SU1711260A1 - Вторично-ионный масс-спектрометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вторично-ионным масс-спектрометрам, предназначенным дл  контрол  химического состава поверхности и объема твердых тел. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей. Масс-спектрометр состоит из источника первичного пучка, оптики 2-4 сбора вторичных ионов, масс-ана- лизатора 5, системы 8-14 энергоанализа и регистрации вторичных ионов. От ража ю

Description

Изобретение относитс  к масс-спект- ральной технике, а более конкретно к устройствувторично-ионных масс-спектрометров, предназначенных дл  контрол  химического состава поверхности и объема твердых тел, и может быть использовано в научно-исследовательских организаци х и производственных лаборатори х.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема масс-спектрометра и распределение потенциала в ионно-оптическом тракте анализатора регистрации положительных ионов (сплошна  лини ) и отрицательных ионов (штрихова  лини ) на фиг. 2 - схема источника, формирующего смешанный первичный пучок, и распределение потенциала в этом источнике.

Электроды 1-4 образуют иммерсионный объектив, предназначенный дл  сбора, ускорени  и фокусировки в плоскости входной диафрагмы электрода 4 однопол рного анализатора 5 вторичных ионов, выбиваемых из образца 6 первичным пучком. За выходной диафрагмой электрода 7 анализатора расположен ионно-электронный преобразователь с энергоанализатором (электроды 8-14). За электродом-отражателем 12, выполненным в виде сетки, установлен дополнительный электрод 13 подключенный к. дополнительному регистрирующему устройству (не показано). Сетчатый ускор ющий электр,од 15, сцинтилл тор 16, светопровод 17, фотокатод 18 фотоумножител  1.9 образуют систему преобразовани  к усилени  электронного тока. Анод 20 фотоумножител  соединен с входом усилител  посто нного тока (не показан). Электроды 4,7,11 и 14 заземлены, а остальные (1-3,8-12) подключены к источникам посто нного напр жени , имеющим на выходе переключатели пол рности. Ускор ющий электрод 15 подключен к положительному полюсу источники высокого напр жени , а фотокатод 18

соединен с отрицательным полюсом источника регулируемого высокого напр жени . В источнике первичного пучка (фиг. 2) катод21 размещен внутри полого электрода

22, Последний имеет электрический контакт с электродом 1, задающим потенциал области , в которой расположен образец 6. Второй катод 23 источника в отличие от стандартного ионного источника Пеннинга

выполнен полым и служит одновременно камерой перезар дки. Электроды 23-26 образуют систему формировани  смешанного первичного пучка.

Указанна  конструкци  позвол ет создавать в ионно-оптическом тракте анализатора такие распределени  потенциала, которые необходимы дл  регистрации как вторичных положительных ионов, так и отрицательных ионов. При анализе положительных ионов сформированный иммерсионным объективом пучок раздел етс  по отношению массы к зар ду ионов, а выделенна  компонента попадает на сетчатый электрод-отражатель 12. При этом часть

ионов, имеющих энергию меньше задаваемой разностью потенциалов между электродами 1 и 12, отражаетс  от электрода-отражател  12 и затем ускор етс  к конвертирующему электроду 10. Друга .

же часть ионов с более высокой энергией проходит через сетку и нейтрализуетс  на внутренней поверхности полого электрода 13. В этом режиме работы масс-анализато- ра применение сетчатого отражател  позвол ет устранить фон, который в случае сплошной поверхности отражател  создаетс  вторичными электронами и эмиттируе- мыми ею под действием неотразившихс  положительных ионов и других частиц, прошедших через анализатор 5. Ускорение к электроду 10 положительные ионы выбивают из него электроны, которые после ускорени  к ускор ющему электроду 15 регистрируютс  фотоумножителем 19.

В режиме анализа отрицательных ионов необходимое распределение потенциала в ионно-оптическом тракте обес,печи- ваетс  изменением пол рности напр жени  на электродах 1-4,7-12. В этом режиме сетчатый отражатель обеспечивает возможность энергетического анализа отрицательных ионов, чего нельз  достичь, использу  сплошной электрод, из-за ионно-электронной эмиссии с.его поверхности . Отражаемые электродом 12 отрицательные ионы, имеющие энергию в заданном интервале, ускор ютс  в направлении электрода 15 точно так же, как и электроны , эмиттируемые электродом 10 в режиме анализа положительных ионов. Ускоренные под действием высокого положительного потенциала электрода 15 отрицательные ионы попадают на сцинтил- л тор 16, а возникающие фотоны регистрируютс  фотоумножителем.

Подключенный к регистрирующему устройству электрод 13 позвол ет измер ть иовные токи без энергоанализа и усилени  фотоумножителем, что повышает динамический диапазон регистрируемых токов, при этом электрод 12 выполн ет роль антиди- натронной сетки.

Источник (фиг. 2) позвол ет сформировать смешанный первичный пучок, состо щий из нейтральных атомов и положительных ионов. Образовавшиес  в ионизационном пространстве внутри полого электрода 21 положительные ионы ускор ютс  в пространстве между электродами 22 и 23 и попадают в камеру 23 перезар дки. Часть ионов перезар жаетс  в нейтральные частицы без изменени  энергии, поэтому из камеры 23 выходит смешанный пучок ускоренных ионов и нейтралей. Равенство потенциалов области ионизации в источнике первичного пучка и области, в которой размещен образец, приводит к тому, что зар женна  компонента пучка вблизи поверхности образца имеет практически нулевую энергию. Этим обеспечиваетс  автоматическа  компенсаци  отрицательного зар да, возникающего в результате эмиссии с поверхности вторичных положительных ионоз, выбиваемых пучком ускоренных нейтральных частиц. При положительном зар де на мишени вторичные ионы рассеиваютс .

Предлагаемый вторично-ионный масс- спектрометр по сравнению с известным обеспечивает одинаковый режим анализа как положительных, так и отрицательных

вторичных ионов и позвол ет значительно расширить динамический диапазон регистрируемых токов. При этом важно расширение этого диапазона в область малых токов

за счет снижени  фона в системе ионно- электронного преобразовани . Этим обеспечиваетс  более высока  чувствительность анализа, что расшир ет область применени  устройства. Использование источника

смешанного пучка позвол ет устранить затруднени  при анализе неэлектропроводных образцов, св занные с образованием поверхностных зар дов под действием первичного пучка..

. Таким образом, расшир ютс  функциональные возможности, кроме того, предлагаема  конструкци  легко реализуетс  на основе серийно выпускаемого вторично- ионного масс-спектрометра.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Вторично-ионный масс-спектрометр, содержащий источник первичного пучка, ионно-оптическую систему вторичных

   ионов, | масс-анализатор, отражающий и конвертирующий электроды, вторично- электронный умножитель, регистрирующее устройство и блоки питани , отличающийс  тем, что, с целью расширени 

   функциональных возможностей, отражающий электрод выполнен в виде сетки, за которой установлен дополнительный электрод , подключенный к дополнительно введенному регистрирующему устройству, в

   качестве вторично-электронного умножител  использован фотоэлектронный умножитель со сцинтилл тором, перед которым помещен дополнительный сетчатый ускор ющий электрод с блоком питани , при этом

   блоки питани  масс-спектрометра снабжены коммутатором дл  анализа и регистрации положительных или отрицательных ионов.
2. 2. Масс-спектрометр по п. 1 .отличающийс  тем, что источник первичного пучка выполнен в виде источника смешанного пучка, состо щего из нейтральных атомов и положительных ионов, при этом электрод,

   задающий потенциал области ионизации 8 источнике, и электрод/задающий потенциал области, в которой расположен образец, подключены к одному и тому же полюсу соответствующего блока питани , а катод источника первичных ионов выполнен полым с возможностью использовани  в качестве камеры перезар дки.

   QUIZ