KR101819534B1 - ionization source and secondary ion mass spectroscopy including the same - Google Patents

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이상주
최창민
박은지
김정환
백지영
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한국기초과학지원연구원
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Abstract

The present invention provides an ionization source and a secondary ion mass spectrometer having the same. The source comprises: nozzle electrodes to which gas is supplied; a filament electrode arranged between the nozzle electrodes, and emitting electrons to ionize the gas in the nozzle electrodes; a ground connection electrode arranged outside the nozzle electrodes; and an extraction electrode arranged between the ground connection electrode and the nozzle electrodes, and extracting the ionized gas in the direction of the ground connection electrode. The extraction electrode can comprise an extraction tail extending to the inside from the outside of the nozzle electrodes.

Description

이온화 소스 및 그를 포함하는 이차이온 질량분석기{ionization source and secondary ion mass spectroscopy including the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to ionization sources and secondary ion mass spectrometers including the same,

본 발명은 이차이온 질량분석기에 관한 것으로, 상세하게는 이온화 소스 및 그를 포함하는 이차이온 질량분석기에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary ion mass analyzer, and more particularly to an ionization source and a secondary ion mass analyzer including the same.

일반적으로 이차이온 질량분석기는 일차이온(primary ion)이 시료에 입사되었을 때, 시료 표면의 원자에서 에너지 전 이에 의해 방출되는 이차이온(secondary ion)의 질량 및 전하를 이용하여 원소의 성분을 알아내는 장비이다. 이차이온 질량분석기(SIMS)에는 질량분석 부(unit)의 종류에 따라 4극자형 질량분석기(Q-SIMS;Quadrupole type SIMS), 자기 섹터형 질량분석기(M-SIMS;Mgnetic sector type SIMS) 및 비행시간형 질량분석기(TOF-SIMS: Time of Flight type SIMS) 등이 있다. Q-SIMS는 원통형의 평행한 4개의 극자에 DC와 RF를 가해주어 고유질량에 따라 이온 들을 분리시킴으로써 원하는 이온을 검출한다. Q-SIMS의 경우 분해능(resolution)이 낮은 문제점이 있으나 가격이 싸고, 절연물질 성분 분석에 유리하다. TOF-SIMS는 SIMS내에 장치된 정전기 에너지 분석기를 통과한 후, 검출기에 도달하는데 걸리는 이온의 비행시간을 이용하여 성분을 분석한다. TOF-SIMS는 검출되는 고유질량의 범위가 넓고, 분해능이 우수한 반면, 최초 입사되는 일차이온의 양이 적기 때문에 깊이에 따른 성분분석을 하는데 시간이 많이 걸리는 단점을 가지고 있다. 마지막으로 M-SIMS는 이차이온빔의 진행방향과 수직하게 자기장을 걸어주어 이차이온의 고유질량에 따른 궤적의 변화를 이용하여 성분을 분석한다. M-SIMS의 경우 분해능이 높고, 측정되는 고유질량의 범위도 높은 잇 점이 있는 반면, 가격이 비싸고 시료에 고전압이 걸리기 때문에 전하의 축적으로 인하여 절연물질의 성분분석이 어렵다. 일반적인 이차이온 질량분석기(SIMS;secondary ion mass spectroscopy)에 의한 표면분석은 10KeV 부근의 에너지를 가지는 이온 펄스를 사용하여 시료의 표면에 충돌시키는 스퍼터링 과정이 필요하다. In general, secondary ion mass spectrometry uses the mass and charge of the secondary ion released from the energy transfer from the atom at the surface of the sample when the primary ion is incident on the sample, Equipment. Secondary ion mass spectrometry (SIMS) includes quadrupole type SIMS, Magnetic SIMS (M-SIMS), and quadrupole mass spectrometer (SIMS), depending on the type of mass analysis unit. And time-of-flight type SIMS (TOF-SIMS). Q-SIMS detects the desired ions by applying DC and RF to four parallel cylindrical poles and separating the ions according to their inherent mass. Q-SIMS has a problem of low resolution, but it is cheap and it is advantageous to analyze insulating material composition. The TOF-SIMS analyzes the components using the time of flight of the ions that have passed through the electrostatic energy analyzer in the SIMS and reaches the detector. TOF-SIMS has a wide range of intrinsic masses to be detected and excellent resolution, but it has a disadvantage that it requires a long time to analyze the components according to the depth since the amount of primary ions incident is small. Finally, M-SIMS applies a magnetic field perpendicular to the direction of the secondary ion beam and analyzes the component using the change of the trajectory according to the inherent mass of the secondary ion. M-SIMS has a high resolution and a high specific mass range. However, it is expensive and the high voltage is applied to the sample, so it is difficult to analyze the composition of the insulating material due to the charge accumulation. Surface analysis by a general secondary ion mass spectroscopy (SIMS) requires a sputtering process in which an ion pulse having energy near 10 KeV is used to impinge on the surface of a sample.

본 발명의 해결 과제는, 일차 이온의 이온화 효율과 전자들의 체류 시간을 증가시킬 수 있는 이온화 소스를 제공하는 데 있다. A problem to be solved by the present invention is to provide an ionization source capable of increasing the ionization efficiency of primary ions and the residence time of electrons.

본 발명은 이온화 소스를 개시한다. 그의 소스는, 가스가 제공되는 노즐 전극들; 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 노즐 전극들 내의 상기 가스를 이온화하는 전자들을 방출하는 필라멘트 전극; 상기 노즐 전극들 외부에 배치된 접지 전극; 및 상기 접지 전극과 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 이온화된 가스를 상기 접지 전극의 방향으로 추출하는 추출 전극을 포함한다. 여기서, 상기 추출 전극은 상기 노즐 전극들의 외부로부터 내부로 연장하는 추출 테일을 가질 수 있다. The present invention discloses an ionization source. The source includes: nozzle electrodes to which a gas is supplied; A filament electrode disposed between the nozzle electrodes to emit electrons ionizing the gas in the nozzle electrodes; A ground electrode disposed outside the nozzle electrodes; And an extraction electrode disposed between the ground electrode and the nozzle electrodes, for extracting the ionized gas in the direction of the ground electrode. Here, the extraction electrode may have an extraction tail extending from the outside of the nozzle electrodes to the inside.

일 예에 따르면, 상기 추출 전극은 추출 링을 더 포함할 수 있다. 상기 추출 테일은 상기 추출 링으로부터 157의 각도로 연결될 수 있다. According to one example, the extraction electrode may further include an extraction ring. The extraction tail may be connected at an angle of 157 from the extraction ring.

일 예에 따르면, 상기 추출 테일과 상기 노즐 전극들 사이의 거리는 상기 추출 링과 상기 노즐 전극들 사이의 거리와 동일할 수 있다.According to one example, the distance between the extraction tail and the nozzle electrodes may be the same as the distance between the extraction ring and the nozzle electrodes.

일 예에 따르면, 상기 노즐 전극들은: 상기 필라멘트 전극의 일측에 배치된 제 1 노즐 전극; 및 상기 팔라멘트 전극의 타측에 배치된 제 2 노즐 전극을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 노즐 전극들은 상기 필라멘트 전극 내의 제 1 및 제 2 커버 테일들을 각각 포함할 수 있다. According to one example, the nozzle electrodes include: a first nozzle electrode disposed on one side of the filament electrode; And a second nozzle electrode disposed on the other side of the pillar electrode. The first and second nozzle electrodes may include first and second covertails in the filament electrode, respectively.

일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 4mm 내지 8mm의 거리로 이격할 수 있다.According to one example, the first and second covertails may be spaced a distance of 4 mm to 8 mm.

일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 서로 대향하는 방향으로 볼록하게 라운드질 수 있다.According to one example, the first and second covertails may be rounded convexly in directions opposite to each other.

일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 커버 테일들의 각각은 3.4mm의 두께를 가질 수 있다.According to one example, each of the first and second covertails may have a thickness of 3.4 mm.

일 예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 노즐 링들과 상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 동일한 직경을 가질 수 있다.According to one example, the first and second nozzle rings and the first and second covertails may have the same diameter.

일 예에 따르면, 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 필라멘트 전극을 둘러싸는 커버 링을 더 포함할 수 있다.According to one example, the apparatus may further include a cover ring disposed between the nozzle electrodes and surrounding the filament electrode.

일 예에 따르면, 상기 노즐 전극들이 10000V로 대전될 때, 상기 필라멘트 전극은 9900V로 대전되고, 상기 추출 전극은 9000V로 대전될 수 있다. According to one example, when the nozzle electrodes are charged to 10000V, the filament electrode is charged to 9900V, and the extraction electrode can be charged to 9000V.

본 발명의 일 예에 따른 이차이온 질량분석기는 가스 공급 부; 상기 가스 공급 부로부터 제공되는 가스를 이온화하여 일차 이온을 생성하고, 상기 일차 이온을 시료에 제공하는 이온화 소스; 및 상기 일차 이온에 의해 상기 시료로부터 생성된 이차 이온을 검출하여 상기 시료의 질량을 분석하는 질량 분석 부를 포함할 수 있다. 상기 이온화 소스는: 상기 가스가 제공되는 노즐 전극들; 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 노즐 전극들 내의 상기 가스를 이온화하는 전자들을 방출하는 필라멘트 전극; 상기 노즐 전극들 외부에 배치된 접지 전극; 및 상기 접지 전극과 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 이온화된 가스를 상기 접지 전극 방향으로 추출하는 추출 전극을 포함할 수 있다. 상기 추출 전극은 상기 노즐 전극들의 외부로부터 내부로 연장하는 추출 테일을 가질 수 있다.A secondary ion mass spectrometer according to an embodiment of the present invention includes a gas supply unit; An ionization source for ionizing the gas supplied from the gas supply unit to generate primary ions and providing the primary ions to the sample; And a mass spectrometer for detecting secondary ions generated from the sample by the primary ion and analyzing the mass of the sample. The ionization source comprising: nozzle electrodes to which the gas is supplied; A filament electrode disposed between the nozzle electrodes to emit electrons ionizing the gas in the nozzle electrodes; A ground electrode disposed outside the nozzle electrodes; And an extraction electrode disposed between the ground electrode and the nozzle electrodes and extracting the ionized gas toward the ground electrode. The extraction electrode may have an extraction tail extending from the outside to the inside of the nozzle electrodes.

본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 이온화 소스는 노즐 테일들을 갖는 노즐 전극들, 추출 테일을 갖는 추출 전극, 및 필라멘트 전극을 포함할 수 있다. 필라멘트 전극들은 노즐 전극들 내에 전자들을 제공할 수 있다. 상기 전자들의 체류 시간은 일차 이온의 이온화 효율에 비례할 수 있다. 상기 노즐 테일들 사이의 거리가 증가하고, 상기 노즐 테일들의 두께가 줄어들면, 상기 전자들의 체류 시간과 상기 일차 이온의 이온화 효율은 증가할 수 있다. 상기 추출 테일은 상기 노즐 전극의 내부로 제공될 경우, 상기 전자들의 체류 시간과 상기 일차 이온의 이온화 효율을 증가시킬 수 있다. An ionization source according to embodiments of the present invention may include nozzle electrodes with nozzle tails, extraction electrodes with extraction tails, and filament electrodes. The filament electrodes may provide electrons within the nozzle electrodes. The residence time of the electrons may be proportional to the ionization efficiency of the primary ions. As the distance between the nozzle tails increases and the thickness of the nozzle tails decreases, the residence time of the electrons and the ionization efficiency of the primary ions may increase. When the extraction tail is provided inside the nozzle electrode, the residence time of the electrons and the ionization efficiency of the primary ions can be increased.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 이차이온 질량분석기를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 이온화 소스를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 제 1 커버 테일 및 제 2 커버 테일 사이의 거리에 따른 전자들의 편향 방향을 보여주는 단면도들이다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 제 1 커버 테일 및 제 2 커버 테일 사이의 거리에 따른 전자들의 체류 시간을 보여주는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 제 1 커버 테일 및 제 2 커버 테일 두께 및/또는 내경에 따른 전자들의 편향 방향을 보여주는 단면도들이다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 제 1 커버 테일 및 상기 제 2 커버 테일의 두께에 따른 전자들의 체류 시간을 보여주는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 추출 테일의 각도에 따른 전자들의 편향 방향을 보여주는 단면도들이다.
도 9는 도 8a 및 도 8b의 추출 테일의 각도에 따른 전자들의 체류 시간을 보여주는 그래프이다.1 is a view showing a secondary ion mass analyzer according to the concept of the present invention.
2 is a perspective view showing the ionization source of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line II 'in Fig.
4A and 4B are cross-sectional views showing the deflection direction of electrons along the distance between the first cover tail and the second cover tail.
5 is a graph showing the residence time of electrons according to the distance between the first cover tail and the second cover tail in Figs. 4A and 4B.
6A and 6B are cross-sectional views showing the deflection direction of electrons along the first cover tail and the second cover tail thickness and / or the inner diameter.
FIG. 7 is a graph showing the residence time of electrons according to the thicknesses of the first cover tail and the second cover tail in FIGS. 6A and 6B. FIG.
8A and 8B are cross-sectional views showing the deflecting direction of electrons according to the angle of the extraction tail.
FIG. 9 is a graph showing the residence time of electrons according to the angle of the extraction tail in FIGS. 8A and 8B. FIG.

도 1은 본 발명의 개념에 따른 이차이온 질량분석기(100)를 보여준다.1 shows a secondary ion mass spectrometer 100 according to the concept of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 이차이온 질량분석기(100)는 시간비행형 질량분석기(TOF-SIMS)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 이차이온 질량분석기(100)는 4극자형 질량분석기 또는 자기 섹터형 질량분석기를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 이차이온 질량 분석기(100)는 챔버(200), 가스 공급 부(300), 이온화 소스(400), 및 질량분석 부(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the secondary ion mass spectrometer 100 of the present invention may include a time-of-flight mass spectrometer (TOF-SIMS). Alternatively, the secondary ion mass spectrometer 100 may comprise a quadrupole mass spectrometer or a magnetic sector mass spectrometer. According to an example, the secondary ion mass spectrometer 100 may include a chamber 200, a gas supply unit 300, an ionization source 400, and a mass spectrometry unit 500.

상기 챔버(200)는 시료(220)에 대해 외부로부터 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 상기 시료(220)는 상기 챔버(200) 내의 스테이지(210) 상에 수납될 수 있다. 상기 스테이지(210)는 상기 시료(220)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 상기 시료(220)는 유기물 또는 무기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시료(220)는 바이오 물질, 환경 오염 물질, 또는 반도체를 포함할 수 있다. The chamber 200 may provide an enclosed space for the sample 220 from the outside. The sample 220 may be stored on the stage 210 in the chamber 200. The stage 210 may move the sample 220 horizontally. The sample 220 may include an organic material or an inorganic material. For example, the sample 220 may include a biomaterial, an environmental pollutant, or a semiconductor.

상기 가스 공급 부(300)는 상기 이온화 소스(400)로 연결될 수 있다. 상기 가스 공급 부(300)는 상기 이온화 소스(400) 내에 가스(310)를 공급할 수 있다. 상기 가스(310)는 아르곤 가스의 불활성 기체일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.The gas supply unit 300 may be connected to the ionization source 400. The gas supply unit 300 may supply the gas 310 into the ionization source 400. The gas 310 may be an inert gas of argon gas, but the present invention is not limited thereto.

상기 이온화 소스(400)는 상기 챔버(200)와 상기 가스 공급 부(300) 사이에 배치될 수 있다. 상기 이온화 소스(400)는 가스(310)를 이온화 및/또는 대전시켜 일차(primary) 이온(320)을 생성할 수 있다. 상기 일차 이온(320)은 상기 챔버(200) 내의 상기 시료(220)로 제공될 수 있다. 상기 일차 이온(320)이 상기 시료(220)에 제공되면, 이차(secondary) 이온(330)은 상기 시료(220)의 표면으로부터 생성될 수 있다. 상기 이차 이온(330)은 상기 질량분석 부(500)로 제공될 수 있다. 상기 이차 이온(330)은 양 이온 또는 음 이온의 원자 및/또는 분자들을 포함할 수 있다.The ionization source 400 may be disposed between the chamber 200 and the gas supply unit 300. The ionization source 400 may ionize and / or charge the gas 310 to produce primary ions 320. The primary ions 320 may be provided to the sample 220 in the chamber 200. When the primary ions 320 are provided to the sample 220, secondary ions 330 may be generated from the surface of the sample 220. The secondary ions 330 may be provided to the mass spectrometer 500. The secondary ions 330 may include positive and / or negative ions and / or molecules.

상기 질량분석 부(500)는 상기 챔버(200)로 연결될 수 있다 상기 질량분석 부(500)는 상기 시료(220) 및/또는 스테이지(210) 상에 배치될 수 있다. 상기 질량분석 부(500)는 상기 시료(220)의 상기 이차 이온(330)을 검출할 수 있다. 상기 질량분석 부(500)는 상기 이차 이온(330)의 질량을 측정하여 상기 시료(220)의 화학적 성분과 표면 구조를 획득할 수 있다. 상기 이차 이온(330)은 상기 일차 이온(320)에 비례하여 검출될 수 있다. 또한, 상기 시료(220)의 분석 신뢰도는 상기 일차 이온(320) 및/또는 상기 이차 이온(330)의 이온화 효율에 비례하여 증가할 수 있다. The mass analyzer 500 may be connected to the chamber 200. The mass analyzer 500 may be disposed on the sample 220 and / or the stage 210. The mass spectrometer 500 may detect the secondary ions 330 of the sample 220. The mass spectrometer 500 may measure the mass of the secondary ions 330 to obtain a chemical composition and a surface structure of the sample 220. The secondary ions 330 may be detected in proportion to the primary ions 320. In addition, the analytical reliability of the sample 220 may increase in proportion to the ionization efficiency of the primary ions 320 and / or the secondary ions 330.

이하, 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율을 증가시키기 위한 이온화 소스(400)의 구조를 설명한다.Hereinafter, the structure of the ionization source 400 for increasing the ionization efficiency of the primary ions 320 will be described.

도 2는 도 1의 이온화 소스(400)를 보여준다. 도 3은 도 2의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.FIG. 2 shows the ionization source 400 of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 이온화 소스(400)는 노즐 전극들(410), 전자 방출 부(420), 접지 전극(430), 및 추출 전극(440)을 포함할 수 있다.2 and 3, the ionization source 400 may include nozzle electrodes 410, an electron emitting portion 420, a ground electrode 430, and an extraction electrode 440.

상기 노즐 전극들(410)은 상기 가스(310)를 대전시켜, 상기 접지 전극(430) 및 상기 추출 전극(440)로 제공할 수 있다. 상기 노즐 전극들(410)은 약 10000V의 전위를 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 노즐 전극들(410)은 제 1 노즐 전극(412)과 제 2 노즐 전극(414)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 노즐 전극(412)과 상기 제 2 노즐 전극(414)은 나란히 배치될 수 있다. 상기 제 1 노즐 전극(412)과 상기 제 2 노즐 전극(414)은 제 1 커버 테일(413)과 제 2 커버 테일(415)을 각각 가질 수 있다. 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)은 서로 대향(face)하여 배치될 수 있다. 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)은 동일한 내경을 가질 수 있다. 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)은 약 14mm의 내경을 가질 수 있다. 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415) 각각의 팁은 전하의 집중을 방지하기 위해 라운드질 수 있다. The nozzle electrodes 410 may charge the gas 310 and provide the ground electrode 430 and the extraction electrode 440. The nozzle electrodes 410 may have a potential of about 10000V. According to one example, the nozzle electrodes 410 may include a first nozzle electrode 412 and a second nozzle electrode 414. The first nozzle electrode 412 and the second nozzle electrode 414 may be arranged side by side. The first nozzle electrode 412 and the second nozzle electrode 414 may have a first cover tail 413 and a second cover tail 415, respectively. The first cover tail 413 and the second cover tail 415 may face each other. The first cover tail 413 and the second cover tail 415 may have the same inner diameter. The first cover tail 413 and the second cover tail 415 may have an inner diameter of about 14 mm. The tips of each of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 may be rounded to prevent concentration of charges.

상기 전자 방출 부(420)은 상기 제 1 노즐 전극(412)과 상기 제 2 노즐 전극(414) 사이에 배치될 수 있다. 상기 전자 방출 부(420)는 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)의 외곽에 배치될 수 있다. 상기 전자 방출 부(420)는 필라멘트 전극(422)과, 커버 링(424)을 포함할 수 있다. 상기 필라멘트 전극(422)은 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415) 사이에 배치될 수 있다. 상기 필라멘트 전극(422)은 전자들(340)을 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415) 사이로 제공할 수 있다. 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415) 내의 상기 가스(310)을 양의 전하로 대전시켜 상기 일차 이온(320)을 생성할 수 있다. 상기 필라멘트 전극(422)의 직경은 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)의 외경보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 필라멘트 전극(422)은 약 11mm 내지 약 16mm의 반경을 가질 수 있다. 상기 필라멘트 전극(422)은 약 15mm의 반경을 가질 수 있다. 상기 필라멘트 전극(422)에는 약 9900V의 전압이 인가될 수 있다. 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415)은 상기 가스(310) 및 상기 일차 이온(320)으로부터 상기 필라멘트 전극(422)을 보호할 수 있다. 상기 커버 링(424)은 상기 필라멘트 전극(422)을 둘러쌀 수 있다. 상기 커버 링(424)의 반경은 상기 필라멘트 전극(422)의 반경보다 클 수 있다. The electron emitting portion 420 may be disposed between the first nozzle electrode 412 and the second nozzle electrode 414. The electron emitting portion 420 may be disposed outside the first cover tail 413 and the second cover tail 415. The electron emitting portion 420 may include a filament electrode 422 and a cover ring 424. The filament electrode 422 may be disposed between the first cover tail 413 and the second cover tail 415. The filament electrode 422 may provide electrons 340 between the first cover tail 413 and the second cover tail 415. The electrons 340 can generate the primary ions 320 by charging the gas 310 in the first cover tail 413 and the second cover tail 415 with positive electric charges. The diameter of the filament electrode 422 may be greater than the outer diameter of the first cover tail 413 and the second cover tail 415. For example, the filament electrode 422 may have a radius of about 11 mm to about 16 mm. The filament electrode 422 may have a radius of about 15 mm. A voltage of about 9900 V may be applied to the filament electrode 422. The first cover tail 413 and the second cover tail 415 may protect the filament electrode 422 from the gas 310 and the primary ions 320. The cover ring 424 may surround the filament electrode 422. The radius of the cover ring 424 may be greater than the radius of the filament electrode 422.

상기 접지 전극(430)은 상기 제 1 노즐 전극(412)과 상기 제 2 노즐 전극(414)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 접지 전극(430)은 접지될 수 있다. 상기 접지 전극(430)은 양의 전하의 일차 이온(320)을 정전기력을 사용하여 상기 가스(310)의 진행 방향과 동일한 방향으로 가속시킬 수 있다. The ground electrode 430 may be disposed outside the first nozzle electrode 412 and the second nozzle electrode 414. The ground electrode 430 may be grounded. The ground electrode 430 can accelerate the positive ions of the positive charge 320 in the same direction as the traveling direction of the gas 310 using the electrostatic force.

상기 추출 전극(440)은 상기 제 2 노즐 전극(414)과 상기 접지 전극(430) 사이에 배치될 수 있다. 상기 추출 전극(440)은 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 2 커버 테일(415) 내의 일차 이온(320)을 추출하여 상기 접지 전극(430)으로 제공할 수 있다. 상기 추출 전극(440)에는 약 8600V 내지 약 9500V의 바이어스 전압이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 전극(440)는 약 9000V로 대전될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 추출 전극(440)은 추출 테일(442)과 추출 링(444)을 포함할 수 있다. 상기 추출 링(444)은 상기 접지 전극(430) 및 상기 제 2 노즐 전극(414)과 평행할 수 있다. 상기 추출 테일(442)은 상기 추출 링(444) 내에 연결될 수 있다. 상기 추출 테일(442)은 상기 추출 링(444)로부터 상기 제 2 노즐 전극(414)의 내부로 연장할 수 있다. 상기 추출 테일(442)은 상기 일차 이온(320)의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. The extraction electrode 440 may be disposed between the second nozzle electrode 414 and the ground electrode 430. The extraction electrode 440 may extract the primary ions 320 in the first cover tail 413 and the second cover tail 415 and provide the extraction electrode 440 as the ground electrode 430. The extraction electrode 440 may be provided with a bias voltage of about 8600V to about 9500V. For example, the extraction electrode 440 may be charged to about 9000V. According to one example, the extraction electrode 440 may include an extraction tail 442 and an extraction ring 444. The extraction ring 444 may be parallel to the ground electrode 430 and the second nozzle electrode 414. The extraction tail 442 may be connected within the extraction ring 444. The extraction tail 442 may extend from the extraction ring 444 into the interior of the second nozzle electrode 414. The extraction tail 442 may increase the extraction efficiency of the primary ions 320.

한편, 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 상기 노즐 전극들(410) 내의 상기 전자들(340)의 점유 공간에 비례하여 증가할 수 있다. 상기 전자들(340)의 점유 공간이 증가하면, 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 증가할 수 있다. The ionization efficiency of the primary ions 320 may increase in proportion to the occupation space of the electrons 340 in the nozzle electrodes 410. As the occupied space of the electrons 340 increases, the ionization efficiency of the primary ions 320 may increase.

도 4a 및 도 4b는 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 따른 전자들(340)의 편향(deflection) 방향을 보여준다.4A and 4B show the deflection directions of the electrons 340 along the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413)과 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 따라 다른 방향 및/또는 모양으로 편향될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 노즐 전극들(410) 내의 전자들(340)의 개수 및/또는 에너지는 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 비례하여 증가할 수 있다. 4A and 4B, the electrons 340 may be deflected in different directions and / or shapes depending on the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415. The number and / or energy of the electrons 340 in the nozzle electrodes 410 increases in proportion to the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 .

도 4a를 참조하면, 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리가 작으면, 전자들(340)은 제 1 커버 테일(313) 내에만 제공될 수 있다. Referring to FIG. 4A, when the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 is small, the electrons 340 can be provided only in the first cover tail 313.

도 4b를 참조하면, 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리가 증가하면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(313)과 제 1 노즐 전극(412)의 입구 내에 제공될 수 있다. 상기 전자들(340)이 상기 노즐 전극들(410) 내에 넓게 퍼지면, 일차 이온(320)의 양은 증가할 수 있다. 4B, when the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 is increased, the electrons 340 are separated from the first cover tail 313 and the first nozzle electrode 413, (Not shown). When the electrons 340 spread widely in the nozzle electrodes 410, the amount of the primary ions 320 may increase.

또한, 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 상기 노즐 전극들(410) 내의 전자들(340)의 체류 시간에 비례하여 증가할 수 있다. 상기 전자들(340)의 체류 시간이 증가하면, 상기 가스(310)와 상기 전자들(340)의 충돌 가능성은 증가될 수 있다. The ionization efficiency of the primary ions 320 may increase in proportion to the residence time of the electrons 340 in the nozzle electrodes 410. As the residence time of the electrons 340 increases, the possibility of collision between the gas 310 and the electrons 340 can be increased.

도 5는 도 4a 및 도 4b의 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 따른 전자들(340)의 체류 시간을 보여준다.FIG. 5 shows the residence times of the electrons 340 along the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 of FIGS. 4A and 4B.

도 5를 참조하면, 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리가 약 4mm이하일 경우, 상기 전자들(340)의 체류 시간은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 비례하여 급격하게 증가할 수 있다. 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리가 약 4mm 내지 약 8mm로 증가할 때, 상기 전자들(340)의 체류 시간은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리에 비례하여 점진적으로 증가할 수 있다. 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)의 내경은 14mm일 수 있다. 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 증가할 수 있다. 즉, 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)은 그들의 내경 대비 0.3 내지 0.6 배 비율의 거리를 가질 때, 상기 전자들(340)의 체류 시간은 증가할 수 있다.5, when the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 is about 4 mm or less, the residence time of the electrons 340 is shorter than the residence time of the first cover tail 413, And the second cover tail (415). When the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 increases from about 4 mm to about 8 mm, the residence time of the electrons 340 is shorter than the residence time of the first cover tail 413 and the second cover tail 415. [ 2 < / RTI > The inner diameters of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 may be 14 mm. The ionization efficiency of the primary ions 320 may increase. That is, when the first cover tail 413 and the second cover tail 415 have a distance of 0.3 to 0.6 times their inner diameter, the residence time of the electrons 340 may increase.

반면, 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415) 사이의 거리가 8mm이상으로 과도하게 증가하면, 상기 필라멘트 전극(422)으니 일차 이온(320)에 의해 손상될 수 있다. On the other hand, if the distance between the first cover tail 413 and the second cover tail 415 is excessively increased to 8 mm or more, the filament electrode 422 can be damaged by the primary ions 320.

도 6a 및 도 6b는 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)의 두께 및/또는 내경에 따른 전자들(340)의 편향 방향을 보여준다.6A and 6B show the deflection directions of the electrons 340 according to the thickness and / or the inner diameter of the first cover tail 413 and the second cover tail 415.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)의 두께 및/또는 내경에 따라 다른 방향 및/또는 모양으로 편향될 수 있다. 상기 전자들(340)의 편향 면적 및 방향은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)의 두께에 반비례하여 증가할 수 있다. 이와 달리, 상기 전자들(340)의 편향 면적 및 방향은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)의 내경에 비례하여 증가할 수 있다. 6A and 6B, the electrons 340 may be deflected in different directions and / or shapes depending on the thickness and / or the inner diameter of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 . The deflection area and direction of the electrons 340 may increase in inverse proportion to the thickness of the first cover tail 413 and the second cover tail 415. Alternatively, the deflection area and direction of the electrons 340 may increase in proportion to the inner diameter of the first cover tail 413 and the second cover tail 415.

도 6a를 참조하면, 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)이 얇으면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413)과 상기 제 1 노즐 전극(412)의 입구 내에 제공될 수 있다. 상기 전자들(340)이 상기 노즐 전극들(410) 내에 넓게 퍼지면, 일차 이온(320)의 양은 증가할 수 있다. 상기 전자들(340)의 체류 시간은 증가할 수 있다. 6A, when the first cover tail 413 and the second cover tail 415 are thin, the electrons 340 are separated from the first cover tail 413 and the first nozzle electrode 412 As shown in FIG. When the electrons 340 spread widely in the nozzle electrodes 410, the amount of the primary ions 320 may increase. The residence time of the electrons 340 may increase.

도 6b를 참조하면, 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)이 두꺼우면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413) 내에 제공되지 않을 수 있다. 상기 전자들(340)의 체류 시간은 작거나 없을 수 있다. Referring to FIG. 6B, if the first cover tail 413 and the second cover tail 415 are thick, the electrons 340 may not be provided in the first cover tail 413. The residence time of the electrons 340 may be small or absent.

도 7은 도 6a 및 도 6b의 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 2 커버 테일(415)의 두께에 따른 전자들(340)의 체류 시간을 보여준다.FIG. 7 shows the residence times of the electrons 340 according to the thicknesses of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 of FIGS. 6A and 6B.

도 7을 참조하면, 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)의 두께가 약 3.4mm일 때, 전자들(340)의 체류 시간은 약 0.0032초까지 최대로 증가할 수 있다. 도 3의 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 최대로 증가할 수 있다. 즉, 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)의 각각은 그들의 내경 대비 약 0.2(0.1 내지 0.3) 배 비율의 두께를 가질 수 있다. 제 1 커버 테일(413) 및 제 2 커버 테일(415)의 두께가 약 3.4mm보다 작아지거나 커지면, 전자들(340)의 체류 시간은 점진적으로 감소할 수 있다.Referring to FIG. 7, when the thicknesses of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 are about 3.4 mm, the residence time of the electrons 340 can be maximally increased to about 0.0032 seconds. The ionization efficiency of the primary ions 320 of FIG. 3 can be maximally increased. That is, each of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 may have a thickness of about 0.2 (0.1-0.3) times their inner diameter. If the thickness of the first cover tail 413 and the second cover tail 415 is smaller or larger than about 3.4 mm, the residence time of the electrons 340 may gradually decrease.

도 8a 및 도 8b는 추출 테일(442)의 각도 및/또는 존재 유무에 따른 전자들(340)의 편향 방향을 보여준다.8A and 8B show the deflection direction of the electrons 340 depending on the angle of the extraction tail 442 and / or presence or absence.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 전자들(340)은 상기 추출 테일(442)의 각도(θ)에 따라 서로 다른 방향 및/또는 모양으로 편향될 수 있다. 상기 추출 테일(442)의 각도(θ)는 상기 추출 링(444)에 대한 상기 추출 테일(442)의 진행 방향으로 정의될 수 있다. Referring to FIGS. 8A and 8B, the electrons 340 may be deflected in different directions and / or shapes depending on the angle? Of the extraction tail 442. The angle θ of the extraction tail 442 may be defined as the direction of travel of the extraction tail 442 relative to the extraction ring 444.

도 8a를 참조하면, 상기 추출 테일(442)의 각도(θ)가 90도보다 크고 180도보다 작으면, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413) 및 상기 제 1 노즐 전극(412)의 입구로 제공될 수 있다. 상기 추출 테일(442)은 상기 제 2 노즐 전극(414) 내에 제공될 수 있다. 8A, when the angle θ of the extraction tail 442 is greater than 90 degrees and smaller than 180 degrees, the electrons 340 are transmitted to the first cover tail 413 and the first nozzle electrode 412. < / RTI > The extraction tail 442 may be provided in the second nozzle electrode 414.

도 8b를 참조하면, 상기 추출 테일(442)의 각도(θ)가 180도보다 클 때, 상기 전자들(340)은 상기 제 1 커버 테일(413)의 일부에만 제공될 수 있다. 상기 전자들(340)의 체류 시간은 감소할 수 있다.Referring to FIG. 8B, when the angle θ of the extraction tail 442 is greater than 180 degrees, the electrons 340 may be provided only in a part of the first cover tail 413. The residence time of the electrons 340 can be reduced.

도 9는 도 8a 및 도 8b의 추출 테일(442)의 각도(θ)에 따른 전자들(340)의 체류 시간을 보여준다.Figure 9 shows the residence times of the electrons 340 according to the angle [theta] of the extraction tail 442 of Figures 8a and 8b.

도 9를 참조하면, 상기 추출 테일(442)의 각도(θ)가 약 157도이면, 상기 전자들(340)의 체류 시간은 최대로 증가할 수 있다. 도 3의 상기 일차 이온(320)의 이온화 효율은 최대로 증가할 수 있다. 도 8a의 추출 테일(442)과 제 2 노즐 전극(414) 사이의 거리(d1)는 상기 추출 링(444)과 상기 제 2 노즐 전극(414) 사이의 거리(d2)와 동일할 수 있다.Referring to FIG. 9, if the angle θ of the extraction tail 442 is about 157 degrees, the residence time of the electrons 340 can be maximized. The ionization efficiency of the primary ions 320 of FIG. 3 can be maximally increased. The distance d 1 between the extraction tail 442 and the second nozzle electrode 414 of Figure 8A can be the same as the distance d 2 between the extraction ring 444 and the second nozzle electrode 414 have.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

Claims (11)

가스가 제공되는 노즐 전극들;
상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 노즐 전극들 내의 상기 가스를 이온화하는 전자들을 방출하는 필라멘트 전극;
상기 노즐 전극들 외부에 배치된 접지 전극; 및
상기 접지 전극과 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 이온화된 가스를 상기 접지 전극의 방향으로 추출하는 추출 전극을 포함하되,
상기 추출 전극은 상기 노즐 전극들의 외부로부터 내부로 연장하는 추출 테일을 갖되,
상기 노즐 전극들은:
상기 필라멘트 전극의 일측에 배치된 제 1 노즐 전극; 및
상기 필라멘트 전극의 타측에 배치된 제 2 노즐 전극을 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 노즐 전극들은 상기 필라멘트 전극 내의 제 1 및 제 2 커버 테일들을 각각 포함하는 이온화 소스.
Nozzle electrodes to which a gas is supplied;
A filament electrode disposed between the nozzle electrodes to emit electrons ionizing the gas in the nozzle electrodes;
A ground electrode disposed outside the nozzle electrodes; And
And an extraction electrode disposed between the ground electrode and the nozzle electrodes, for extracting the ionized gas in the direction of the ground electrode,
Wherein the extraction electrode has extraction tails extending from the outside to the inside of the nozzle electrodes,
The nozzle electrodes include:
A first nozzle electrode disposed on one side of the filament electrode; And
And a second nozzle electrode disposed on the other side of the filament electrode,
Wherein the first and second nozzle electrodes each comprise first and second covertails within the filament electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 추출 전극은 상기 추출 테일을 둘러싸는 추출 링을 더 포함하되,
상기 추출 테일은 상기 추출 링으로부터 157의 각도로 연결되는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
Wherein the extraction electrode further comprises an extraction ring surrounding the extraction tail,
Wherein the extraction tail is connected at an angle of 157 from the extraction ring.
제 2 항에 있어서,
상기 추출 테일과 상기 노즐 전극들 사이의 거리는 상기 추출 링과 상기 노즐 전극들 사이의 거리와 동일한 이온화 소스.
3. The method of claim 2,
Wherein the distance between the extraction tail and the nozzle electrodes is the same as the distance between the extraction ring and the nozzle electrodes.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 그들의 내경 대비 0.3 내지 0.6 배 비율의 거리를 갖는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second covertails have a distance of 0.3 to 0.6 times the ratio of their inner diameters.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 서로 대향하는 방향으로 볼록하게 라운드진 이온화 소스.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second covertails are convexly rounded in directions opposite to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 커버 테일들의 각각은 그들의 내경 대비 0.2 배 비율의 두께를 갖는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
Wherein each of said first and second covertails has a thickness of 0.2 times the ratio of their inner diameters.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 노즐 링들과 상기 제 1 및 제 2 커버 테일들은 동일한 직경을 갖는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second nozzle rings and the first and second covertails have the same diameter.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 필라멘트 전극을 둘러싸는 커버 링을 더 포함하는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
And a cover ring disposed between the nozzle electrodes and surrounding the filament electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐 전극들이 10000V로 대전될 때, 상기 필라멘트 전극은 9900V로 대전되고, 상기 추출 전극은 9000V로 대전되는 이온화 소스.
The method according to claim 1,
When the nozzle electrodes are charged to 10000V, the filament electrode is charged to 9900V, and the extraction electrode is charged to 9000V.
가스 공급 부;
상기 가스 공급 부로부터 제공되는 가스를 이온화하여 일차 이온을 생성하고, 상기 일차 이온을 시료에 제공하는 이온화 소스; 및
상기 일차 이온에 의해 상기 시료로부터 생성된 이차 이온을 검출하여 상기 시료의 질량을 분석하는 질량 분석 부를 포함하되,
상기 이온화 소스는:
상기 가스가 제공되는 노즐 전극들;
상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 노즐 전극들 내의 상기 가스를 이온화하는 전자들을 방출하는 필라멘트 전극;
상기 노즐 전극들 외부에 배치된 접지 전극; 및
상기 접지 전극과 상기 노즐 전극들 사이에 배치되고, 상기 이온화된 가스를 상기 접지 전극 방향으로 추출하는 추출 전극을 포함하되,
상기 추출 전극은 상기 노즐 전극들의 외부로부터 내부로 연장하는 추출 테일을 갖되,
상기 노즐 전극들은:
상기 필라멘트 전극의 일측에 배치된 제 1 노즐 전극; 및
상기 필라멘트 전극의 타측에 배치된 제 2 노즐 전극을 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 노즐 전극들은 상기 필라멘트 전극 내의 제 1 및 제 2 커버 테일들을 각각 포함하는 이차이온 질량분석기.
A gas supply unit;
An ionization source for ionizing the gas supplied from the gas supply unit to generate primary ions and providing the primary ions to the sample; And
And a mass spectrometer for analyzing the mass of the sample by detecting secondary ions generated from the sample by the primary ion,
The ionization source comprises:
Nozzle electrodes to which the gas is supplied;
A filament electrode disposed between the nozzle electrodes to emit electrons ionizing the gas in the nozzle electrodes;
A ground electrode disposed outside the nozzle electrodes; And
And an extraction electrode which is disposed between the ground electrode and the nozzle electrodes and extracts the ionized gas toward the ground electrode,
Wherein the extraction electrode has extraction tails extending from the outside to the inside of the nozzle electrodes,
The nozzle electrodes include:
A first nozzle electrode disposed on one side of the filament electrode; And
And a second nozzle electrode disposed on the other side of the filament electrode,
Wherein the first and second nozzle electrodes comprise first and second covertails, respectively, in the filament electrode.
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