparatus, the pressure of the sample vapor generating chamber 10 is 0.900 Torr and the pressure of the cluster generating chamber 30 is 4.8 × under the condition that the flow rate is 6000 sccm (valve opening 100%) or more.
10 -4 Torr, pressure of mass spectrometric chamber 50 3.4 × 10 -7 Torr
Can be obtained. The pressure in the sample vapor generation chamber 10 can be changed from 0 to 3.0 Torr.

【0016】ここで試料蒸気発生室10の先端(図面上
では左端)はキャリアガスと反応性ガスの流入口19に
なっている。そして試料蒸気発生室10の一側面のフロ
ー方向に対して斜め前方に試料ロッドの前進回転駆動機
構15が装着されており、また試料蒸気発生室10の反
対側の側面にはレーザビームの照射窓17が設けられて
いる。これによって、挿入される試料ロッドに対してレ
ーザビームが約45度の角度で照射する。試料ロッドの
前進回転駆動機構15は、前進をサーボモータで、回転
をステッピングモータで駆動するように構成し、ステッ
ピングモータについてはパルスレーザの一定回数の発振
パルスと同期させて、その間の試料蒸気発生条件を同一
にできるようになっている。また真空気密性について
は、前進はベローを利用し、回転はOリングシールを使
用して確保している。
Here, the tip (left end in the drawing) of the sample vapor generation chamber 10 is an inlet 19 for the carrier gas and the reactive gas. A forward rotation drive mechanism 15 for the sample rod is mounted diagonally forward of one side surface of the sample vapor generation chamber 10, and a laser beam irradiation window is provided on the opposite side surface of the sample vapor generation chamber 10. 17 are provided. As a result, the inserted sample rod is irradiated with the laser beam at an angle of about 45 degrees. The forward rotation drive mechanism 15 of the sample rod is configured to drive the forward movement by a servo motor and the rotation by a stepping motor. The stepping motor is synchronized with a fixed number of oscillation pulses of a pulse laser to generate sample vapor during that period. The conditions can be made the same. Regarding vacuum tightness, a bellows is used for forward movement and rotation is secured by using an O-ring seal.

【0017】次にクラスター生成室30内には、マスフ
ィルタとしてウィーンフィルタが内蔵されている。この
ウィーンフィルタは、各々2枚の電極板と磁石から構成
されており、電場と磁場を垂直方向に負荷し、両方の場
からの力が等しくなる質量のクラスターイオンのみ直進
し後段のスキマーを通過するが、他は発散して後段のス
キマーで取り除かれる。ウィーンフィルタを用いている
のは、とりわけ大きさが小さくても済むこと、直線的ラ
インシステムに適しているためである。
Next, a Wien filter is built in the cluster generation chamber 30 as a mass filter. This Wien filter is composed of two electrode plates and a magnet, respectively. It vertically loads an electric field and a magnetic field, and only cluster ions of masses with equal force from both fields go straight and pass through the skimmer at the latter stage. However, the others diverge and are removed by the skimmer in the latter stage. The Wien filter is used because it is particularly small in size and is suitable for linear line systems.

【0018】質量分析室50には、質量分析器54(四
重極質量分析器又は飛行時間型質量分析器)が設けられ
ており、マスフィルタ通過後のクラスターサイズについ
て確認することができる。また、これによって必要とす
る大きさのクラスターを得るためのキャリアガスと反応
性ガスの比率と圧力などの最適条件を見出すことができ
る。
The mass spectrometer 50 is provided with a mass analyzer 54 (quadrupole mass analyzer or time-of-flight mass analyzer) so that the cluster size after passing through the mass filter can be confirmed. Further, it is possible to find optimum conditions such as a ratio of carrier gas to reactive gas and pressure for obtaining clusters of a required size.

【0019】本装置の操作手順は以下の通りである。予
め10-2Torr程度まで真空引きした試料蒸気発生室10
の三頭部の一端より試料ロッドを前進回転させながら挿
入する。次にその試料ロッドに向けてレーザ照射窓17
を通して集光したレーザビームを照射し、部分的プラズ
マ状態を生成させると共に、試料蒸気を発生させる。そ
の際、キャリアガスと反応性ガスを系内に流入させて、
試料蒸気と混合した状態で前段のスキマーよりクラスタ
ー生成室30内に噴出させクラスターを生成させる。パ
ルスレーザとしては例えばエキシマレーザ50〜100
mJ(100Hz)を用い、キャリアガス及びその流量はH
e〜3000sccmまたはAr〜5000sccm、反応性ガ
スはH2 でその流量はキャリアガスの10〜20%であ
る。
The operating procedure of this apparatus is as follows. Sample vapor generation chamber 10 evacuated to about 10 -2 Torr in advance
Insert the sample rod while rotating it forward from one of the three heads. Next, toward the sample rod, a laser irradiation window 17
A laser beam focused through is irradiated to generate a partial plasma state and generate a sample vapor. At that time, the carrier gas and the reactive gas are allowed to flow into the system,
In a state of being mixed with the sample vapor, the skimmer in the previous stage ejects the skimmer into the cluster generation chamber 30 to generate clusters. As the pulse laser, for example, excimer laser 50 to 100
mJ (100Hz) is used, and carrier gas and its flow rate are H
e to 3000 sccm or Ar to 5000 sccm, the reactive gas is H 2 , and its flow rate is 10 to 20% of the carrier gas.

【0020】クラスターの生成確認は質量分析器54に
より行う。キャリアガスと反応性ガスの比率、流量、圧
力と、試料蒸気発生室の圧力、前段のスキマーを相互に
変化させて、必要とするサイズのクラスター量が最大と
なる条件を、質量分析器54の値を見ながら決定する。
そしてウィーンフィルタの電場と磁場の値を、やはり質
量分析器54の値を参考にして調整し、必要とする大き
さのクラスターのみを連続的に生成する。
The mass spectrometer 54 confirms the formation of clusters. The ratio of the carrier gas to the reactive gas, the flow rate, the pressure, the pressure in the sample vapor generation chamber, and the skimmer in the previous stage are mutually changed so that the amount of clusters of the required size becomes maximum. Determine while looking at the value.
Then, the values of the electric field and the magnetic field of the Wien filter are adjusted by also referring to the values of the mass analyzer 54, and only the clusters of the required size are continuously generated.

【0021】以上、本発明の好ましい一実施例について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
試料ロッドとレーザビームとの位置関係、それらとガス
流れ方向との関係、各室の配置、マスフィルタの形式、
その他、用途や要求に応じて適宜変更できる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this.
Positional relationship between sample rod and laser beam, relationship between them and gas flow direction, arrangement of each chamber, type of mass filter,
In addition, it can be appropriately changed according to the use and demand.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明は、試料ロッド表面にレーザビー
ムを集中照射することにより試料蒸気を発生させる方式
であるため、試料の種類によらず、即ち金属でも酸化物
でも可能であり、高融点材料でもよく、且つ高純度の試
料蒸気を得ることができる。またレーザビーム照射でプ
ラズマを生成するため、イオンクラスタービームと中性
クラスタービームの両方を同時に生成することができ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is a method of generating a sample vapor by irradiating the surface of a sample rod with a laser beam in a concentrated manner, regardless of the type of sample, that is, a metal or an oxide can be used, and a high melting point It may be a material, and high-purity sample vapor can be obtained. Further, since plasma is generated by laser beam irradiation, both an ion cluster beam and a neutral cluster beam can be generated at the same time.

【0023】クラスター生成室内にマスフィルタと質量
分析器を内蔵させることにより、任意のサイズのクラス
ターを連続的に生成することが可能となる。ガス下流側
に更に質量分析室を設けて質量分析器を設置すると、そ
れによってクラスターサイズを確認でき、その情報に応
じてガス流量や圧力、スキマー径などを調整すること
で、任意のサイズのクラスター生成の最適条件を把握で
き、効率良く所望のクラスタービームを取り出すことが
可能となる。
By incorporating a mass filter and a mass analyzer in the cluster generation chamber, it is possible to continuously generate clusters of any size. If a mass spectrometer is installed on the downstream side of the gas and a mass analyzer is installed, the cluster size can be confirmed, and by adjusting the gas flow rate, pressure, skimmer diameter, etc., the cluster of any size can be confirmed. It is possible to grasp the optimum conditions for generation and efficiently extract a desired cluster beam.

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

【図1】本発明に係るクラスター生成装置の原理説明
図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of a cluster generation device according to the present invention.

【図2】本発明に係るクラスター生成装置の一実施例を
示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a cluster generation device according to the present invention.

【図3】図2の装置の正面図。3 is a front view of the device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 試料蒸気発生室 14 試料ロッド 15 前進回転駆動装置 16 レーザビーム 18 ガス流入系 30 クラスター生成室 34 マスフィルタ 40 スキマー 50 質量分析室 60 第2のスキマー 10 Sample vapor generation chamber 14 Sample rod 15 Forward rotation drive device 16 laser beam 18 gas inflow system 30 Cluster generation room 34 Mass Filter 40 Skimmer 50 mass spectrometry room 60 Second Skimmer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 共に排気系を接続した試料蒸気発生室と
クラスター生成室とがスキマーを介して連結され、前記
試料蒸気発生室は、試料ロッドを前進回転自在に支持す
る前進回転駆動機構と、該試料ロッド表面へのレーザビ
ーム照射により試料を蒸発させるためのレーザ照射窓
と、キャリアガス及び反応ガスを流入させるガス供給系
を具備しており、前記試料蒸気発生室で生じる試料蒸気
とキャリアガス及び反応性ガスを前記スキマーを通して
クラスター生成室へ噴出させて、その際の断熱膨張を利
用してクラスターを生成させるようにしたことを特徴と
するクラスター生成装置。
1. A sample vapor generation chamber and a cluster generation chamber, both of which are connected to an exhaust system, are connected via a skimmer, and the sample vapor generation chamber includes a forward rotation drive mechanism for rotatably supporting a sample rod. A sample vapor and carrier gas generated in the sample vapor generation chamber are provided with a laser irradiation window for evaporating a sample by laser beam irradiation on the surface of the sample rod, and a gas supply system for introducing a carrier gas and a reaction gas. And a reactive gas is ejected through the skimmer into the cluster formation chamber, and adiabatic expansion at that time is utilized to generate the cluster.
【請求項2】 試料ロッドの回転駆動機構は、前進を制
御するサーボモータと回転を制御するステッピングモー
タとを備え、前進はベローを、回転はOリングシールを
使用して真空気密性を確保し、ステッピングモータは試
料を蒸発させるためのパルスレーザの一定回数の発振パ
ルスと同期して試料ロッドを回転させる請求項1記載の
装置。
2. A rotation driving mechanism for a sample rod comprises a servo motor for controlling the forward movement and a stepping motor for controlling the rotation, and the forward movement uses a bellows and the rotation uses an O-ring seal to ensure vacuum airtightness. The apparatus according to claim 1, wherein the stepping motor rotates the sample rod in synchronization with a fixed number of oscillation pulses of a pulse laser for vaporizing the sample.
【請求項3】 装置全体は横型のガスフローチューブ構
造をなし、クラスター生成室内にはマスフィルタが内蔵
されている請求項1又は2記載の装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the entire apparatus has a horizontal gas flow tube structure, and a mass filter is incorporated in the cluster generation chamber.
【請求項4】 クラスター生成室の下流側に第2のスキ
マーを介して質量分析室が連結されており、該質量分析
室は質量分析器を有すると共に排気系に接続されている
請求項3記載の装置。
4. A mass spectrometry chamber is connected to a downstream side of the cluster generation chamber via a second skimmer, and the mass spectrometry chamber has a mass analyzer and is connected to an exhaust system. Equipment.
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