SU1396174A1 - Method of mass-separation of charged particles - Google Patents

Method of mass-separation of charged particles Download PDF

Info

Publication number
SU1396174A1
SU1396174A1 SU864102321A SU4102321A SU1396174A1 SU 1396174 A1 SU1396174 A1 SU 1396174A1 SU 864102321 A SU864102321 A SU 864102321A SU 4102321 A SU4102321 A SU 4102321A SU 1396174 A1 SU1396174 A1 SU 1396174A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
quadrupole
mass
capacitor
ion
capacitors
Prior art date
Application number
SU864102321A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Владимирович Калашников
Николай Витальевич Коненков
Михаил Александрович Ляпин
Геннадий Ибрагимович Шагимуратов
Original Assignee
Предприятие П/Я В-8754
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я В-8754 filed Critical Предприятие П/Я В-8754
Priority to SU864102321A priority Critical patent/SU1396174A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1396174A1 publication Critical patent/SU1396174A1/en

Links

Landscapes

  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области квадрупольной масс-спектрометрии. Способ масс-сепарации зар женных частиц реализован в устройстве. Зар женные частицы направл ют в квадруполь- ные конденсаторы (КК) 3 и 6, регистрируют их на выходе из КК 6, к одному из КК прикладывают переменное напр жение и формируют в нем электрическое поле с параметром уравнени  Ма- тье qo) соответствующим второй области стабильности траекторий зар женных частиц, а к другому КК прикладывают переменное и посто нное напр жени  и формируют в нем электрическое поле с параметром q, соответствующим первой области стабильности траекторий зар женных частиц, при этом 8, 773 q/q, 10,643, q,4eV,/m- u)r% q,4eVi T-T где e, m - зар д и масса m oj J иона соответственно; V.,, V - амплитуды переменного напр жени  на КК; U),, частоты упом нутых напр жений; г, , г ;j - радиусы пролетного пространства КК. Увеличиваетс  разреша- . юща  способность квадрупольного масс- спектро(етра. 5 ил. S (Л 00 (UD 05 4il. cosivtuHcamit «uttThis invention relates to the field of quadrupole mass spectrometry. The method of mass separation of charged particles is implemented in the device. The charged particles are directed to quadrupole capacitors (CC) 3 and 6, register them at the output of CC 6, an alternating voltage is applied to one of the CCs and an electric field is formed in it with the Mattie parameter qo) corresponding to the second region stability of the trajectories of charged particles, and an alternating and constant voltage is applied to the other QC and form an electric field in it with the parameter q corresponding to the first region of stability of the trajectories of charged particles, with 8, 773 q / q, 10.643, q, 4eV , / m- u) r% q, 4eVi TT where e, m is h ar d and mass m oj J of the ion, respectively; V.., V - amplitudes of the alternating voltage at QC; U), the frequencies of the mentioned voltages; r,, r; j are the radii of the span space of the spacecraft. Increases permission-. the ability of quadrupole mass spectro (etra. 5 ill. S (L 00 (UD 05 4il. cosivtuHcamit "utt

Description

Изобретение относитс  к квадру- лольной масс-спектрометрии и предназначено дл  вторичной ионной масс- :спектрометрии (ВИМС), This invention relates to quadrupole mass spectrometry and is intended for secondary ion mass spectrometry (SIMS),

Режим сепарации ионов в квадруполь- ном конденсаторе при подаче на него в соответствующей комбинации ВЧ и посто нного.напр жени  осуществл етс  в р де областей параметров a-q, где реализуютс  стабильные траектории ионов.The mode of separation of ions in a quadrupole capacitor when applied to it in an appropriate combination of high-frequency and constant voltage is carried out in a number of parameter areas a-q, where stable ion trajectories are realized.

Первую область устойчивости можно охарактеризовать изменением параметра q в интервале 0-0,9080, а вторую - b интервале 7,5136-7,5797,The first stability region can be characterized by a change in the parameter q in the interval 0-0.9080, and the second - b the interval 7.5136-7.5797,

Недостатком квадрупольного масс- спектрометра  вл етс  небольшой (I- 20 эВ) диапазон энергий анализируемых ионов, что обусловлено его кон- струкцией, позвол ющей работать толь- iKo в первой области устойчивости. недостаток не позвол ет эффектрш о осуществить разделение и сбор, |1апример, вторичных ионов, что снижа- ёт чувствительность устройства,The disadvantage of a quadrupole mass spectrometer is the small (I-20 eV) energy range of the analyzed ions, which is due to its design, which allows only iKo to operate in the first region of stability. the disadvantage does not allow the effective separation and collection, for example, of secondary ions, which reduces the sensitivity of the device,

Использование же второй области УСТОЙЧИВОСТИ позвол ет осуществить удовлетворительную сепарацию ионов с Энерги ми до 300 эВ дл  ионов средних rliacc (30-100 а.е.м. ). ; Целью изобретени   вл етс  увели- разрешающей способности квадру- ольного масс-спектрометра. I Суть изобретени  состоит в реали- фации совместного использовани  пер- ой и второй областей стабильности Траекторий зар женных частиц в двух 1 оследовательн6 расположенных квадру- польных конденсаторах, при этом вели- ины параметров уравнени  Матье q и 42 обоих конденсаторов с первой и второй соответственно област ми стабильности выбирают удовлетвор ющими соотношениюThe use of the second region of SUSTAINABILITY allows satisfactory separation of ions with energies up to 300 eV for ions of average rliacc (30-100 amu). ; The aim of the invention is to increase the resolution of a quadrupole mass spectrometer. I The essence of the invention consists in the realization of the joint use of the first and second stability regions of the trajectories of charged particles in two 1 consecutively located quadrupole capacitors, with the magnitudes of the parameters of the Mathieu equation q and 42 of both capacitors with the first and second regions respectively mi stability choose satisfactory ratio

,773 .10,643,, 773 .10,643,

4eV « 1 4eV "1

V - амплитуда переменного напр жени , В;V is the amplitude of the alternating voltage, V;

uJ - частота переменного напр жени , Гц;uJ is the frequency of alternating voltage, Hz;

г - радиус пролетного пространства квадрупольного конденсатора , м.g - the radius of the span of the quadrupole capacitor, m

Причем, исход  из определени  q, данное соотношение будет достигну- Moreover, based on the definition of q, this ratio will be achieved

5 five

0 5 0 5

0 д 0 d

5five

00

5five

то при выборе либо амплитуд V, и V , удовлетвор ющих условиюthen when choosing either amplitudes V, and V, satisfying the condition

8,773г Jl 10,643, либо частот CJ, и w при условии8,773g Jl 10,643, or frequencies CJ, and w, provided

U).U).

2, 3,262, либо радиусов г, и г, при условии2, 3.262, or radii g, and g, provided

2,962 -- 3,262. 2,962 - 3,262.

Предлагаемое изобретение иллюстрируетс  графическими материалами.The invention is illustrated with graphic materials.

На фиг. 1 приведена структурна  схема реализующего предложенный способ устройства, в котором соотношение , св зывающее параметры q Hsiq,,, достигаетс  соответствующим выборомFIG. 1 shows a flowchart implementing the proposed method of the device, in which the relation connecting the parameters q Hsiq ,, is achieved by an appropriate choice

г, и г т.е. 2, :3,262; наg, and g i. 2,: 3.262; on

7.7

фиг. 2 - схема подключени  питающих напр жений к электродам квадруполь- ньк конденсаторов; на фиг. 3 - типична  диаграмма стабильности первой области устойчивости первого квадрупольного конденсатора; на фиг. 4 - область пропускани  ионов по параметру q второго квадрупольного конденсатора , использующего вторую область устойчивости; на фиг. 5 - диаграмма пропускани  ионов масс-спектрометром в целом.FIG. 2 is a circuit for connecting supply voltages to the electrodes of quadrupole capacitors; in fig. 3 shows a typical stability diagram of the first stability region of the first quadrupole capacitor; in fig. 4 — ion transmission region in the parameter q of the second quadrupole capacitor using the second stability region; in fig. 5 is an ion transmission diagram of the mass spectrometer as a whole.

Масс-спектрометр состоит из источника I ионов, входной диафрагмы 2, первого квадрупольного конденсатора с электродами 3, фокусирующей линзы 4, ускор ющего электрода 5, второго квадрупольного конденсатора с электродами 6, коллектора 7 ионов, системы 8 регистрации, средств питани  источника ионов и входной диафрагмы 9, источника 10 посто нного и переменного высокочастотных напр жений, подключенного к конденсаторам с электродами 3 и 6, блока П питани  линзы, источника 12 питани  ускор ющего электрода , блока 3 питани  коллектора ионов, С - блокировочна  емкость; .The mass spectrometer consists of an ion source I, an input diaphragm 2, a first quadrupole capacitor with electrodes 3, a focusing lens 4, an accelerating electrode 5, a second quadrupole capacitor with electrodes 6, an ion collector 7, a recording system 8, power sources for the ion source, and an input aperture 9, a source of 10 constant and alternating high-frequency voltages connected to capacitors with electrodes 3 and 6, a lens power supply unit P, an accelerating electrode power source 12, an ion collector power unit 3, C - blocking ovine capacity; .

R - резистор.R - resistor.

II

На фиг. 2 показана схема подключени  электродов (стержней) к выходу ВЧ-генератора и источника посто нного напр жени . Сборка квадрупольньгх конденсаторов показана в разрезе, 3 и 6 - электроды первого и второго квадрупольных конденсаторов с радиусаFIG. Figure 2 shows a circuit for connecting electrodes (rods) to the output of an RF generator and a constant voltage source. The quadrupole capacitor assembly is shown in section, 3 and 6 are electrodes of the first and second quadrupole capacitors with a radius

31396173139617

ми пролетного пространства г, и г соответственно. С - блокировочные емкости , .раздел ющие по посто нному напр жению первый и второй квадруполь- ные конденсаторы; R - высокоомные резисторы (Ю МОм), служащие дл  разв зки ВЧ-генератора и источника 12 питани  (фиг. l), а также дл  обеспечени  гальванической св зи электро- IQ дов 6 с источником 12 (фиг, 1).mi of the span of g, and g, respectively. C — blocking capacitors, which divide the first and second quadrupole capacitors by constant voltage; R — high-resistance resistors (10 MOhm), which serve to isolate the RF generator and the power source 12 (Fig. 1), as well as to provide galvanic communication of electrodes 6 to the source 12 (Fig. 1).

На фиг. 3 приведена перва  область устойчивости первого квадрупольного конденсатора, где а и q - безразмерные параметры, определ емые как isFIG. 3 shows the first stability region of the first quadrupole capacitor, where a and q are dimensionless parameters, defined as is

8еи 4eV йы 8mey 4eV yy

зар д и масса иона соответственно; . 20 кругова  частота переменного , напр жени  с амплитудой V, прикладьшаемого к противоположным электродам квадрупольных кон- 25 денсаторов;ion charge and mass, respectively; . 20 circular frequency alternating voltage with amplitude V applied to opposite electrodes of quadrupole capacitors;

величина посто нной составл ющей на электродах первого квадрупольного конденсатора;зоthe magnitude of the constant component on the electrodes of the first quadrupole capacitor;

радиус пролетного пространства квадрупольного конденсатора с первой областью стабильности;the radius of the span space of a quadrupole capacitor with the first region of stability;

абсциссы точек пересече- .jc ни  пр мой сканировани  () с границами стабильности а- (колебаний иона вдоль оси у) и а X (колебаний иона вдоль до оси х);the abscissas of the points of intersection of .jc or direct scanning () with the boundaries of stability of a- (ion oscillations along the y axis) and a X (ion oscillations along the x axis);

параметр q, соответствующий вергаине М диаграммы стабильности; массы, соответствующие кq parameter corresponding to vergain M of stability diagram; masses corresponding to

параметрам q, q, q. 4 приведены области I и II ионов по параметру q рупольного конденсатора, без посто нной составл юараметр q фиг. 4 опредеparameters q, q, q. 4 shows regions I and II of ions according to the parameter q of the horn capacitor; without constant, the parameter q of FIG. 4 oprede

5050

4eV mlyirl4eV mlyirl

где е и m - зар д и масса иона;where e and m are the charge and mass of the ion;

V и 1Л - амплитуда и частота переменного напр жени , прикладываемого к электродамV and 1Л - amplitude and frequency of alternating voltage applied to the electrodes

и and

второго квадрупольного конденсатора с радиусом пролетного пространстваsecond quadrupole capacitor with a radius of the span

граничный параметр первой области устойчивости второго квадрупольного конденсатора;the boundary parameter of the first stability region of the second quadrupole capacitor;

IQ ,5136 и IQ, 5136 and

isis

,5797 величины параметров q, определ ющие вторую об- ласть устойчивости; и 1. г массы ионов, соответстп &, 5797 are the values of the parameters q, which determine the second stability region; and 1. g ion mass, corresponding &

20 2520 25

зоzo

. jc до  . jc to

кto

5050

вующие этим параметрам, при сканировании по массам при изменении амплитуды высокочастотного напр жени  .these parameters when scanning by mass as the amplitude of the high-frequency voltage changes.

На фиг. 5 дана идеализированна  диаграмма пропускани  анализатора масс-спектрометра, где S - величина пропускани  фильтра в диапазоне масс т и m (отмечена двойной штриховкой ); m и m , - диапазон масс, пропускаемых первым квадрупольным конденсатором; масса m соответствует параметру q д второго квадрупольного конденсатора; т, - наименьша  масса иона, пропускаема  вторым анализатором за счет про влени  I области устойчивости .FIG. Figure 5 shows the idealized transmittance diagram of the mass spectrometer analyzer, where S is the filter transmittance in the mass and m range (marked by double hatching); m and m, is the mass range transmitted by the first quadrupole capacitor; mass m corresponds to the parameter q d of the second quadrupole capacitor; t, is the smallest mass of the ion, which is passed by the second analyzer due to the manifestation of the first stability region.

Выбор соотношений q /q, или в данном случае радиусов г ,/г производитс  из следующих соображений.The choice of the ratios q / q, or in this case, the radii r, / g is made from the following considerations.

Назначение конденсатора с первой областью устойчивости состоит в отсечке т желых масс ионов, соответствующих параметру q 0,908 второго конденсатора (в котором реализуютс  услови  сепарации во второй области устойчивости), а также настройке окна пропускани  д(фиг. 5) за счет изменени  первого конденсатора.The purpose of the capacitor with the first stability region is to cut off the heavy masses of the ions corresponding to parameter q 0.908 of the second capacitor (in which the separation conditions are realized in the second stability region), as well as to adjust the transmission window d (Fig. 5) by changing the first capacitor.

Граница устойчивости в области параметров a-q колебаний иона вдоль оси Y (ось, проход ща  через центры электродов, на которые подаетс  отрицательное посто нное напр жение; режим анализа положительных ионов), даетс  кривой a,,(q) (фиг. З), котора  может быть представлена в форме многочлена по степен м q:The stability limit in the region of the parameters aq of the oscillations of the ion along the Y axis (the axis passing through the centers of the electrodes to which a negative constant voltage is applied; the mode of analysis of positive ions) is given by the curve a (q) (Fig. 3), which can be represented in the form of a polynomial in powers of q q:

5555

q 7q 29q 68687q« q 7q 29q 68687q "

Vrt TTITT т ГГГ Г - - - --т -VRT TTITT T YYY Y - - - - T -

128 2304 188774368128 2304 188774368

+ ...+ ...

(3)(3)

Аналогично дл  колебаний ионов вдоль оси X:Similarly for ion oscillations along the X axis:

171171

,4eV/ , 4eV /

do:do:

(фиг. З) есть вершина диагра ады стабильности , и координата по оси q равна ,7060, q,0,9080 - гранична  величина q при , q, и q у- проекции точек пересечени  линии сканировани  с кривыми а у и а J, соответственно . Окно фильтрации m f-m у первого конденсатора можно выразить через параметры q и q в соответствии с (1)(Fig. 3) there is a vertex of the diagram of stability hell, and the coordinate along the q axis is equal to, 7060, q, 0.9080 is the limiting value of q when, q, and q are the projections of the intersection points of the scan line with curves ay and aj respectively. The filtering window m f-m at the first capacitor can be expressed through the parameters q and q in accordance with (1)

какas

4eV4eV

qvqv

(5;(five;

Таким образом, можно сказать, чтоThus, it can be said that

параметрам q иparameters q and

q .. соответствуют гра Jq .. match gras j

 ичные массы ионов m у и m у.the ionic mass m y and m y.

Дл  нахождени  допустимой области изменени , например, отношени  г,/г буДем исходить из того, что настройка на массу т первого анализатора (при ), соответствующа  величине m д, находилась справа от окна пропускани  Год-Шд (фиг. 4) второго анализатора . При уменьшении угла наклона лннии . (фиг, З) соответствующа  величина m х попадает в окно фильтрации m -Шд (фиг. 5). Расположение т(, справа от интервала Шр-Шд по ОСИ m (фиг. 5).выбрано из услови  получени  более крутого массового пика со сторонь легких масс на болееTo find the permissible range of change, for example, the ratios g / g we will proceed from the fact that the tuning to the mass m of the first analyzer (at), corresponding to the value of m d, was to the right of the Year-Shd transmission window (Fig. 4) of the second analyzer. When reducing the angle of inclination. (FIG. 3) the corresponding value m x falls into the filtering window m — Shd (FIG. 5). The location of t (, to the right of the Fr-Shd interval along the AISI m (Fig. 5). Was chosen from the condition of obtaining a steeper mass peak from the side of light masses by more

крутой границе а т.е.steep border

XX

а не а (фиг.З), (6)not a (fig. 3), (6)

Вторым условием  вл етс  то, что при максимальном пропускании первого анализатора должны иметь место соотношени  (фиг. 5):The second condition is that with maximum transmission of the first analyzer, the following relations should occur (Fig. 5):

m,m g; m m,,m, m g; m m ,,

(7)(7)

при этом настройка вершины М (фиг.З) будет соответствовать параметру q ,.,the setting of the vertex M (fig.Z) will correspond to the parameter q,.,

определ емому соотношениемdefined by the ratio

q 4еУ/т,и г,q 4eU / t, and g,

:2):: 2):

(8)(eight)

Таким образом, исход  из указанньк требований, получимThus, based on the specified requirements, we obtain

4eV/q 4eV / q

4eV/q4eV / q

(9)(9)

из (9) получимfrom (9) we get

,/rj , / rj

.c.c

(11)(eleven)

1-ШИ1-shi

q./q q/q,q./q q / q,

IE -lo Дл  определени  величины q используем в соответствии с () систему равенств:IE -lo To determine the value of q, we use, in accordance with (), the system of equalities:

5five

00

m jj,m .jm jj m .j

1 Л. 1 L.

12)12)

где mx 4eV/q , ; m.4eV/q w rj ;where mx 4eV / q,; m.4eV / q w rj;

0 -,. P1л0 - ,. P1l

ИзOf

m mgm mg

(2(2

- 4eV/q wV,; га, 4eV/q (13) r 4eV/a toV : m- 4eV/a u; r :- 4eV / q wV; ha, 4eV / q (13) r 4eV / a toV: m- 4eV / a u; r:

:4eV/q to: 4eV / q to

I следует, чтоI follows that

qx qa „ „, r- - Z л 5Яоп -0,348qx qa „„, r- - Z l 5Ioop -0.348

q, 0,9080q, 0.9080

(14)(14)

Величины q , и q V однозначно COOT ТThe values of q and q V are uniquely COOT T

ветствуют друг другу, их можно найти, использу   вный вид зависимостей а (q) и aY(q) (З) и (4), с учетом, что . Численное решение трансцендентного уравнени  (14) дает предельную величину ,8640.each other, they can be found using the form of the dependences a (q) and aY (q) (3) and (4), taking into account that. Numerical solution of the transcendental equation (14) gives a limit value, 8640.

Окончательно из (12) находимFinally, from (12) we find

-- -if5br- - .г 3; % - -if5br- - .г 3; %

При этом из (II) следует 8,773 i 32 10,643In this case, from (II) follows 8,773 i 32 10,643

q 1q 1

илиor

г, , g,

2,.,2622,., 262

0,70600.7060

0,70600.7060

(16)(sixteen)

5five

00

5five

Способ реализуетс  следующим образом .The method is implemented as follows.

Ионы, выход  из ионного источника 1 (фиг. 1 ),. через диафрагму 2 попадают в.первый конденсатор с электродами 3, в переменном и посто нном пол х которого происходит сепараци  ионов. На вьпходе конденсатора с электродами 3 формируетс  пучок ионов с массами my. Далее ионы фокусируютс  линзой L в пучок меньшего диаметра на вход второго конденсатора с меньшим радиусом пролетного пространства г. При этом в поле ускор ющего элек- трода ионы получают дополнительную энергию, пропорциональную величине прикладьшаемого потенциала - Ь с.Ions, exit from ion source 1 (Fig. 1) ,. through the diaphragm 2, the first capacitor with electrodes 3 enters, in the alternating and constant fields of which the ions are separated. At the entrance of a capacitor with electrodes 3, an ion beam with masses my is formed. Further, the ions are focused by the lens L into a beam of smaller diameter at the entrance of the second capacitor with a smaller radius of the transit space r. In this case, in the field of the accelerating electrode, the ions receive additional energy proportional to the applied potential - L c.

7I37I3

Когда анализируемые ионы положительны , на ускор ющий электрод 5 подаетс  отрицательный потенциал -U,,, в противном случае +Uo,When the analyzed ions are positive, negative potential -U ,, is applied to the accelerating electrode 5, otherwise + Uo,

Дл  того чтобы ионы на выходе из пол  ускор ющего электрода 5 не затормозились и не рассе лись, необходимо подн ть потенциал четырех электродов второго конденсатора с электро дами 6 до величины U, . Разв зка ВЧ- сигнала по цепи источник 10 - ускор ющий электрод 5 (фиг. )) происходит за счет высокоомных резисторов (Н 10 МОм), включенных между электро- дом 5 и противоположной парой электродов 6 конденсатора (фиг. 2).In order for the ions at the exit from the field of the accelerating electrode 5 not to slow down and not to dissipate, it is necessary to raise the potential of the four electrodes of the second capacitor with electrodes 6 to the value U,. Development of the RF signal through the source 10 - accelerating electrode 5 (Fig.)) Occurs due to high-resistance resistors (H 10 MΩ) connected between the electrode 5 and the opposite pair of capacitor electrodes 6 (Fig. 2).

В ВЧ-поле конденсатора с электродами 6 происходит отсечка ионов с массами , большими Шд (фиг. 5), и на коллектор 7 ионов попадают ионы с массами, лежащими в интервале m -га j (фиг. 5, отмечено двойной штриховкой Сигнал, пропорциональный числу ионов с массами , с выхода коллектора ионов поступает на систему 8 регистрации . Таким образом, происходит повьшение разрешающей способности за счет совместного действи  двух областей стабильности.In the high-frequency field of a capacitor with electrodes 6, ions are cut off with masses greater than Sd (Fig. 5), and ions with masses lying in the interval m – j j (Fig. 5, marked by double hatching) fall onto the ion collector. A signal proportional to the number of ions with masses from the output of the ion collector enters the registration system 8. Thus, the resolution increases due to the joint action of two areas of stability.

При этом на электроды квадруполь- ных конденсаторов с электродами 3 и 6 подаетс  переменное напр жение одной частоты и амплитуды дл  обеспечени  совместного фильтрующего эффекта двух квадрупольных конденсаторов. In this case, alternating voltages of one frequency and amplitude are applied to the electrodes of quadrupole capacitors with electrodes 3 and 6 to ensure the combined filtering effect of two quadrupole capacitors.

Назначение первого к онденсатора с электродами 3, имеющего больший радиус г , состоит в повышении разрешаThe purpose of the first capacitor with electrodes 3, having a larger radius g, is to increase the resolution

кщей способности масс-спектрометраmass spectrometer capacity

в целом, что достигаетс  отсечкой т желых масс, а также в согласовании фазы ввода ионов в конденсатор с электродами 6, поскольку ВЧ-сигнал с источника 10 сразу подаетс  на электроды двух конденсаторов, т.е. синфазно. Сканирование по массам осуществл етс  путем изменени  амплитуды V выходного напр жени  источника 10. Потенциал ио также измен етс  линейно с ростом массы анализируемого иона. Это In general, that is achieved by cutting off heavy masses, as well as by matching the phase of the input of ions into the capacitor with electrodes 6, since the RF signal from the source 10 is immediately fed to the electrodes of the two capacitors, i.e. in-phase. Mass scanning is performed by varying the amplitude V of the output voltage of source 10. The potential also varies linearly with increasing mass of the analyzed ion. it

необходимо дл  достижени  хорошей трансмиссии конденсатора с электродами 6, поскольку энерги  Е иона, вход щего в краевую область конденсатора с электродами 6, должна быть достаточ ной, чтобы преодолеть ее за 0,2 периода прикладываемого пол . Поэтому Е выбираетс  удовлетвор ющей условиюit is necessary to achieve a good transmission of the capacitor with electrodes 6, since the energy E of the ion entering the edge region of the capacitor with electrodes 6 must be sufficient to overcome it in 0.2 period of the applied field. Therefore, E is chosen to satisfy the condition

7474

/ J 7 / , 4 E,.2.(g;2-T - 2 0:2 ,  / J 7 /, 4 E, .2. (G; 2-T - 2 0: 2,

где f u /2 i - циклическа  частота;where f u / 2 i is the cyclic frequency;

- период. Пусть Е, - энерги  ионов пучка, вход щего в конденсатор с электродами 3. Применительно к BliMC значение полуширины энергораспределени  вторичных ионов составл ет Е,10-60 эВ. Тогда в случае использовани  ускор ющего электрода 5 (фиг. 1) полна  энерги  ионов, вход пщх во второй конденсатор с электродами 6 (точнее, ее компонента, соответствующа  движению иона вдоль оси системы), будет определ тьс  выражением - period. Let E, be the ion energy of a beam entering a capacitor with electrodes 3. For BliMC, the half-width of the energy distribution of the secondary ions is E, 10-60 eV. Then, in the case of using an accelerating electrode 5 (Fig. 1), the energy of the ions is full, the input of a second capacitor with electrodes 6 (more precisely, its component corresponding to the ion motion along the axis of the system) will be determined by

т/ fr ч 2t / fr h 2

eUp+E,7, (д-|)eUp + E, 7, (d- |)

(18)(18)

С другой стороны, пропускание иона массы m через квадрупольный масс-спектрометр происходит при амплитуде V, равнойOn the other hand, the transmission of the mass m ion through a quadrupole mass spectrometer occurs at an amplitude V equal to

- (19) - (nineteen)

Из (Ю) и (П) находим, что отношение посто нной составл ющей U на ускор ющем электроде 5 и амплитуды V ВЧ-напр жени  на электродах 3 и 6 квадрупольных конденсаторов должно удовлетвор тьFrom (Yu) and (P) we find that the ratio of the constant component U on the accelerating electrode 5 and the amplitude V of the RF voltage on the electrodes 3 and 6 of the quadrupole capacitors should satisfy

V mrU2irf)V mrU2irf)

UcUc

-fEiF:--T .. (-fEiF: - T .. (

ппл 1ppl 1

ОС 5OS 5

так как максимум разрешени  второго фильтра масс с электродами 6 имеет место при энерги х ионов Е. эВ, это дает возможность считать дл  ВИМС ,.since the maximum resolution of the second mass filter with electrodes 6 takes place at the energy of ions E. eV, this makes it possible to calculate for SIMS,.

Таким образом, измен ющиес  во времени при сканировании по массам величины V и UQ дл  рассматриваемого случа  св заны соотношениемThus, the time-varying, when scanning by masses, the quantities V and UQ for the case in question are related by the relation

,,

(21)(21)

Более точное значение отношени  V/UP выбираетс  экспериментально и из конкретных условий анализа.A more accurate value of the V / UP ratio is chosen experimentally and from the specific conditions of the analysis.

Особенностью фильтрации ионов в конденсаторе с электродами 6 (фиг.1) работающем в области устойчивости II,  вл етс  быстрый выход иона на неустойчивую траекторию при соответствующих массах из-за увеличени  напр женности переменного пол , поэтому требуемое число периодов фильтрации резко уменьшаетс  в сравнении с обычным режимом фильтрации в области Т. Тем самым возможен быстрый пролет иона через квадрупольный конденсатор с одновременной фильтрацией. Это позвол ет осуществить удовлетворительную фильтрацию частиц в расширенном диапазоне энергий анализируемых ионов, что важно дл  вторичной ионной масс- 10 спектрометрии.A feature of ion filtering in a capacitor with electrodes 6 (Fig. 1) operating in the stability region II is the rapid exit of the ion to an unstable trajectory at appropriate masses due to an increase in the intensity of the alternating field, therefore the required number of filtering periods decreases dramatically in comparison with the usual the filtering mode in the T. region. Thus, a rapid passage of an ion through a quadrupole capacitor with simultaneous filtration is possible. This allows satisfactory filtration of particles in the extended energy range of the analyzed ions, which is important for secondary ion mass spectrometry.

Предлагаемый способ предназначен дл  использовани  в установке ВИМС, работающей в режиме микрозонда, дл  послойного анализа больших интеграль-|5 ных схем.The proposed method is intended for use in a SIMS installation operating in the microprobe mode for layer-by-layer analysis of large integrated circuits.

1396174 О1396174 O

женных частиц, а к другому квадру- польному конденсатору прикладывают переменное и посто нное напр жени  и формируют в нем электрическое поле с параметром q,, соответствующим первой области стабильности траекторий зар женных частиц отлича ю- щ и и с   тем, что, с целью увеличени  разрешающей способности, величины параметров уравнени  Матье q и q 2 обоих квадрупольных конденсаторов с соответственно первой и второй област ми стабильности выбирают удовлетвор ющими условиюAn alternating and constant voltage is applied to another quadrupole capacitor, and an electric field is formed in it with the parameter q, corresponding to the first region of stability of the trajectories of the charged particles, differing from that by increasing the resolution, the values of the parameters of the Mathieu equation q and q 2 of both quadrupole capacitors with, respectively, the first and second regions of stability are chosen to satisfy the condition

8,773 --2 10,643,8,773 - 2 10,643,

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ масс-сепара,ции зар женных частиц, заключающийс  в том, что частицы последовательно направл ют в первый и второй квадрупольные конденсаторы и регистрируют их на выходе из второго квадрупольного конденсатора, :причем к одному из квадрупольных конденсаторов прикладывают переменное напр жение и формируют в нем электрическое поле с параметром уравнени  Матье q ,соответствуюш№1 второй об- ласти стабильности траекторий зар Ф /г ./The method of mass separation, charging particles, is that the particles are successively directed to the first and second quadrupole capacitors and register them at the output of the second quadrupole capacitor: an alternating voltage is applied to one of the quadrupole capacitors and an electric field with a parameter of the Mathieu equation q, corresponding to number 1 in the second region of stability of the trajectories of charge f / g. 8,773 --2 10,643,8,773 - 2 10,643, гдеWhere 4eVi4eVi . тЦг. е - зар д иона.. tsg. e is the charge of the ion. 4eV2 гаш|г|4eV2 gash | g | Кл;CL; m - масса ионов со стабильной траекторией, а.е.м.m is the mass of ions with a stable trajectory, amu V, V - амплитуды переменного напр жени  на квадрупольных конденсаторах , Б;V, V - amplitudes of alternating voltage on quadrupole capacitors, B; 00, и u)- частоты упом нутых напр жений , Гц;00, and u) are the frequencies of the mentioned voltages, Hz; г иг - радиусы пролетного пространства квадрупольных конденсаторов , м;r i - the radii of the span of quadrupole capacitors, m; ВейWei Фиг,FIG S отм.S mark flfl дd /Т7х/ T7x J J Фиг.ЗFig.Z МM п- , /тта p- / tta 4four /77у/ 77u /Т/ .е.м/ T / .m
SU864102321A 1986-05-11 1986-05-11 Method of mass-separation of charged particles SU1396174A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864102321A SU1396174A1 (en) 1986-05-11 1986-05-11 Method of mass-separation of charged particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864102321A SU1396174A1 (en) 1986-05-11 1986-05-11 Method of mass-separation of charged particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1396174A1 true SU1396174A1 (en) 1988-05-15

Family

ID=21250819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864102321A SU1396174A1 (en) 1986-05-11 1986-05-11 Method of mass-separation of charged particles

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1396174A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7935924B2 (en) 2007-07-06 2011-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Batch fabricated rectangular rod, planar MEMS quadrupole with ion optics
US7935923B2 (en) 2007-07-06 2011-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Performance enhancement through use of higher stability regions and signal processing in non-ideal quadrupole mass filters

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Слободенюк Г.М. Квадрупольные масс-спектрометры. М.: Атомиздат, 1974, с. 8-12. Dawson Р.Н,, Bingoi Y. The second Stability region of the quadropole mass filter. (Part T, Tl) - Int. J. Mass. Spectrom. Ion Process 1984, № 56, p. 25-39, p. 41-50. Wong C.M., Crowford R.W., Bar ton V.C. et al. Тандемна квадруполь- на масс-спектрометри с полностью .компьютерным управлением. - Приборы дл научных исследований, 1983, № 8, с, 83-93. Черепин В.Т. Ионный зонд. Киев: Наукова думка, 1984, с. 50-52, с. 72, табл. 33, Сысоев А.Д., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М.: Атомиздат, 1977, с. 189. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7935924B2 (en) 2007-07-06 2011-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Batch fabricated rectangular rod, planar MEMS quadrupole with ion optics
US7935923B2 (en) 2007-07-06 2011-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Performance enhancement through use of higher stability regions and signal processing in non-ideal quadrupole mass filters

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3334225A (en) Quadrupole mass filter with means to generate a noise spectrum exclusive of the resonant frequency of the desired ions to deflect stable ions
US5170054A (en) Mass spectrometric high-frequency quadrupole cage with overlaid multipole fields
US3410997A (en) Multipole mass filter
SU1396174A1 (en) Method of mass-separation of charged particles
US3617736A (en) Quadrupole mass filter with electrode structure for fringing-field compensation
JPS60243960A (en) Ion microbeam device
Martinez et al. Four-cylinder electrostatic lens. II. Energy scanning at constant image position and magnification
GB1487199A (en) Quadrupole field mass analyser
JPS60135846A (en) Secondary ion mass spectrometer
US4367406A (en) Cylindrical mirror electrostatic energy analyzer free of third-order angular aberrations
SU1520414A1 (en) Ionic microanalyser
JP2020194648A (en) Mass spectrometer
JPS60121655A (en) High voltage ion driving device
SU1714720A1 (en) Method for adjustment of electrostatic sector power analyzer
Marmet et al. A frequency-swept quadrupole mass filter
US3473019A (en) Mass analyzer with extension means to decrease the distance between electrode surfaces
SU1061193A1 (en) Mass spectrometer
SU1150680A1 (en) Electrostatic spectrometer of angular and energy distributions of charged particles
SU1088090A1 (en) Method of supplying transducers of quadrupole mass spectrometer
RU2447539C2 (en) Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type)
SU1191981A1 (en) Ion microanalyzer
Turner et al. Effect of ion entry acceptance conditions on the performance of a quadrupole mass spectrometer operated in upper and lower stability regions
SU1711260A1 (en) Secondary ion mass-spectrometer
SU1443052A1 (en) Electrostatic cylindrical deflector of charged particles
SU674117A1 (en) Optronic device with spherical aberration corrected