RU2211502C1 - Плазменный источник с полым катодом - Google Patents
Плазменный источник с полым катодом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211502C1 RU2211502C1 RU2002102255A RU2002102255A RU2211502C1 RU 2211502 C1 RU2211502 C1 RU 2211502C1 RU 2002102255 A RU2002102255 A RU 2002102255A RU 2002102255 A RU2002102255 A RU 2002102255A RU 2211502 C1 RU2211502 C1 RU 2211502C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hollow cathode
- cathode
- discharge chamber
- plasma
- hollow
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: в микроэлектронике при катодном распылении веществ, а также в масс-спектрометрии при элементном анализе твердых тел с высокой чувствительностью методом тлеющего разряда. Сущность изобретения: плазменный источник с полым катодом включает разрядную камеру, которая одновременно является анодом, полый катод с образцом, на вершине полого катода выполнено отверстие, напротив которого по центральной оси полого катода в разрядной камере выполнено выходное отверстие для вытягивания ионов. Для ввода газа в полый катод он снабжен капилляром. При этом вершина полого катода сужена до величины, составляющей от 10 до 90% внутреннего диаметра полого катода. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности и повышение производительности ионного источника при анализе твердых тел за счет уменьшения интенсивности десорбции загрязнений с поверхности деталей разрядной камеры из-за снижения плотности плазмы в разрядной камере путем уменьшения давления плазмообразующего газа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к плазменным источникам ионов и электронов, используемым, например, в микроэлектронике при катодном распылении веществ, а также в масс-спектрометрии при элементном анализе твердых тел с высокой чувствительностью методом тлеющего разряда.
Обычно в масс-спектрометрии для этой цели использовался источник тлеющего разряда с квазипланарной конфигурацией электродов [Inorganic Mass Spectrometry. Ed. by F.Adams, R.Gijbels, R. Van Grieken. J.Willey&Sons, Inc. 1989, 404].
Источник содержит образец в виде стержня или диска, который является катодом. Образец помещен в разрядную камеру источника, которая являлась анодом. На электроды через балластное сопротивление подавалось напряжение до 1 кВ. В разрядной камере этого источника анализируемый образец распылялся ионами аргона, распыленные атомы ионизировались в плазме разряда и вытягивались электрическим полем через отверстие в разрядной камере.
Недостатком источников тлеющего разряда является то, что их фон на 3-4 порядка превышает уровень фона других плазменных ионных источников, что требует дополнительных мер по его уменьшению, но эти меры в то же время существенно уменьшают производительность анализа и снижают популярность метода.
Известен принятый за прототип плазменный ионный источник, содержащий разрядную камеру с выходной щелью, по центральной оси которой помещен полый катод, соединенный с источником высокого напряжения, а также систему вытягивания и фокусировки ионов [RU 2174676 C1, G 01 N 21/62, 10.10.2001]. При этом анализируемый образец устанавливался вдоль оси полого катода. Плазмообразующий газ по капилляру через дно полого катода непосредственно из атмосферы вводился в его полость. Напротив полого катода в стенке разрядной камеры имелось отверстие диаметром около 1 мм для откачки камеры и вытягивания ионов.
Однако несмотря на то, что распыление анализируемого образца в этом источнике протекает более эффективно, что генерируемая плазма имеет более высокую плотность, его уровень фона также высок, как и в вышеописанном. Этот уровень фона определяется скоростью десорбции загрязнений плазмой тлеющего разряда с внутренних стенок разрядной камеры.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи увеличения эффективности и повышения производительности ионного источника при анализе твердых тел за счет уменьшения интенсивности десорбции загрязнений с поверхности деталей разрядной камеры из-за снижения плотности плазмы в разрядной камере путем уменьшения давления плазмообразующего газа.
Сущность изобретения заключается в том, что в плазменном источнике с полым катодом, содержащем разрядную камеру с выходным отверстием, по центральной оси которого размещен полый катод, соединенный с источником высокого напряжения, а также систему вытягивания и фокусировки ионов, новым является то, что вершина полого катода сужена до величины, составляющей от 10 до 90% внутреннего диаметра полого катода. При этом вершина может иметь выпуклую, вогнутую или плоскую форму.
Наиболее эффективна камера с выходным отверстием, диаметр которого составляет 2-10 мм.
Сужение вершины полого катода позволяет локализовать зону существования самостоятельного тлеющего разряда внутри катодной полости источника. В обычном источнике с полым катодом самостоятельный тлеющий разряд существовал в катодной полости и вне ее благодаря геометрическим размерам и одинаковому давлению газа в этих областях. Внутри катодной полости происходило распыление анализируемого образца и ионизация распыленного материала, вне катодной полости - десорбция загрязнений и их ионизация. Предлагаемое изобретение позволяет сосредоточить самостоятельный тлеющий разряд только в катодной полости и резко уменьшить плотность плазмы в разрядной камере.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена схема плазменного источника с полым катодом, имеющим отверстие на выпуклой вершине, а на фиг.2 приведена схема плазменного источника с полым катодом, имеющим отверстие на вогнутой вершине полого катода.
Ионный источник включает разрядную камеру 1, которая одновременно является анодом, полый катод 2 с образцом 3, на вершине полого катода 2 выполнено отверстие 4, напротив которого по центральной оси полого катода в разрядной камере 1 выполнено выходное отверстие 5 для вытягивания ионов. Для ввода газа в полый катод он снабжен капилляром 6.
Источник работает следующим образом.
По капилляру 6 в полый катод 2 и далее через отверстие 4 в разрядную камеру 1 подается плазмообразующий газ. На полый катод 2 через балластное сопротивление подается отрицательное напряжение до 3 кВ. После зажигания разряда напряжение падает до 0.3-0.5 кВ. В полости катода перед отверстием 4 возникает плазменный "пузырь", который играет роль "пробки", препятствующей выходу плазмообразующего газа из катодной полости. В то же время плазма проникает сквозь плазменный "пузырь" в разрядную камеру. В результате давление газа в полости катода 2 возрастает, а в разрядной камере 1 уменьшается. Образуется разность давлений. Эта разность давлений зависит от диаметра отверстия на вершине катодной полости. При этом самостоятельный тлеющий разряд сосредотачивается в области высокого давления в катодной полости. В области низкого давления его интенсивность резко уменьшается. В наших экспериментах перепад давлений составлял от 1 до 2,5 порядков. Например, если в полом катоде с внутренним диаметром 20 мм, с отверстием в вершине катода 4 мм горит разряд при давлении 7-8 Па, то давление вне полого катода может быть уменьшено до 0,03-0,05 Па. В экспериментах использовались полые катоды с внутренним диаметром до 20 мм с отверстием в вершине от 18 до 2 мм. При этом вершина может быть выпуклой, вогнутой или плоской, форма плазменного "пузыря" и перепад давлений от этого не зависят.
При низком давлении самостоятельный тлеющий разряд в разрядной камере существовать не может, разряд сосредоточен непосредственно в полом катоде, скорость десорбции загрязнений с поверхности деталей резко уменьшается, соответственно фон ионного источника по адсорбированным газам и углеводородам падает в 100-1000 раз.
Для более эффективной откачки разрядной камеры в процессе обезгаживания и предварительного распыления выходное отверстие 5, экстрагирующее ионы из разрядной камеры, увеличивается в диаметре до 2-10 мм. Соответственно, увеличивается вытягиваемый из разрядной камеры ионный ток, в результате увеличивается амплитуда сигнала и, следовательно, скорость получения масс-спектра.
Claims (2)
1. Плазменный источник с полым катодом, содержащий разрядную камеру с выходным отверстием, по центральной оси которой размещен полый катод, соединенный с источником высокого напряжения, а также систему вытягивания и фокусировки ионов, отличающийся тем, что вершина полого катода сужена до величины, составляющей от 10 до 90% внутреннего диаметра полого катода.
2. Плазменный источник по п. 1, отличающийся тем, что диаметр выходного отверстия составляет 2-10 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102255A RU2211502C1 (ru) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | Плазменный источник с полым катодом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102255A RU2211502C1 (ru) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | Плазменный источник с полым катодом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2211502C1 true RU2211502C1 (ru) | 2003-08-27 |
Family
ID=29246325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002102255A RU2211502C1 (ru) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | Плазменный источник с полым катодом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2211502C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112008003547T5 (de) | 2007-12-27 | 2010-11-18 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Probenanregungsvorrichtung und -verfahren zur spektroskopischen Analyse |
RU2504859C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Минерал "Нано-Технология" | Ионный источник тлеющего разряда с повышенной светосилой |
-
2002
- 2002-01-30 RU RU2002102255A patent/RU2211502C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112008003547T5 (de) | 2007-12-27 | 2010-11-18 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Probenanregungsvorrichtung und -verfahren zur spektroskopischen Analyse |
RU2504859C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Минерал "Нано-Технология" | Ионный источник тлеющего разряда с повышенной светосилой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Okamoto | High-sensitivity microwave-induced plasma mass spectrometry for trace element analysis | |
McLuckey et al. | Atmospheric sampling glow discharge ionization source for the determination of trace organic compounds in ambient air | |
CA2102431C (en) | Microelectrospray method and apparatus | |
JP5622751B2 (ja) | 質量分析装置 | |
US6023169A (en) | Electron capture detector | |
US2798181A (en) | Pumping ion source | |
JP2004257873A (ja) | 試料ガスのイオン化方法およびイオン化装置 | |
CN109904056A (zh) | 一种基于空气放电的化学电离-真空紫外单光子电离复合电离源装置 | |
RU2211502C1 (ru) | Плазменный источник с полым катодом | |
JP7195284B2 (ja) | ロバストなイオン源、質量分析計システム、イオン生成方法 | |
JP3300602B2 (ja) | 大気圧イオン化イオントラップ質量分析方法及び装置 | |
US20100193702A1 (en) | Tandem ionizer ion source for mass spectrometer and method of use | |
RU2145082C1 (ru) | Способ определения элементов в растворах и устройство для его реализации | |
GB2058447A (en) | Photoionization Detector | |
Oks et al. | Some effects of magnetic field on a hollow cathode ion source | |
RU98105314A (ru) | Способ определения элементов в растворах и устройство для его реализации | |
Winefordner et al. | Status of and perspectives on microwave and glow discharges for spectrochemical analysis. Plenary lecture | |
RU2634926C2 (ru) | Способ масс-спектрометрического анализа газообразных веществ | |
RU2174676C1 (ru) | Способ анализа твердых тел с помощью ионного источника тлеющего разряда с полым катодом | |
US4367427A (en) | Glow discharge lamp for qualitative and quantitative spectrum analysis | |
Fröhlich | A Hollow-Cathode Ion Source in Glow Discharge Mass Spectrometry | |
RU2487434C1 (ru) | Масс-спектральное устройство для быстрого и прямого анализа проб | |
Houk et al. | Extraction discharge source for enhancing analyte line intensities in inductively coupled plasma atomic emission spectrometry | |
Burger et al. | Vacuum ultraviolet source of the line radiation of the rare gas ions suitable for photoelectron spectroscopy | |
RU2147387C1 (ru) | Плазменный ионный источник |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160131 |