SU1739398A1

SU1739398A1 - Способ масс-спектрометрического анализа поверхности методом ионно-циклотронного резонанса

Info

Publication number: SU1739398A1
Application number: SU904800821A
Authority: SU
Inventors: Евгений Николаевич Николаев; Владимир Евгениевич Франкевич; Александр Владимирович Мордехай
Original assignee: Институт энергетических проблем химической физики АН СССР
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Использование: научное приборостроение , техника масс-спектрометрии, Сущность изобретени : ионы, образованные в источнике 1, ускор ютс в поле, создаваемом сеткой 2 и держателем 9. С помощью сетки 3 происходит управление первичным ионным пучком, отраженные ионы которого несут информацию об исследуемой поверхности . Развертку энергетического спектра осуществл ют изменением потенциала исследуемой поверхности. При повышении потенциала на пластине 7 в измерительной

Description

СП

с

13

N

jCO

Ю

00

|0

loo

чейке запираютс отраженные ионы, имеющие энергию Ез + ДЕ, где ДЕ - величина, на которую понижаетс потенциал пластины 7. Ионы, имеющие энергию, меньшую Ез, задерживаютс в тормоз щем поле сетки 8, а ионы, имеющие энергию, большую Ез + АЕ, пролетают чейку, не удержива сь в ней. Таким

Изобретение относитс к научному приборостроению , к технике масс-спектромет- рии, в частности к способу исследовани состава поверхности, анализа и идентификации веществ,

Известны способы масс-спектрометри- ческого анализа поверхности методом ион- но-циклотронмого резонанса, в которых в качестве ионов, несущих информацию об исследуемой поверхности, используютс вторичные ионы, образующиес на поверхности при воздействии на нее лазерного излучени .

Но при этом происходит разрушение поверхности, выход вторичных ионов зависит от типа поверхности, что затрудн ет ко- личественный анализ состава поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ масс-спектрометрического анализа поверхности методом ИЦР, заключающийс в ре- гистрации ионов, выбитых из поверхности первичным ионным пучком вторичных ионов, несущих информацию об исследуемой поверхности.

Однако известный способ имеет следу- ющие недостатки. Дл образовани вторичных ионов из исследуемой поверхности необходимы первичные ионы высокой энергии , что приводит к разрушению поверхности . Коэффициенты выхода вторичных ионов дл различных поверхностей могут отличатьс на несколько пор дков, что затрудн ет количественный анализ состава поверхности.

Цель изобретени - расширение функ- циональных возможностей за счет обеспечени неразрушающего поверхность режима работы и повышени точности определени состава поверхности при исполь- зовании в качестве ионов, несущих информацию о поверхности, отраженных ионов первичного пучка.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу масс-спектрометрического анализа поверхности методом ионно- циклотронного резонанса, по которому на исследуемую поверхность воздействуют пучком первичных ионов и ионы, несущие

образом происходит регистраци отраженных ионов, имеющих энергию от Е3 до Е3 + АЕ. Варьиру потенциал отЕ1 СдоЕ1 Ои измер интенсивности сигнала ИЦР при различных значени х потенциала поверхности Е3, получают спектр, линии которого соответствуют массам рассеивающих центров. 4 ил.

информацию об исследуемой поверхности, направл ют в измерительную чейку с последующей регистрацией масс-спектра, за счет обеспечени неразрушающего поверхность режима работы и повышени точности определени состава поверхности, в качестве ионов, несущих информацию от исследуемой поверхности, используют отраженные ионы первичного пучка, развертку энергетического спектра осуществл ют изменением потенциала исследуемой поверхности , а энергию первичного пучка поддерживают посто нной путем регулировани потенциала источника первичных ионов, причем захват отраженных ионов в измерительную чейку осуществл ют путем импульсного увеличени потенциала торцовых пластин измерительной чейки на величину энергетического разрешени захватываемых чейкой отраженных ионов. На фиг.1 представлена диаграмма потенциалов , необходима дл осуществлени данного способа; на фиг.2 - временна последовательность импульсов; на фиг.З - устройство дл осуществлени анализа поверхности предлагаемым способом, общий вид; на фиг.4 - полученный энергетический спектр пленки

FC-CO-TB.

В основе предлагаемого способа анализа поверхности лежит тот факт, что если налетающий ион с энергией Е0 и массой Mi соудар етс с поверхностным атомом массы Ма и при этом рассеиваетс на угол в, то рассе нный ион имеет энергию EI, определ емую выражением

1

0+S)2

{COS0+ «{Ј MiMr

sin20) (1)

и если Mi и угол рассе ни заданы, а соотношение энергий определить экспериментально , то можно получить массу рассеивани М2.

Разрешение по массе определ етс энергетической шириной спектра ионов рассе ни , котора зависит от разрешени экспериментальной установки по энергии и углу. Дл детектора с достаточно малым углом сбора разрешающа способность по массе определ етс разрешающей способностью экспериментальной установки по

энергии -др-

Из этого соотношени видно, что максимальное разрешение получаетс при угле 9 180° т.е. рассеивании назад. При предлагаемом способе анализа угол рассеивани равен 180°, что позвол ет получать максимально возможное разрешение по массе.

Способ анализа осуществл етс следующим образом.

Ионы, образованные в ионном источнике 1 (фиг.З), ускор ютс в поле, создаваемом сеткой 2 и держателем 9. С помощью сетки 3 происходит управление первичным ионным пучком. В момент пропускани пучка (лини 1 на фиг.1 и импульс PI на фиг,2) потенциал пластины 7 понижен относительно потенциала пластины 6 (лини 2 на фиг.1 и импульс Р2 на фиг.З). При повышении потенциала на пластине 7 в измерительной чейке 5 запрутс отраженные ионы, имеющие энергию (Ез + АЕ), где А Е - величина, на которую понижалс потенциал пластины 7. Ионы, имеющие энергию, меньшую Ез, задерживаютс в тормоз щем поле сетки 8, а ионы, имеющие энергию, большую (Ез + ДЕ), пролет т чейку, не удержива сь в ней. Таким образом произойдет регистраци отраженных ионов, имеющих энергию от Ез до Ез + АЕ. Если теперь сменить потенциал сетки 2 и держател Г. чЈиг.1), но EI - Ез Е2- - Е4 С, то соответственно теперь в измерительной чейке будут регистрироватьс отраженные ионы, имеющие энергию от ЕА до Е4 + АЕ, а энерги первичных ионов не изменитс и будет равна С. Варьиру потен- циалы от EI С до EI 0 и измер интенсивности сигнала ИЦР при различных значени х потенциала поверхности Ез получим спектр, линии которого будут соответствовать (по формуле (1)) массам рассеивающих центров. Необходимым условием запирани вл етс временное расположение импульсов 1 и 2. Врем At

0

5

0

5

0

0 5 0 5

нарастани заднего фронта импульса 2 должно быть меньше минимального времени пролета отраженных ионов через измерительную чейку, которое равно с, при энергии отраженных ионов, равной 103 В. Разрешение при данном способе будет определ тьс формулой (2) и основной вклад в разброс по массам будет давать разброс по энергии, который равен АЕ - величине опускани потенциала торцовых пластин.

Пример. Способом масс-спектромет- рического анализа поверхности методом ИЦР исследовалась тонка металлическа пленка, примен ема дл магнитной записи информации с известным составом Fe Со, ТЬ. Бомбардировка поверхности производилась импульсно, ионный пучок запиралс сеткой 3 с временем 5 мс ионами Na- образованными в ионном источнике поверхностной ионизацией из соли NaCI Энерги первичных ионов равна 1 кэВ ионный ток 1- , Получение энергетического спектра отраженных ионов осуществл етс последовательным измерением количества захваченных ионов Na+ по интенсивности сигнала ИЦР от них при различных значени х потенциала исследуемой поверхности. Энергетический спектр состо ит из 100 отдельных обработанных точек, соответствующих измеренным сигналам о- ионов Na , сн тых при разной энергии с шагом по энергии 10 В. Пики полученного спектра соответствуют массам атомов поверхности: 54, 59, 159 а.е.м. (фиг.4). По интенсивности пиков можно оценить относительную концентрацию атомов в пленке. Интенсивности пиков: Fe- ТЬ - 28,9%, Со - 30%. Это близко к действительной концентрации этих веществ в пленке (Fe - 44%, ТЬ - 27%, Со - 29%),

Разрешение определ етс формулой (2). Основной вклад в разброс по массам будет давать разброс по энергии, который равен АЕ - величине опускани потеи- циала торцовых пластин и в данном с тучае (АЕ 1В), Ю 4.

В масс-спектрах при указанных значени х энергий первичного пучкз ионов Na+ отсутствуют пики вторичных ионов, что свидетельствуете неразрушающем режиме работы.

Возможность неразрушающего исследовани поверхностей твердых тел позволит расширить область применени масс-спектрометрии ионно-циклотронного резонанса, изучать процессы, происход щие не только в газовой фазе, но и на поверхности твердого тела.

Claims

Формула изобретени

Способ масс-спектрометрического анализа поверхности методом ионно-цикло- тронного резонанса, по которому на исследуемую поверхность воздействуют пучком первичных ионов и ионы, несущие информацию об исследуемой поверхности, направл ют в измерительную чейку с последующей регистрацией масс-спектра, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей за счет обеспечени неразрушающего поверхность режима работы и повышени

Ј

0

5

точности определени состава поверхности , в качестве ионов, несущих информацию об исследуемой поверхности, используют отраженные ионы первичного пучка, развертку энергетического спектра осуществл ют изменением потенциала исследуемой поверхности, а энергию первичного пучка поддерживают посто нной путем регулировани потенциала источника первичных ионов, причем захват отраженных ионов в измерительную чейку осуществл ют путем импульсного увеличени потенциала торцовых пластин измерительной чейки на величину энергетического разрешени захватываемых чейкой отраженных ионов.

Pi

1 СМГ 1000 I

800

600 400 200 200

,