Устройство для масс-спектрометрического анализа диэлектрических кристаллов Советский патент 1992 года по МПК H01J49/26 

Изобретение относится к радиотехнике, микроэлектронике и физхимии поверхности и может быть использовано при анализе щелочно-галоидных кристаллов методом масс-спектрометрии вторичных ионов (МСВИ).

При анализе щелочно-галоидных кристаллов методом МСВИ происходит накопление заряда на их поверхности при бомбардировке ионами первичного пучка, что вызывает ряд нежелательных эффектов, смещение пучка первичных ионов, уменьшение эффективности сбора вторичных ионов, изменение энергии вторичных ионов, а следовательно, сдвиг шкалы массовых чисел, изменение разрешающей способности масс-спектрометра, приводящих к снижению достоверности анализа.

Известно устройство, содержащее источник первичных ионов с системой формирования пучка первичных ионов, держатель образца, систему сбора и формирования пучка вторичных ионов, масс-анализатор, приемник вторичных ионов с системой регистрации, в котором для снятия заряда поверхность образца облучается пучком электронов от источника, расположенного вблизи образца.

Известно также устройство, в котором для снятия заряда поверхность образца бомбардируют отрицательными ионами кислорода от дополнительного источника ионов, расположенного вблизи образца.

Недостатком известных устройств является необходимость введения дополнительно источника электронов либо отрицательных ионов кислорода, что приводит к усложнению конструкции.

Другим недостатком является изменение состояния поверхности образца под

Ч

О1

о

чО 4 Ю

воздействием облучения электронами или ионами 0 , что приводит к снижению достоверности результатов анализа.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее источник пер- вичных ионов с системой формирования коллимированного пучка первичных ионов и выходной диафрагмой, кристалл, помещенный в охватывающий его металлический держатель, систему сбора и формирования пучка вторичных ионов с входной диафрагмой, масс-анализатор, приемник ионов с системой регистрации, в котором снятие заряда на поверхности кристалла обеспечивается наложением на по- верхность медной сетки.

Недостатком устройства является то, что вторичные ионы меди, ее поверхностных и объемных загрязнений и их соединений с медью, выбиваемые из медной сетки, попадают в масс-анализатор и регистрируются в масс-спектре наряду с вторичными ионами, выбиваемыми из образцов. Кроме того, попадают в масс-анализатор и регистрируются вторичные ионы компаундов, об- разующихся вследствие взаимного перезапыления образца и сетки. Все это усложняет анализ исследуемого материала, снижает достоверность его результатов.

Целью изобретения является повыше- ние достоверности результатов при анализе щелочно-галоидных кристаллов методом МСВИ.

Цель достигается тем, что в устройстве для масс-спектрометрического анализа ще- лочно-галоидных кристаллов, содержащем источник первичных ионов с системой формирования коллимированного пучка первичных ионов и выходной диафрагмой, кристалл, помещенный в охватывающий его металлический держатель, систему сбора и формирования пучка вторичных ионов с входной диафрагмой, масс-анализатор приемник вторичных ионов с системой регистрации, согласно изобретению, свободная площадь кристалла Si, площадь выходной диафрагмы системы формирования пучка первичных ионов За и площадь входной диафрагмы системы сбора вторичных ионов 5з связаны соотношением

43з.

Предлагаемая взаимосвязь свободной площади кристалла, площади выходной ди- афрагмы системы формирования пучка пер- вичных ионов и площади входной диафрагмы системы сбора вторичных ионов позволяет сохранить условия выбивания и сбора вторичных ионов, исключая влияние

ионов меди, ее поверхностных и объемных загрязнений и их соединений с медью, компаундов, образующих вследствие взаимного перезапыления образца и сетки, а также ионов, выбиваемых с поверхности держателя, что приводит к повышению достоверности результатов анализа.

При несоблюдении соотношения указанных параметров происходит снижение достоверности результатов анализа за счет влияния ионов, выбираемых из материалов держателя.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг,2 - в большем масштабе часть устройства, включающая выходную диафрагму системы формирования пучка первичных ионов, держатель с кристаллом, и входную диафрагму системы сбора и формирования пучка вторичных ионов.

Устройство содержит источник 1 первичных ионов с системой формирования пучка 2 первичных ионов с выходной диафрагмой 3, держатель 4, который со всех сторон плотно охватывает помещенный в него кристалл 5, входную диафрагму б системы сбора и формирования пучка 7 вторичных ионов, масс-анализатор 8 с присоединенным приемником ионов 9 и системы 10 регистрации. При этом свободная (т.е. не закрытая держателем) площадь Si кристалла 5, площадь $2 выходного отверстия диафрагмы 3, площадь Зз диафрагмы связаны соотношением 43з.

Выходная диафрагма 3 системы формирования пучка 2 первичных ионов, держатель 4 с кристаллом 5 и входная диафрагма 6 системы сбора и формирования пучка 7 вторичных ионов помещены в вакуумную камеру (вакуумная камера не показана).

Устройство работает следующим образом.

Создаваемый источником 1 пучок 2 первичных ионов формируется системой, Сфор- мированный коллимированный пучок выходит через диафрагму 3, имея площадь поперечного сечения За и бомбардирует кристалл 5 со свободной площадью Si, помещенный s охватывающий его со всех сторон металлический держатель.

При бомбардировке мишени пучком первичных ионов в ней создаются радиационные дефекты, которые в случае неметаллов увеличивают ее проводимость. При площади поперечного сечения пучка За, большей свободной площади Si кристалла 5, радиационные дефекты распределяются по всей площади равномерно, что обеспечивает отекание заряда. Отбор выбиваемых

вторичных ионов происходит с площади, равной Зз, при этом Si 43з Металлический держатель 4, охватывающий кристалл и обеспечивающий отвод стекающего заряда, находится при этом соотношении вне области сбора вторичных ионов. Пройдя диафрагму 6 и систему формирования колли- мированный пучок вторичных ионов попадает в масс-анализатор 8, а затем в приемник 9 ионов с выходом на систему 10 регистрации.

Лабораторные испытания устройства проведены на установке для МСВИ-анализа на базе масс-спектрометра . Пучок первичных ионов Аа с энергией кэВ, плотностью тока -1СГбА-см 2 выходит через диафрагму с площадью .07 см2 и бомбардирует кристалл NaCi со свободной площадью S ,04 см2, находящийся в медном держателе. Отбор вторичных ионов происходит с площади, равной .01 см .

В этом случае подзарядка поверхности не превышала 3 В, что меньше полосы энергетического пропускания масс-спектрометра. На фиг.За приведен полученный масс-спектр, в котором четко наблюдаются пики вторичных ионов, соответствующие элементному составу исследуемого кристалла МаС. Пики, характерные для меди и ее соединений, не регистрируются.

На фиг.З б для сравнения приведен масс-спектр вторичных ионов, полученный от того кристалла NaCI в условиях, аналогичных известному.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет ис- ключить влияние вторичных ионов, выбиваемых с поверхности держателя, при сохранении условий выбивания и сбора вторичных ионов, т.е. обеспечивается повышение достоверности результатов анализа. Формула изобретения Устройство для масс-спектрометриче- ского анализа диэлектрических кристаллов,

содержащее источник первичных ионов с системой формирования коллимированного пучка первичных ионов и выходной диафрагмой, электропроводящий держатель с отверстием для помещения исследуемого

кристалла, систему сбора и формирования пучка вторичных ионов с входной диафрагмой, масс-анализатор с системой регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов анализа, площадь отверстия для помещения ис- следуемого кристалла Si. площадь выходной диафрагмы системы формирования пучка первичных ионов За и площадь входной диафрагмы системы сбора вторичных ионов 5з связаны условием

, м.

Использование: радиоэлектроника, микроэлектроника и физхимия поверхности. Сущность изобретения: площадь отверстия для помещения исследуемого кристалла St, площадь выходной диафрагмы системы формирования пучка первичных ионов За и площадь входной диафрагмы системы сбора вторичных ионов Зз связаны соотношением . Это позволяет сохранить условия выбивания и сбора вторичных ионов, исключив влияние ионов держателя образца. 2 ил.

Физ.