Вторично-ионный масс-спектрометр Советский патент 1992 года по МПК H01J49/26 

Изобретение относится к масс-спект- ральной технике, а более конкретно к устройствувторично-ионныхмасс-спектрометров, предназначенных для контроля химического состава поверхности и объема твердых тел, и может быть использовано в научно-исследовательских организациях и производственных лабораториях.

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

Электроды 1-4 образуют иммерсионный объектив, предназначенный для сбора, ускорения и фокусировки в плоскости входной диафрагмы электрода 4 однополярного 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 ускоряющий электр,од 15, сцинтиллятор 16, светопровод 17, фотокатод 18 фотоумножителя 1.9 образуют систему преобразования к усиления электронного тока. Анод 20 фотоумножителя соединен с входом усилителя постоянного тока (не показан). Электроды 4,7,11 и 14 заземлены, а остальные (1-3,8-12) подключены к источникам постоянного напряжения, имеющим на выходе переключатели полярности. Ускоряющий электрод 15 подключен к положительному полюсу источники высокого напряжения, а фотокатод 18

соединен с отрицательным полюсом источника регулируемого высокого напряжения. 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 перезарядки. Электроды 23-26 образуют систему формирования смешанного первичного пучка.

Указанная конструкция позволяет создавать в ионно-оптическом тракте анализатора такие распределения потенциала, которые необходимы для регистрации как вторичных положительных ионов, так и отрицательных ионов. При анализе положительных ионов сформированный иммерсионным объективом пучок разделяется по отношению массы к заряду ионов, а выделенная компонента попадает на сетчатый электрод-отражатель 12. При этом часть

ионов, имеющих энергию меньше задаваемой разностью потенциалов между электродами 1 и 12, отражается от электрода-отражателя 12 и затем ускоряется к конвертирующему электроду 10. Другая.

же часть ионов с более высокой энергией проходит через сетку и нейтрализуется на внутренней поверхности полого электрода 13. В этом режиме работы масс-анализато- ра применение сетчатого отражателя позволяет устранить фон, который в случае сплошной поверхности отражателя создается вторичными электронами и эмиттируе- мыми ею под действием неотразившихся положительных ионов и других частиц, прошедших через анализатор 5. Ускорение к электроду 10 положительные ионы выбивают из него электроны, которые после ускорения к ускоряющему электроду 15 регистрируются фотоумножителем 19.

В режиме анализа отрицательных ионов необходимое распределение потенциала в ионно-оптическом тракте обес,печи- вается изменением полярности напряжения на электродах 1-4,7-12. В этом режиме сетчатый отражатель обеспечивает возможность энергетического анализа отрицательных ионов, чего нельзя достичь, используя сплошной электрод, из-за ионно-электронной эмиссии с.его поверхности. Отражаемые электродом 12 отрицательные ионы, имеющие энергию в заданном интервале, ускоряются 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- лятор 16, а возникающие фотоны регистрируются фотоумножителем.

Подключенный к регистрирующему устройству электрод 13 позволяет измерять иовные токи без энергоанализа и усиления фотоумножителем, что повышает динамический диапазон регистрируемых токов, при этом электрод 12 выполняет роль антиди- натронной сетки.

Источник (фиг. 2) позволяет сформировать смешанный первичный пучок, состоящий из нейтральных атомов и положительных ионов. Образовавшиеся в ионизационном пространстве внутри полого электрода 21 положительные ионы ускоряются в пространстве между электродами 22 и 23 и попадают в камеру 23 перезарядки. Часть ионов перезаряжается в нейтральные частицы без изменения 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 заряженная компонента пучка вблизи поверхности образца имеет практически нулевую энергию. Этим обеспечивается автоматическая компенсация отрицательного заряда, возникающего в результате эмиссии с поверхности вторичных положительных ионоз, выбиваемых пучком ускоренных нейтральных частиц. При положительном заряде на мишени вторичные ионы рассеиваются.

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

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

за счет снижения фона в системе ионно- электронного преобразования. Этим обеспечивается более высокая чувствительность анализа, что расширяет область применения устройства. Использование источника

смешанного пучка позволяет устранить затруднения при анализе неэлектропроводных образцов, связанные с образованием поверхностных зарядов под действием первичного пучка..

. Таким образом, расширяются функциональные возможности, кроме того, предлагаемая конструкция легко реализуется на основе серийно выпускаемого вторично- ионного масс-спектрометра.

Формула изобретения 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 питания, отличающийся тем, что, с целью расширения

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

качестве вторично-электронного умножителя использован фотоэлектронный умножитель со сцинтиллятором, перед которым помещен дополнительный сетчатый ускоряющий электрод с блоком питания, при этом

блоки питания масс-спектрометра снабжены коммутатором для анализа и регистрации положительных или отрицательных ионов.

2. Масс-спектрометр по п. 1 .отличающийся тем, что источник первичного пучка выполнен в виде источника смешанного пучка, состоящего 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 питания, а катод источника первичных ионов выполнен полым с возможностью использования в качестве камеры перезарядки.

Изобретение относится к вторично-ионным масс-спектрометрам, предназначенным для контроля химического состава поверхности и объема твердых тел. Целью изобретения является 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

QUIZ