TW201626431A - 離子化裝置及包含離子化裝置的質譜儀 - Google Patents

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Abstract

本申請所揭露之發明係關於一種離子化裝置(1)，其包括：一電漿產生裝置(4)，用於在主要電漿區(9)中產生介穩粒子(6a)及/或離子化氣體(6)之離子(6b)；一場產生裝置(13)，用於在次要電漿區(10)中產生輝光放電(12)；一進氣口(2)，用於將待離子化的氣體(3)供應入該次要電漿區(10)；以及一另一進氣口(5)，用於將該等介穩粒子(6a)及/或該離子化氣體(6)之該等離子(6b)供應入該次要電漿區(10)。本發明亦關於一種質譜儀(20)，包含此種一離子化裝置(1)；以及一偵測器(17)，配置於該離子化裝置(1)之排氣口(16)下游，用於該離子化氣體(3a、3a')之質譜分析。

Description

離子化裝置及包含離子化裝置的質譜儀 【參照相關申請】
本申請案主張2014年12月16日德國專利申請案DE 10 2014 226 039.6之優先權，其所揭示內容全部納入本申請案之內容作為參考。
本發明大體上係關於一種離子化裝置及一種包含此種離子化裝置的質譜儀。
在質譜法中需要用於將待離子化的氣體離子化的新穎方法(下文有時亦指稱為分析物)，能補充或(依應用而定)甚至能以熱燈絲或灼熱絲(電子離子化)取代用於離子化的標準程序。標準離子化之缺點為燈絲周圍高溫，熱度最高可達2000℃，且離子化能量通常約70eV(電子伏特)，對大多數應用來說、特別是在有機化學(例如生命科學)中溫度過高，並會導致產生破裂，還有在通常超過約10-4mbar(毫巴)高工作壓力之情況下，燈絲敏感性非常高，可能會導致燈絲「燒穿」。
DE 10 2007 043 333 A1已揭示一種處理與檢驗組件的方法，其中在冷大氣電漿源中產生的主要電漿束，係用作即將在小直徑待調 節或檢驗的腔室中產生的次要電漿束之點火源。為此目的，在主要電漿源之方向上引導惰性氣體穿越組件之腔室。在此，由主要電漿源點燃的次要電漿在待處理或檢驗的組件之腔室中，背對惰性氣體之氣流方向傳遞。
本發明之目的為提供一種離子化裝置及一種實現氣體之有效離子化、包含離子化裝置的質譜儀。
達成此目的係藉由一種離子化裝置，包含：一電漿產生裝置，其用於在主要電漿區中產生(電中性)介穩粒子及/或離子化氣體之離子；一場產生裝置，其用於在次要電漿區中產生輝光放電；一進氣口，其用於將待離子化的氣體供應入該次要電漿區；以及一另一進氣口，其用於將該等介穩粒子及/或該離子化氣體之該等離子供應入該次要電漿區。說明輝光放電之空間範圍時，輝光放電下文經常亦指稱為輝光放電區域。在本申請案之意義範圍內，於其中形成(次要)電漿的次要電漿區不僅單指輝光放電區域，亦指形成於離子化裝置之殼體內部且於其中舉例來說可施加電場以產生輝光放電(參見下文)的輝光放電區域之周圍空間。
通常，係在電漿產生裝置之主要電漿區中產生溫度通常低於約200℃的微型電漿、特別是所謂的「冷」微型電漿，亦即省略用於產生電漿的燈絲。電漿產生裝置特別是可體現為產生離子化氣體之主要電中性的介穩粒子或分子，例如形式為介穩惰性氣體分子、特別是形式為介穩氦分子。首先，這能以通常位於約20eV區域中的能量使待離子化的氣體(分析物)溫和離子化；其次，此種電漿產生裝置在高分析物壓力下操作亦非常耐用 且可靠。
介穩粒子/分子及/或離子化氣體之離子藉由另一進氣口或其孔徑供應到次要電漿區。介穩粒子/分子及/或離子化氣體之離子可經由輝光放電區域中的另一進氣口供應；不過，亦可能在輝光放電區域外部的位置，例如在於其中電場通常施加作為用於點燃輝光放電(參見下文)之點火通道的區域中，將介穩粒子/分子及/或離子化氣體之離子供應到次要電漿區。待離子化的氣體同樣藉由(第一)進氣口之適當孔徑供應到次要電漿區。待離子化的氣體之一些分子，藉由電荷交換離子化或藉由碰撞程序由介穩粒子/分子或由離子化氣體之離子進行離子化。
待離子化的氣體之其他分子，係藉助在次要電漿區中由場產生裝置產生的輝光放電特別有效進行離子化。為了產生輝光放電(參見下文)之目的，從而在次要電漿區中設定合適的(氣體)壓力。為了在次要電漿區中產生輝光放電之目的，所具有的優勢為自由電子係在待離子化的氣體與離子或與離子化氣體之介穩粒子之衝擊離子化期間生成，該等自由電子藉由串接倍增(cascade multiplication)或突崩效應(avalanche effect)，在輝光放電區域之方向上其通道上的分析物氣體中相繼產生更多自由電子，從而在輝光放電區域中實現特別高的離子化效率；換言之，此程序導致在輝光放電區域中存在非常高的電子密度。
在一個具體實施例中，為了在次要電漿區中產生輝光放電，場產生裝置體現為在進氣口與另一進氣口之間產生電場。該電場形成用於加速電子的加速通道或點火通道，從進氣口發出到另一進氣口之區域。在輝光放電區域之方向上次要電漿區中加速的該等電子具有高動能，因此可 特別有效將待離子化的氣體之其他分子離子化。該另一進氣口、更精確而言延伸穿越該另一進氣口之孔徑的該另一進氣口之中心軸線，較佳為相對於進氣口、更精確而言進氣口之中心軸線、以及因此待離子化的氣體之傳遞方向，以一定角度(例如90°角度)對準。進氣口及另一進氣口之中心軸線在次要電漿區中、一般在輝光放電區域中或在輝光放電區域附近相交。
在發展中，場產生裝置具有電壓源及用於產生電場的兩個電極。形成用於產生電漿之點火通道或加速通道的電場，藉由在用作陰極的第一電極與用作陽極的第二電極之間施加電壓而產生。為了朝向輝光放電區域加速電子，用作陽極的電極通常設置得比用作陰極的電極更接近輝光放電區域。施加於該等電極之間的電壓大小通常選定為對應於足以點燃電漿之點火電壓，亦即能進行串接倍增或突崩效應，其中更多電子由待離子化的氣體之分子之離子化產生，該等更多電子同樣會加速，並能將待離子化的氣體之更多分子離子化。
點燃電漿所需的電壓可從關於該等電極之間的給定距離及該等電極之間區域中的給定氣體壓力的白仙定律(Paschen’s law)或湯森方程式(Townsend equation)決定。該等電極之間的氣體壓力與距離之乘積通常係以待離子化的各個氣體到達所謂白仙最小值的方式選定，亦即使得可選定最小可能的點火電壓。
在另一發展中，進氣口形成第一電極(陰極)且另一進氣口形成用於產生電場的第二電極(陽極)。如此，介於進氣口與另一進氣口之間的整個通道均可用作加速通道或用於點燃電漿的點火通道。應可理解視需要亦可能使用為了產生電場之目的而與進氣口及另一進氣口以空間隔開設置 的電極。作為替代例或除了將另一進氣口用作第二電極之外，亦可能使用另一排氣口將氣體、離子化氣體之介穩粒子及/或離子化氣體之離子從次要電漿區中抽出。特別是，於其間形成次要電漿區的另一進氣口及另一排氣口，可一起用作用於產生電場的第二電極。
在另一發展中，電壓源體現為在第一電極與第二電極之間產生介於50V(伏)至5000V之間的電壓。如上文進一步所說明，產生輝光放電或電漿所需的點火電壓，係依該等電極之間通常固定的預定距離、沿著點火通道的氣體壓力及待離子化的氣體而定，特別是依各個氣體原子或氣體分子之離子化能及平均自由徑長度而定。後者尤其係依氣體原子之大小及其密度、以及溫度而定。在前述區域內的電壓一般足以產生輝光放電。
在另一具體實施例中，離子化裝置包含一排氣口，其用於從該離子化裝置排放離子化氣體。該排氣口通常設置於遠離進氣口的次要電漿區或輝光放電區域之側面上。由離子化裝置產生的離子或離子束可用於分析離子化氣體，例如在質譜儀中。
不過，亦可能將離子化裝置所產生的離子或離子束用於其他應用，例如在電子束或離子束顯微鏡(例如氦離子顯微鏡)中，其中電子束或離子束會掃描待檢驗的物件(樣本)。在第一種情況下，在待檢驗的物件處反向散射的例如離子化裝置之電子，可能與待離子化的氣體(例如惰性氣體、特別是氦氣)或水蒸汽一起經由進氣口供應。偵測器(例如光敏放大器或電荷放大器)可配置於離子化裝置之輸出處下游，例如以大約接地電位的接地電位或低電位：因此，在可選定例如比離子化裝置中待離子化的氣體之陽離子群更長許多的合適設計電子群之情況下，令人意外儘管後續的離子偵測 「慢」，仍可能達成高平均移動率。換言之，使用以接地電位操作的慣用偵測器電子設備，可達成具有來自樣本的反向散射電子之對應高信號頻寬的高偵測效率。在此情況下，在離子化裝置中的加速或點火通道用於放大電子所產生的電子流或用於逐漸產生電子流所產生的離子。電子流之增益可由點火通道之長度設定。
由於在次要電漿區中相對較高壓力之結果，因此通過排氣口的離子具有少量動能(「冷電漿」)，這對配置於排氣口下游的離子轉移裝置而言具優勢，並能實現有效離子轉移。排氣口可形成用於降低離子化氣體之壓力及/或縮減離子轉移通道的單一(視需要多個)壓力級，其中偵測器或質量分析儀配置於其下游。
在另一具體實施例中，場產生裝置體現為在另一進氣口與排氣口之間產生另一電場。該另一電場通常係以相對於形成電子點火通道之電場的方式導向。藉助該附加電場，在次要電漿區中產生的帶正電荷離子加速離開該次要電漿區到排氣口或到該處形成的孔徑，然後離開離子化裝置。由於自由電子之密度在點火通道之末端處或在輝光放電區域中最大，因此待離子化的氣體之大多數離子係在該處產生，從而大多數離子可藉由排氣口從離子化裝置排放。
用於產生(第一)電場的第二電極(陰極)亦可用於產生另一電場。電場可藉由將電壓施加到此電極及設置於排氣口附近的另一電極而產生。用於電壓衝穿的電壓在大小方面可具有點火電壓之大致相同的數量級；不過，如上文進一步所說明，該衝穿電壓具有與點火電壓相反的符號。
在發展中，排氣口形成用於產生另一電場的另一電極。在此 情況下，離子化氣體之離子可以特別簡單的方式朝向排氣口加速。較佳為，形成該另一電極的排氣口為接地，亦即置於接地電位(0V)。在此情況下，例如在電子或離子顯微鏡中使用離子化裝置時，偵測器可位於接地電位，這被認為對實現簡單而強大的放大器設計(例如形式為電荷放大器或光電二極體放大器)而言具優勢。此外，在質譜儀中使用離子化裝置時，將排氣口置於接地電位亦可具優勢。
在另一具優勢的具體實施例中，離子化裝置之進氣口、次要電漿區及排氣口沿著共用視線設置。這對實現離子化裝置之小型設置具優勢。不過，不同於使用分子束之情況，沿著視線的設置在本離子化裝置中並非強制性。對實現恆定離子產率來說，若在次要電漿區中、理想上在沿著進氣口與排氣口之間視線的整個空間中通常存在實質上恆定靜態(中間)壓力，則被認為具優勢。
在發展中，離子化裝置附加包含一抽出裝置，其具有另一排氣口，用於將待離子化的氣體或已部分離子化的氣體、離子化氣體之介穩粒子及/或離子化氣體之離子從次要電漿區中抽出。該另一排氣口用於將剩餘氣體從次要電漿區中抽出。如此，可能在次要電漿區中產生實質上恆定壓力，該壓力實質上由分析物氣體分子引起。實質上恆定離子產率之產生可由實質上恆定壓力確保。如上文進一步所說明，具有該另一排氣口的抽出裝置作為替代例或除了該另一進氣口之外，亦可用作用於在進氣口與輝光放電區域之間產生電場的第二電極。
在一個發展中，另一進氣口及另一排氣口沿著另一視線設置。特別是，該另一視線可對進氣口與排氣口之間的視線成直角設置。次 要電漿區(通常輝光放電區域)在另一進氣口與另一排氣口之間形成。在此情況下，另一進氣口及另一排氣口可用作置於相同電位以在進氣口與輝光放電區域之間形成用於加速電子或用於產生電漿之電場的(第二)電極。
在另一具體實施例中，場產生裝置體現為在次要電漿區中產生至少一個磁場。在次要電漿區中所施加的磁場、特別是時間相關磁場，可舉例來說藉由「電子迴旋共振」(Electron cyclotron resonance，ECR)效應或藉由「電感式耦合電漿」(Inductively coupled plasma，ICP)效應而放大離子化。舉例來說，以合適方式作用於電漿上或放大後者的時間相關電場，可藉由使用時間相關磁場而產生。離子化磁場可經由一個或多個永久磁鐵或經由一個或多個線圈耦合入，其舉例來說可在與該等線圈相同的位置處施加。應可理解磁(電磁)場必須通常存在於次要電漿區中，使得離子化可以放大或針對性方式在該處受到影響。
電漿或輝光放電區域亦可借助於至少一個磁場，在離子化裝置內以針對性方式移置，舉例來說憑藉以針對性方式移置到待離子化的氣體之進氣口或到舉例來說在排氣口之方向上之其他開口(孔徑)的磁場，或憑藉集中於離子化裝置內特定區域中以用在該處最高可能的效率將待離子化的氣體之分子離子化，或以可能的最有效方式設計到排氣口及到視需要聯接該排氣口之測量單體的離子輸送的磁場。此流程亦可以針對性方式用於不同分析物以提高離子化效率，亦即該至少一個磁場可依待離子化的氣體之類型而受到影響或修改。離子化時間相關磁場亦可在分析物之測量流程期間，在測量單體中或在偵測器中以針對性方式修改或移動，如此可能導致提高該離子化或離子之更有效輸送入該測量單體。
如上文進一步所說明，該至少一個磁場、特別是形式為交變磁場，可以所需形式產生以提高離子化效率或以針對性方式影響後者。在一個發展中，場產生裝置體現為產生沿著視線或沿著另一視線對準的磁場，亦即沿著該視線或沿著該另一視線延伸且在該處具有對稱軸的磁場。
在另一具體實施例中，離子化裝置附加包含一腔室，其設置於離子化裝置之主要進氣口與進氣口之間，用於將待離子化的氣體供應入次要電漿區前，處理待離子化的氣體。待離子化的氣體可在前述氣體從進氣口排放入次要電漿區前，在該腔室中處理。待離子化的氣體可以多種方式處理： 舉例來說，為了降低離子化裝置外部(真空)環境中的主要環境壓力(該環境壓力數量級可能為例如介於約1bar(巴)至200bar之間)，在腔室中可有待離子化的氣體之壓力降低，亦即該腔室用作例如差動抽取腔室，或用作經由閥抽取(脈衝輸送)的腔室。依主要環境壓力而定，在腔室中的壓力降低可藉助簡單壓力級或藉由依序設置以能以較低分析物壓力執行離子化的複數壓力級而引起。首先，如此可在離子化期間及之後降低分析物之大規模化學反應性，其次可確保離子化條件不變。
此外，在腔室中亦可有熱去耦，以確保從配置於主要進氣口上游的(真空)環境進入之待離子化的氣體之溫度，不超過在聯接該腔室之進氣口中固定的預定最高操作溫度。該熱去耦可由熱絕緣(金屬/陶瓷轉變)、被動式冷卻(例如藉由冷卻主體的對流)、主動冷卻(例如空氣或水冷卻)等引起。
或者或此外，亦可能在腔室中執行外來氣體抑制、粒子過濾 及/或粒子處理，以將待離子化的氣體轉換為適合供應到次要電漿區的組成。該粒子處理或粒子過濾可舉例來說以機械或磁性方式執行。
在另一具體實施例中，在主要電漿區中的壓力大於在次要電漿區中的壓力。如此具優勢，使得來自主要電漿區的介穩粒子及/或離子化氣體之離子可穿越另一進氣口轉移到次要電漿區，而不必為了此目的提供幫浦或其類似物。
在具優勢的發展中，在主要電漿區中的壓力介於100mbar至1000mbar之間。於其中通常存在此種壓力的電漿產生裝置，通常沒有燈絲(加熱陰極)，因為燈絲(例如由鎢或銥製成)通常僅可在低於約10-4mbar壓力下使用，且使用壽命短。再者，使用加熱陰極或燈絲時，一般會產生非常高的溫度，例如超過約2000℃。
使用在上文所指定壓力範圍內操作的電漿產生裝置，可能並非藉由加熱陰極，而是以不同的方式產生離子化氣體之主要電漿(微型電漿)；例如以如下文進一步所說明的方式。此種電漿產生裝置即使以不同的壓力操作，仍非常可靠。若所謂「冷電漿」在10℃至200℃相對較低溫下產生，則可能在主要電漿區中主要產生電中性的介穩分子，該等介穩分子從該主要電漿區發出到次要電漿區。離子化氣體由電漿產生裝置以在次要電漿區中可開始低靜態氣體壓力的方式再次立即抽離。
在另一發展中，在次要電漿區中的壓力介於0.5mbar至10mbar之間。此種(靜態)壓力位準被認為對產生次要電漿而言具優勢。如上文進一步所說明，在次要電漿區中的壓力實質上係由分析物產生。抽出裝置用於抽出剩餘氣體、特別是剩餘分析物氣體，因此在次要電漿區中產生實 質上恆定壓力。
為了在次要電漿區中產生(實質上)恆定壓力，可在離子化裝置中設置開迴路及/或閉迴路控制裝置。該開迴路及/或閉迴路控制裝置可舉例來說致動設置於進氣口處、形式為例如微秒壓電驅動微型閥的(微型)閥。舉例來說，壓力調節可由該(微型)閥之多個開口達成，例如藉由氣體脈衝寬度調變，結合從次要電漿區之差動抽出。一般來說，為了將次要電漿區中的壓力調節至設定點值之目的，用於在主要電漿區中、在次要電漿區中及/或在抽出裝置之區域中測量壓力的至少一個壓力感測器分配給開迴路及/或閉迴路控制裝置。
在另一具體實施例中，電漿產生裝置之離子化氣體為小分子的(較佳為純度)惰性氣體、特別是氦。此外，亦可能使用其他離子化氣體，例如惰性氣體氬(Ar)、氪(Kr)或氧(O2)。舉例來說，能使分析物溫和離子化的實質上介穩氦分子，在適當選擇製造條件之情況下可在主要電漿區中形成。電漿產生裝置可能視需要包含一截波器，以實現脈衝電漿操作。不過，在文中所說明的應用中，若介穩粒子及/或離子化氣體之離子之實質上恆定體積流量係供應到次要電漿區，則通常具優勢。使用惰性氣體作為離子化氣體、特別是使用氦作為離子化氣體時，產生的介穩粒子部分(例如介穩氦分子)相對於產生的離子部分來說特別高。舉例來說，使用氦時，產生的介穩粒子數量可大於產生的離子數量達係數104或105，因此電漿產生裝置在主要電漿區中幾乎僅產生介穩粒子(即幾乎無離子)。
在另一具體實施例中，電漿產生裝置選自包含下列的群組：電暈放電電漿產生裝置及介電阻障層放電電漿產生裝置。特別是，電漿產 生裝置可體現為大氣壓力電漿源，亦即在上文進一步所指定介於約100mbar至1bar之間壓力範圍內的壓力，可通常存在於其中。舉例來說，可在兩個電極之間點燃射頻放電，以為了產生大氣壓力電漿之目的而產生電暈放電。其中一個電極可設置於電漿產生裝置內部，而第二電極形成用於將介穩粒子及/或離子化氣體之離子供應入次要電漿區的殼體或另一進氣口。該另一進氣口通常具有用於將介穩粒子及/或離子供應入次要電漿區的開口(孔徑)。
如上文進一步所說明，例如氦可用作離子化氣體；不過，亦可能在不同壓力下及以其他氣體操作。從電漿產生裝置中所流出例如形式為氦的離子化氣體量，係由在電漿產生裝置內及在電漿產生裝置外部(例如在次要電漿區中)的壓力條件以及由另一進氣口之開口(孔徑)之直徑指定。該開口(孔徑)之直徑可舉例來說介於1μm(微米)至100μm之間範圍內；不過，其他直徑亦為可能。
可修改上文所說明的電漿產生裝置以產生射頻介電阻障層放電。在此類型之激發中，用作介電阻障層的(薄)介電體位於該等電極之間，以產生形式為大量火花放電的電漿，從而將位於該等電極之間的氣流離子化。
非導電組件、特別是介電組件，亦可用於將電漿限制在特定體積。舉例來說，具有對應孔徑的另一非導電光闌(stop)、特別是介電光闌，可設置於第一電極與第二電極之開口(孔徑)之間。不過，這對電漿產生裝置之基本功能而言並非強制性。藉由非導電材料、特別是介電材料在電漿產生裝置中電漿之進一步界限，可能同樣具優勢。
代替射頻電漿，亦可能在電漿產生裝置中產生中頻電漿或直流(DC)電漿，以將離子化氣體或離子化混合氣體離子化，其中同樣可在上文所指定壓力範圍內產生「冷電漿」。
此外，電漿產生裝置亦可能具有用於產生紫外線(UV)輻射以將離子化氣體離子化的UV輻射源。在此情況下，UV輻射視需要亦可在電漿產生裝置之腔室中直接產生，其中亦將離子化氣體離子化，因此可避免光強度損失，並可達成藉由UV輻射非常有效的離子化。特別是，不必將UV輻射源(例如UV燈)所產生的UV輻射穿越窗口及視需要藉助轉向裝置引導到腔室，這將會與輻射強度損失相關聯。再者，慣用UV燈的使用壽命通常很短，且體積相對較大型。
由於例如具有約18-24eV之相對較低離子化能的離子或介穩粒子之有效截面相對較大，因此可由UV輻射引起非常溫和的離子化，該UV輻射與舉例來說在例如70eV的電子衝擊離子化(參見下文)之情況下相比，具有顯著更好的離子化效率。
產生離子的另一選項在於使用一個或多個場致發射體或場效發射矩陣，例如形式為「冷」電子槍，作為用於執行電子衝擊離子化的離子化裝置。與燈絲對比，場致發射體具有幾乎無限的使用壽命，因此顯著可比燈絲更長時間使用。這在氧化大氣(例如氧氣大氣)中使用之情況下，或在非預期壓力增加至例如超過約10-4mbar之情況下，特別具優勢。再者，與加熱陰極或燈絲對比，場致發射體具有低溫，因此在燈絲之情況下發生的溫度問題可藉由使用場致發射體而徹底解決。場致發射體可體現用於產生聚焦或定向電子束。視需要可能設定或改變加速電子之動能。
由電漿產生的介穩粒子或離子、由電漿產生的可能更多粒子、其反應產物及輻射(例如UV輻射)、以及電漿本身可穿越開口(孔徑)離開電漿產生裝置或另一進氣口，並在次要電漿區中將分析物離子化。在此，一般離子化機制為：衝擊引致離子化、介於離子與中性粒子之間的電荷交換、藉助介穩粒子、化學離子化、光離子化的離子化，特別是藉助UV輻射的離子化等。
本發明之另一態樣係關於一種質譜儀，包含：一離子化裝置，其如上文進一步所說明；以及一偵測器，其配置於該離子化裝置之排氣口下游，用於離子化氣體之質譜分析。該偵測器可立即聯接該排氣口；不過，離子轉移裝置及/或一個或多個壓力級亦可能設置於排氣口與偵測器之間。如上文進一步所說明，文中所說明的離子化裝置不限於在質譜儀中使用；而是，亦可具優勢地適用於其他應用，舉例來說用於產生在電子束顯微鏡中偵測電子或電子流的離子，或用於產生離子束顯微鏡的離子束。
本發明之進一步特徵及優勢依據在顯示出本發明主要細節的所附圖式中的圖示，從下列本發明之示例性具體實施例之說明及所附諸申請專利範圍中顯現出。該等個別特徵可在本發明之一個變化例中，各自分別或以任何組合一起實現。
1‧‧‧離子化裝置
2‧‧‧進氣口(第一電極)
2a‧‧‧開口(孔徑)
3‧‧‧氣體
3a'、3a‧‧‧離子化氣體
3b‧‧‧離子
4‧‧‧電漿產生裝置
5‧‧‧進氣口(第二電極)
5a‧‧‧開口(孔徑)
6‧‧‧離子化氣體
6a‧‧‧介穩粒子或分子
6b‧‧‧離子
7‧‧‧棒電極
8‧‧‧射頻電壓源
9‧‧‧主要電漿區
10‧‧‧次要電漿區
11‧‧‧光闌
12‧‧‧輝光放電區域
13‧‧‧場產生裝置
14‧‧‧排氣口(第二電極)
14a、24a‧‧‧孔徑
15‧‧‧電壓源
16‧‧‧排氣口
16a‧‧‧孔徑
17‧‧‧偵測器
18‧‧‧可控閥
19‧‧‧抽出裝置
20‧‧‧質譜儀
21‧‧‧開迴路及閉迴路控制裝置
22‧‧‧視線
23‧‧‧視線
24‧‧‧主要進氣口
25‧‧‧腔室
26‧‧‧閥
27a‧‧‧第一線圈
27b‧‧‧第二線圈
28a、28b‧‧‧線圈
30‧‧‧自由電子
D‧‧‧孔徑直徑
d‧‧‧加速或點火通道
d'‧‧‧加速通道
E、E'‧‧‧電場
M1、M2‧‧‧磁場
p、p1‧‧‧壓力
pU‧‧‧環境壓力
p‧‧‧靜態壓力
pu‧‧‧主要壓力
V‧‧‧電壓
VM‧‧‧白仙最小值
V'‧‧‧衝穿電壓
示例性具體實施例在示意圖式中描繪出，並在後續說明中進行解說。詳細而言：圖1a顯示離子化裝置之示意例示圖，其具有用於在主要電漿區中產生電漿的電漿產生裝置，以及用於在次要電漿區中產生輝光放電或 電漿的加速通道。
圖1b顯示類似於圖1a的例示圖，具有用於處理待離子化的氣體之附加腔室，以及用於在次要電漿區中產生磁場的場產生裝置。
圖2顯示形式為電暈放電電漿產生裝置、來自圖1a、圖1b的電漿產生裝置之示例性具體實施例之例示圖。
圖3將電漿之點火電壓之白仙曲線之例示圖顯示為氣體壓力與電極間隔乘積之函數；以及圖4顯示在離子化裝置中產生的待離子化的氣體之離子之模擬軌跡之示意例示圖。
在下列所附圖式之說明中，對相等或功能上相等的組件使用相同的參考標記。
圖1a示意性顯示離子化裝置1，其包含一進氣口2，用於供應待離子化的氣體3，前述氣體源自於其中通常存在環境壓力pU、圖1a未更詳細顯示的環境。下文所說明的進氣口2及(另外的)進氣口及排氣口應理解為意指具有內部的殼體或殼體部分，其中氣體(在本情況下待離子化的氣體3)係以屏蔽隔離周圍環境的方式供應。應可理解離子化裝置1本身具有殼體(文中未顯示)，以將其內部與環境隔開。
離子化裝置1亦包含一電漿產生裝置4，其容置於另一進氣口5內部。電漿產生裝置4用於產生介穩粒子6a及/或離子化氣體6之離子6b，其可能以下文搭配圖2更詳細說明的方式例如形式為氦存在。
圖2顯示另一進氣口5，其在所示範例中具有大致(圓形的)圓柱具體實施例，並在其平面端側壁處形成開口(孔徑)5a，穿越其離子化氣體6之介穩粒子6a及/或離子6b可通過。在該所示範例中，電漿產生裝置4體現為電暈放電電漿產生裝置，並具有中心地設置於另一進氣口5內部的棒電極7。電漿產生裝置4具有用於在棒電極7與用作電極的另一進氣口5之間產生交變射頻電場的射頻電壓源8，另一進氣口5形成其另一電極。
電漿可直接在另一進氣口5之開口(孔徑)5a處在主要電漿區9中藉助電漿產生裝置4而產生，因此介穩粒子6a及/或離子化氣體6之離子6b可直接(即無需離子輸送裝置)穿越另一進氣口5之開口(孔徑)5a供應到次要電漿區10。應可理解電漿產生裝置4不必整合於另一進氣口5中；而是，其亦可與另一進氣口5以空間隔開方式設置，只要存在用於輸送介穩粒子6a及/或離子6b合適的離子輸送裝置，例如形式為離子光學或其類似物。
離子化氣體6特別是可為氦；不過，其他惰性氣體，例如氬(Ar)或氪(Kr)，或其他氣體例如氧(O2)，亦可用作離子化氣體6。使用氦氣作為離子化氣體6，特別能以通常位於約20eV區域中的能量使待離子化的氣體(分析物)溫和離子化。在此具優勢效應在於，使用氦作為離子化氣體6時，產生的介穩粒子6a部分(介穩氦分子)顯著大於產生的氦離子6b部分(係數約104至105)。
在搭配圖2所說明的電漿產生裝置4中，在主要電漿區9中的(靜態)壓力p1通常介於約100mbar至1000mbar之間，因此在該處所示的電漿產生裝置4亦指稱為大氣壓力電漿產生裝置。在主要電漿區9中的靜態壓力p1，大於在位於另一進氣口5外部之次要電漿區10中的靜態壓力p。在次要電 漿區10中的(靜態)壓力p值一般介於約0.5mbar至約10mbar之間。每單位時間所排放介穩氦粒子或氦分子之數量，係由電漿產生裝置4內部或在主要電漿區9及次要電漿區10中的壓力條件，以及另一進氣口5之孔徑5a之直徑D決定。舉例來說，孔徑直徑D可在介於約1μm至100μm之間的值範圍內；不過，孔徑直徑D視需要亦可能更大或更小。此外，電漿產生裝置4亦可具有幫浦裝置(文中未顯示)，其再次立即抽出離子化氣體6(例如氦)，因此後者未到達次要電漿區10，且在次要電漿區10中開始比在主要電漿區9中更低的(氣體)壓力p。
圖2所示電漿產生裝置4之特點在於，另一光闌11設置於另一進氣口5之平面端側處(孔徑5a形成於該處)，該另一光闌由非導電例如介電材料製造，並用於將電漿或主要電漿區9實質上限制在另一進氣口5內部。應可理解由非導電、更特別的介電材料製成的更多組件，亦可設置於進氣口5內部或電漿產生裝置4中，並可用作主要電漿或主要電漿區9的限制。
代替圖2所示的電漿產生裝置4，亦可能在離子化裝置1中使用不同類型之電漿產生裝置4，例如藉由UV輻射或視需要以不同方式產生電漿的電漿產生裝置4。若電漿產生裝置4可產生具有相對較大靜態壓力的(微型)電漿，且若前述裝置體現為在不超過約200℃的溫度產生「冷電漿」，則被認為具優勢。
穿越另一進氣口5供應到次要電漿區10的介穩粒子或分子6a及/或離子6b，用於將進氣口2所供應待離子化的氣體3離子化，待離子化的該氣體下文亦指稱為分析物。在次要電漿區10中，待離子化的氣體3之至少一些分子(在本申請案之意義範圍內，氣體亦可理解為意指混合氣體)係由介 穩粒子6a及/或離子化氣體6之離子6b進行離子化，因此在次要電漿區10中產生待離子化的氣體3之離子3a'(下文亦指稱為離子化氣體3a')。待離子化的氣體3之分子可藉由介穩粒子6a或離子化氣體6之離子6b、藉由例如電荷交換離子化、或藉由衝擊引致離子化等進行離子化。
除了氣體3由供應自主要電漿區9的介穩粒子6a及/或離子6b進行離子化之外，氣體3之離子化在次要電漿區10中由亦即在次要電漿區10中(次要)電漿之輝光放電12或輝光放電區(參見圖1a、圖1b)產生。在此，若氣體3之至少一些分子係由碰撞程序離子化，因此在次要電漿區10中形成自由電子，則被認為具優勢。為了在次要電漿區10中產生輝光放電12，離子化裝置1具有場產生裝置13，其在所示範例中體現為產生用於在進氣口2與另一進氣口5之間產生輝光放電12的電場E；以及另一排氣口14，其在垂直於待離子化的氣體3之傳遞方向(X方向)的方向(Y方向)上與另一進氣口5同高度設置。為此目的，場產生裝置13具有電壓源15，其同時連接到用作第一電極(陰極)的進氣口2及另一進氣口5，以及另一排氣口14。另一進氣口5及另一排氣口14位於相同電位，因此一起形成第二電極5、14(陽極)。電壓源15體現為產生具有在輝光放電區域12之方向上(即在另一進氣口5或另一排氣口14之方向上)從進氣口2加速電子之方向的電場E。在此，電子沿著在X方向上延伸的加速或點火通道d加速，亦即沿著待離子化的氣體3之傳遞方向。
點火通道d之長度對應於進氣口2與另一進氣口5之中心軸線(其穿越其孔徑5a中心地延伸)之間的距離，以及進氣口2與另一排氣口14之中心軸線(其穿越其開口(孔徑)14a中心地延伸)之間的距離。舉例來說，點 火通道d之長度可介於約10mm(公釐)至幾公分之間。借助於電壓源15所產生的電壓V及在進氣口2與另一進氣口5或另一排氣口14之間中間空間中的(準靜態)壓力p，在點火通道d之通常恆定長度之情況下，係以大致到達所謂白仙最小值VM的方式選定，亦即待離子化的給定氣體種類之點火電壓V的最小可能值(參見圖3)。沿著該點火通道有自由電子之串接倍增，該等自由電子係藉助離子化氣體6在離子化期間產生，因此電場E之臨界(正)電場強度在次要電漿區10中超過，輝光放電12或輝光放電區域之形成需要該臨界電場強度。通常，產生輝光放電12所需且由電壓源15供應的電壓V介於約50V至約5000V之間。應可理解電壓源15可體現為設定電壓V，以使離子化裝置1適用於待離子化的不同氣體3或氣體種類。
在次要電漿區10中的輝光放電12導致待離子化的氣體3(下文指稱為離子3a或離子化氣體3a)之附加分子之特別有效離子化。與由輝光放電12離子化的氣體3a一起，由離子化氣體6離子化的氣體3a'係供應到排氣口16，更具體而言係到形成於該處的孔徑16a。在圖1a所示範例中，體現用於離子化氣體3a、3a'之質譜檢驗的偵測器17聯接排氣口16。與偵測器17一起，離子化裝置1形成質譜儀20。
為了將離子化氣體3a、3a'移置到排氣口16，場產生裝置13體現為在另一進氣口5與作為第一電極的另一排氣口14與用作另一(第二)電極的排氣口16之間產生另一電場E'。另一電場E'在待離子化的氣體3之傳遞方向(X方向)上與(第一)電場E反向導向。電壓源15用於藉由在另一進氣口5與另一排氣口14與排氣口16之間施加另一電壓V'而產生另一電場E'。離子化氣體3a、3a'之正離子由另一電場E'朝向排氣口16加速。在此，離子3a、3a' 沿著可為例如約10mm的另一加速通道d'加速。由於離子化氣體3a、3a'之絕大部分係在串接倍增通道之末端處(即在輝光放電區域12中)產生(因在該處存在自由電子之最大密度)，因此大多數離子化氣體3a、3a'可朝向排氣口16排放。
為了盡可能恆定地將離子流供應到偵測器17，在次要電漿區10中或沿著在進氣口2與另一進氣口5或另一排氣口14之間的點火通道d保持壓力p盡可能恆定具優勢。為了達成此點，另一排氣口14藉由可控閥18連接到抽出裝置19(真空幫浦)，其用於將待離子化的氣體3及介穩粒子6a及/或離子化氣體6之離子6b從次要電漿區10中抽出。閥18及抽出裝置19連接到開迴路及閉迴路控制裝置21，其將次要電漿區10中的壓力p調節至恆定設定點值。
為了達成此點，開迴路及閉迴路控制裝置21可連接到一個或多個感測器(文中未顯示)、特別是壓力感測器，如此使其可能擇一直接或可能間接決定次要電漿區10中的壓力p。此外，開迴路及閉迴路控制裝置21亦用於以為了產生電場E而產生適用於待離子化的各個氣體種類之點火電壓V，或為了產生另一電場E'而產生適用之衝穿電壓V'的方式致動場產生裝置13。
在圖1a所示離子化裝置1中，若延伸穿越進氣口2之開口(孔徑)2a之中心的進氣口2之中心軸線、次要電漿區10或輝光放電區域12、及延伸穿越排氣口16之孔徑16a之中心的排氣口16之中心軸線係沿著共用視線22設置，則被認為具優勢。此外，若延伸穿越另一進氣口5之孔徑5a之中心的另一進氣口5之中心軸線、次要電漿區10或輝光放電區域12、及延伸穿 越另一排氣口14之孔徑14a之中心的另一排氣口14之中心軸線係沿著另一共用視線23設置，則亦被認為具優勢。若由於另一進氣口5及另一排氣口14在此情況下係設置於垂直待離子化的氣體3之傳遞方向的方向(Y方向)上，因此另一共用視線23垂直(第一)共用視線延伸，則具優勢。
圖1b顯示質譜儀20，其具有如圖1a所描繪出實質上體現的離子化裝置1。與圖1a所示範例對比，在進氣口2前面且因此在次要電漿區10前面、用於處理待離子化的氣體3之腔室25，係設置於用於待離子化的氣體3的進氣口2與用於待離子化的氣體3之進入離子化裝置1的主要進氣口24(具有孔徑24a)之間。待離子化的氣體3可在腔室25中以多種方式處理：舉例來說，為了降低離子化裝置1外部環境中的主要壓力pu(該壓力數量級可能為例如介於約1bar至200bar之間)，在腔室25中可有待離子化的氣體之壓力降低，亦即腔室25用作例如差動抽取壓力級，或如圖1b所示用作經由閥26抽取(脈衝輸送)的壓力級。依主要壓力pu而定，在腔室25中的壓力降低可藉助簡單壓力級或視需要藉由依序設置於腔室25內部以能以待離子化的氣體3之較低壓力p執行離子化的複數壓力級而引起。
此外，在腔室25中亦可有熱去耦，以確保從配置於主要進氣口24上游的環境進入之待離子化的氣體3之溫度，不超過在聯接腔室25之(次要)進氣口2中固定的預定最高操作溫度。該熱去耦可由熱絕緣(金屬/陶瓷轉變)、被動式冷卻(例如藉由冷卻主體的對流)、主動冷卻(例如空氣或水冷卻)等引起。
或者或此外，亦可能在腔室25中執行外來氣體抑制、粒子過濾及/或粒子處理，以將待離子化的氣體3轉換為適合供應到次要電漿區10 的組成。該粒子處理或粒子過濾可舉例來說以機械或磁性方式執行。
在圖1b所示的示例性具體實施例中，場產生裝置13再者體現為在次要電漿區10中產生第一及第二時間相關磁場M1、M2。在所示範例中，場產生裝置13體現為產生沿著第一視線22對準的第一磁場M1；亦即第一磁場M1之對稱軸沿著視線22延伸(在X方向上)。場產生裝置13具有用於產生第一磁場M1的第一及第二線圈27a、27b。此外，場產生裝置13亦體現為產生沿著另一視線23對準的第二磁場M2；亦即第二磁場M2之對稱軸沿著另一視線23延伸(在Y方向上)。場產生裝置13具有用於產生第二磁場M2的兩個另外的線圈28a、28b。場產生裝置13體現為設定電流流經線圈27a、27b及流經另外的線圈28a、28b，或藉助開迴路及閉迴路控制裝置21進行控制/調節以適度影響存在於次要電漿區10中的磁場M1、M2。應可理解磁場M1、M2亦可具有不同於圖1b所描繪出的對準方式。此外，場產生裝置13亦可視需要體現為除了產生時間變化磁場之外或作為替代例，在次要電漿區10中產生一個或多個時間恆定磁場。為此目的，場產生裝置13亦可具有一個或多個永久磁鐵。
磁場M1、M2可舉例來說藉由「電子迴旋共振」(ECR)效應或藉由「電感式耦合電漿」(ICP效應)而在次要電漿區10中放大離子化。藉由產生時間相關磁場M1、M2，可能在放大電漿的次要電漿區10中產生時間相關電場。各個離子化磁場M1、M2可藉由線圈27a、27b或藉由另外的線圈28a、28b而產生。通常，用於在次要電漿區10中產生輝光放電12的場產生裝置13，附加具有用於產生電場E或另一電場E'的電壓源15(顯示於圖1a中)。
電漿、更精確而言輝光放電區域12亦可借助於一個或多個磁 場M1、M2，在離子化裝置1內部以針對性方式移置。舉例來說，第一磁場M1或第一磁場M1之磁場強度之最大值，可藉由流經線圈27a、27b的合適電流在進氣口2之方向上沿著視線22位移，以亦在進氣口2之方向上移置輝光放電12，因此待離子化的氣體3之分子以最高可能效率在該處離子化。在排氣口16之方向上移置第一磁場M1，可用於設計以盡可能有效的方式將離子化氣體3a、3a'輸送到排氣口16及輸送到聯接後者的偵測器17。
第一磁場M1(及第二磁場M2)之移置可依待離子化的氣體3或待離子化的氣體種類而引起，達到這些對離子化裝置1或開迴路及閉迴路控制裝置21而言為已習知的程度。時間相關磁場或場M1、M2亦可在偵測器17中離子化氣體3a、3a'之測量程序期間，以針對性方式修改或移動，從而導致離子化效率提高及/或在偵測器17中離子化氣體3a、3a'之更有效輸送。
圖4顯示待離子化的氣體3之離子3a(其由沿著加速通道d的串接倍增或由輝光放電12產生)及待離子化的氣體3之離子3a'(其由與介穩粒子6a及/或離子化氣體6之離子6b的電荷交換或衝擊離子化(圖4未顯示)產生)之模擬軌跡。為簡化問題，進氣口2模擬為以0V電位在Y方向上延伸的平面格子狀電極。另一進氣口5及另一排氣口14模擬為以+1kV電位在Y方向上延伸的格子狀(孔洞)電極。此外，排氣口16亦模擬為以0V電位在Y方向上延伸的格子狀(孔洞)電極。由於偵測器17在此情況下亦可置於接地電位，因此將排氣口16之電位接地或設定為0V被認為具優勢。不過，應可理解排氣口16之電位亦可假設其他(正或負)值，例如在-100V(含)以下之區域中。模擬電極之範圍在圖4中由虛線矩形表示。
如在圖4中可明顯看出，由於串接倍增在輝光放電區域12之 方向上從進氣口2發出的自由電子30之數量顯著增加，因此待離子化的氣體3之大量離子3a在該處產生，該等離子因另一電場E'而在排氣口16之方向上加速。已沿著加速通道d離子化、及在進氣口2之方向上因其正電荷而由電場E加速、及因此在偵測器17中無法進行分析的待離子化的氣體3之離子3b之軌跡，同樣可在圖4中確認。待離子化的氣體3之離子3a、3a'係加速到排氣口16，並在偵測器17中一起進行分析。
上文所說明的離子化裝置1之使用不僅限於質譜儀20；而是，由離子化裝置1產生的離子3a、3a'亦可在於其中需要離子3a、3a或離子束的其他設備中以實用方式使用，例如在電子束顯微鏡中或在離子束顯微鏡中。舉例來說，在電子束顯微鏡中待檢驗的物件處所散射回的電子，可藉由進氣口2與待離子化的氣體3(例如氦或水蒸汽)一起引入離子化裝置1。藉由進氣口2而供應的電子用於沿著點火通道d將待離子化的氣體3離子化，其中在該程序中所產生待離子化的氣體3之離子3a之數量，依進入離子化裝置1或在電子流上的電子之數量而定。例如在接地電位或在接近接地電位之低電位的偵測器17(例如光敏放大器或電荷放大器)，可配置於離子化裝置1之輸出下游，以測量離子3a、3a'所產生的電流或離子3a、3a'所產生的電荷。在此，在離子化裝置1中的加速或點火通道d用於放大電子所產生且由偵測器17偵測的離子電流。由離子化裝置1產生的增益，可由點火通道d之長度及所供應介穩粒子6a或離子化氣體6之離子6b之數量進行設定或調整。
1‧‧‧離子化裝置
2‧‧‧進氣口(第一電極)
2a‧‧‧開口(孔徑)
3‧‧‧氣體
3a'、3a‧‧‧離子化氣體
4‧‧‧電漿產生裝置
5‧‧‧進氣口(第二電極)
5a‧‧‧開口(孔徑)
6‧‧‧離子化氣體
6a‧‧‧介穩粒子或分子
6b‧‧‧離子
9‧‧‧主要電漿區
10‧‧‧次要電漿區
12‧‧‧輝光放電區域
13‧‧‧場產生裝置
14‧‧‧排氣口(第二電極)
14a‧‧‧孔徑
15‧‧‧電壓源
16‧‧‧排氣口
16a‧‧‧孔徑
17‧‧‧偵測器
18‧‧‧可控閥
19‧‧‧抽出裝置
20‧‧‧質譜儀
21‧‧‧開迴路及閉迴路控制裝置
22‧‧‧視線
23‧‧‧視線
d‧‧‧加速或點火通道
d'‧‧‧加速通道
E、E'‧‧‧電場
pu‧‧‧主要壓力
V‧‧‧電壓

Claims (20)

  1. 離子化裝置(1)，包含：一電漿產生裝置(4)，其用於在一主要電漿區(9)中產生介穩粒子(6a)及/或一離子化氣體(6)之離子(6b)；一場產生裝置(13)，其用於在一次要電漿區(10)中產生一輝光放電(12)；一進氣口(2)，其將待離子化的一氣體(3)供應入該次要電漿區(10)；以及一另一進氣口(5)，其用於將該等介穩粒子(6a)及/或該離子化氣體(6)之該等離子(6b)供應入該次要電漿區(10)。
  2. 如申請專利範圍第1項之離子化裝置，其中為了在該次要電漿區(10)中產生該輝光放電(12)，該場產生裝置(13)體現為在該進氣口(2)與該另一進氣口(5)之間產生一電場(E)。
  3. 如申請專利範圍第2項之離子化裝置，其中該場產生裝置(13)具有用於產生該電場(E)的一電壓源(15)及兩個電極(2；5、14)。
  4. 如申請專利範圍第3項之離子化裝置，其中為了產生該電場(E)，該進氣口(2)形成一第一電極且該另一進氣口(5)形成一第二電極。
  5. 如申請專利範圍第3項及第4項任一者之離子化裝置，其中該電壓源(15)體現為在該第一電極(2)與該第二電極(5、14)之間產生介於50V(伏)至5000V之間的一電壓(V)。
  6. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，更包含：一排氣口(16)，其用於從該離子化裝置(1)排放該離子化氣體(3a、3a')。
  7. 如申請專利範圍第6項之離子化裝置，其中該場產生裝置(13)體現為在該另一進氣口(5)與該排氣口(16)之間產生一另一電場(E')。
  8. 如申請專利範圍第7項之離子化裝置，其中該排氣口(16)形成用於產生該另一電場(E)的一另一電極。
  9. 如申請專利範圍第6項至第8項之一之離子化裝置，其中該離子化裝置(1)之進氣口(2)、該次要電漿區(10)及該排氣口(16)沿著一視線(22)設置。
  10. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，更包含：一抽出裝置(19)，其具有一另一排氣口(14)，用於將該氣體(3)、該離子化氣體(6)之該等介穩粒子(6a)及/或該離子化氣體(6)之該等離子(6b)從該次要電漿區(10)中抽出。
  11. 如申請專利範圍第10項之離子化裝置，其中該另一進氣口(5)及該另一排氣口(14)沿著一另一視線(23)設置。
  12. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中該場產生裝置(13)體現為在該次要電漿區(10)中產生至少一個、特別是時間相關磁場(M1、M2)。
  13. 如申請專利範圍第12項之離子化裝置，其中該場產生裝置(13)體現為產生沿著該視線(22)或沿著該另一視線(23)對準的一磁場(M1、M2)。
  14. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，更包含：一腔室(25)，其設置於該離子化裝置(1)之一主要進氣口(24)與該進氣口(2)之間，用於將待離子化的該氣體(3)供應入該次要電漿區(10)前，處理待離子化的該氣體(3)。
  15. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中在該主要電漿區(9)中的一壓力(p)大於在該次要電漿區(10)中的一壓力(p1)。
  16. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中在該主要電漿區(9)中的該壓力(p1)介於100mbar(毫巴)至1000mbar之間。
  17. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中在該次要電漿區(10)中的該壓力(p)介於0.5mbar至10mbar之間。
  18. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中該電漿產生裝置(4)之離子化氣體(6)為一惰性氣體。
  19. 如前述諸申請專利範圍之一之離子化裝置，其中該電漿產生裝置(4)選自包含下列的群組：電暈放電電漿產生裝置及介電阻障層放電電漿產生裝置。
  20. 質譜儀(20)，包含： 一離子化裝置(1)，其如前述諸申請專利範圍之一；以及一偵測器(17)，其配置於該離子化裝置(1)之排氣口(16)下游，用於該離子化氣體(3a、3a')之質譜分析。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10021052B1 (en) 2012-09-22 2018-07-10 Sitting Man, Llc Methods, systems, and computer program products for processing a data object identification request in a communication
DE102014226039A1 (de) * 2014-12-16 2016-06-16 Carl Zeiss Smt Gmbh Ionisierungseinrichtung und Massenspektrometer damit
DE102017208996B4 (de) * 2017-05-29 2024-05-08 Leybold Gmbh Verfahren zur massenspektrometrischen Untersuchung eines Gases
CN108321072B (zh) * 2018-01-31 2023-07-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种化学电离和光电离复合源质谱的挥发性有机物检测装置及检测方法
JP6396618B1 (ja) * 2018-04-03 2018-09-26 グローテクノロジー株式会社 グロー放電システム及びこれを用いたグロー放電質量分析装置
JP7294620B2 (ja) 2018-09-11 2023-06-20 エルジー エナジー ソリューション リミテッド インターフェースユニット
DE102018216623A1 (de) 2018-09-27 2020-04-02 Carl Zeiss Smt Gmbh Massenspektrometer und Verfahren zur massenspektrometrischen Analyse eines Gases
DE102019204694A1 (de) 2019-04-02 2020-10-08 Carl Zeiss Smt Gmbh Massenspektrometer mit einer Ionisierungseinrichtung
DE102019208278A1 (de) * 2019-06-06 2019-08-01 Carl Zeiss Smt Gmbh Ionisierungseinrichtung und Massenspektrometer
CN110376272B (zh) * 2019-06-12 2022-02-08 中国科学院微电子研究所 气体分压的在线测量装置及其在线测量方法
US11120966B2 (en) * 2019-09-03 2021-09-14 Applied Materials, Inc. System and method for improved beam current from an ion source
US11232925B2 (en) 2019-09-03 2022-01-25 Applied Materials, Inc. System and method for improved beam current from an ion source
DE102020132851B3 (de) 2020-12-09 2021-12-30 Bruker Optik Gmbh Ionenmobilitätsspektrometer und verfahren zum betrieb eines ionenmobilitätsspektrometers
EP4089716A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-16 Analytik Jena GmbH Mass spectrometry apparatus

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8826966D0 (en) * 1988-11-18 1988-12-21 Vg Instr Group Plc Gas analyzer
DE19518374A1 (de) * 1995-05-23 1996-11-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur hochfrequenzbetriebenen Magnetron-Glimmentladungsionisation, sowie Ionenquelle
US6140773A (en) * 1996-09-10 2000-10-31 The Regents Of The University Of California Automated control of linear constricted plasma source array
JPH10172793A (ja) * 1996-12-17 1998-06-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd プラズマ発生装置
JPH1194802A (ja) * 1997-09-16 1999-04-09 Daido Steel Co Ltd グロー放電質量分析法
JP3505071B2 (ja) * 1997-12-12 2004-03-08 日立東京エレクトロニクス株式会社 大気圧イオン化質量分析計およびその方法
US6949741B2 (en) * 2003-04-04 2005-09-27 Jeol Usa, Inc. Atmospheric pressure ion source
JP2007033322A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Osaka Prefecture Univ 質量分析方法及び装置
US7411186B2 (en) * 2005-12-20 2008-08-12 Agilent Technologies, Inc. Multimode ion source with improved ionization
US20070259111A1 (en) 2006-05-05 2007-11-08 Singh Kaushal K Method and apparatus for photo-excitation of chemicals for atomic layer deposition of dielectric film
JP2007329110A (ja) * 2006-06-09 2007-12-20 Institute Of Physical & Chemical Research 分子のイオン化法およびそれを用いた質量分析装置
US8507850B2 (en) 2007-05-31 2013-08-13 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Multipole ion guide interface for reduced background noise in mass spectrometry
DE102007043333B4 (de) 2007-09-12 2011-05-05 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Verfahren zur Behandlung und Untersuchung von Bauteilen
DE102010020591A1 (de) * 2010-05-14 2011-11-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Plasmagenerator sowie Verfahren zur Erzeugung und Anwendung eines ionisierten Gases
JP5141732B2 (ja) * 2010-08-11 2013-02-13 日新イオン機器株式会社 イオン源電極のクリーニング方法
DE112011102744T5 (de) * 2010-08-19 2013-07-04 Leco Corporation Massenspektrometer mit weicher ionisierender Glimmentladung und Konditionierer
CN102263006B (zh) * 2011-06-28 2013-07-31 中国科学院化学研究所 一种基于热辅助辉光放电的质谱离子源装置及其离子化分析方法
TWI467625B (zh) 2012-08-30 2015-01-01 Univ Chang Gung 電漿處理裝置
DE102013201499A1 (de) * 2013-01-30 2014-07-31 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verfahren zur massenspektrometrischen Untersuchung von Gasgemischen sowie Massenspektrometer hierzu
US8669538B1 (en) 2013-03-12 2014-03-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method of improving ion beam quality in an implant system
US9029797B2 (en) * 2013-07-25 2015-05-12 Agilent Technologies, Inc. Plasma-based photon source, ion source, and related systems and methods
DE102014226039A1 (de) * 2014-12-16 2016-06-16 Carl Zeiss Smt Gmbh Ionisierungseinrichtung und Massenspektrometer damit
DK3163983T3 (da) * 2015-10-28 2020-08-24 Vito Nv Apparat til plasmabehandling med indirekte atmosfærisk tryk

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