Лазерно-плазменный источник ионов Советский патент 1977 года по МПК H01J3/04 

1

Изобретение относится к источникам ионов, в частности к конструкции лазерноплазменных источников ионов для масс- спектрометрии.

Известен лазерно-плазменный источник ионов для масс-спектрометрии, содержащий оптический квантовый генератор с модулированной добрютностью, систему фокусировки лазерного излучения на поверхност образца, устройство для установки образца систему вытягивания и фокусировки ионного пучка.

Однако в известном устройстве в массовом спектре ионного пучка имеется значительное число многозарядных ионов, что в ряде случаев неблагоприятно сказывается на работе масс-спектрометров. Кроме того, известный источник обладает малой светосилой из-за несовершенства примененной в нем системы вытягивания и фокусиРОБКИ.

Цель изобретения - снизить долю многозарядных ионов в массовом спектре.

Это достигается тем, что система вытягивания и фокусировки, а также устройство для установки образца расположены так, что угол между нормалью к поверхности образца и осью системы вытягивания и фокусировки меньше ОО° и составляет, например, ЗО-50°.

Кроме того, с целью повышения светосилы источника, система выгягпвания и фокусировки ионного пучка выполнена в виде системы типа сферический диод, содержащей сферическую сетку, обращенную выпуклой стороной к образцу, вытягивающий и фокусирующий электроды.

На чертеже изображен лазерно-плазменный источник ионов.

Оптический квантовый генератор 1 представляет собой частотный лазер с модулированной добротностью. Объектив 2, исправленный на сферическую аберрацию, располагается за телескопической системой 3. Мишень-образец 4 установлена на изоляторе 5 так, что ее ионно-оптическая ось составляет острый угол с ее нормалью например, 30-50°. Изолятор связан с манипулятором 6. Мишень, экспандер 7, сферическая сетка 8 и фокусирующий электрод

электрически соединены и находятся под потенциалом порядка 20 кв. Вытягивающий электрод 1.0 и выходная диафрагма 11 имеют нулевой потенциал.

Устройство работает следующим образом.

Оптический квантовый генератор 1 на алюмоиттриевом гранате, активированном неодимом, в режиме модулированной добротности генерирует импульсы световой энерГИИ с пиковой мощностью до 10 ВТ и

частотой повторения до 100 Гц. Излучение лазера проходит через телескопическую систему 3 для коррекции уГловой расходимости и фокусируется на поверхности мишени 4 объективом 2 в пятно диаметром , 10-lOO мкм. В целом система фокусировки позволяет создать на поверхности иссле дуемого образца плотность потока энергии

ТОо

излучения порядка 10 вт/см , что обеспечивает безфракционное испарение различных элементов с их последующей полной ионизацией. Образующаяся плазма расщиряется в объеме экспандера 7, и ее граница фиксируется сеткой 8. Расположение ионно-оптической оси под острым углом к нормали мишени уменьшает долю многозарядных ионов в пучке вследствие их более узкого углового распределения.

Сетка 8, вытягивающий электрод 10 и фокусирующий электрод 9 моделируют поле сферического диода. Ионы, вытягиваемые полем с границы плазмы, ускоряются и фокусируются на щель диафрагмы 11 источника.

Манипулятор 6, связанный с мищенью 4 через изолятор 5, позволяет смещать мишень-образец от центрального положения по двум координатам вручную и автоматически и тем самым сканировать поверхност образца лазерным лучом и проводить поверностный и послойный анализ твердых тел.

Предлагаемое устройство, созданное и испытанное на кафедре твердого тела МИФИ, позволило получить при ускоряющем напряжении 24 кв на выходной щели 0,1x2 мм ионнътй ток 25 мка. При этом доля многозарядных ионов не превышала 1% от общего числа ионов.

Средний ток на выходе при расстоянии от мишени до сетки 10 см и частоте следования импульсов 100 Гц сэставлял 10 а, что вполне достаточно для массспектрометрических устройств высокого разрешения.

Формула изобретения

1.Лазерно-плазменный источник ионов для масс-спектрометрии, содержащий оптический квантовый генератор с модулированной добротностью, систему фокусировки лазерного излучения на поверхность образца, устройство для установки образца, систему вытягивания и фокусировки ионного пучка, отличающийся тем, что, с целью снижения доли многозарядных ионов в массовом спектре, система вытягивания и фокусировки, а также устройство для установки образца расположены так,

что угол Между нормалью к поверхности образца и осью системы вытягивания и фокусировки меньше 9О и составляет, например 30-50°.

2.Источник ионов по п. 1, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что, с целью повышения светосилы источника, система вытягивания и фокусировки ионного пучка выполнена в виде системы типа сферический диод, содержащей сферическую сетку, обращенную выпуклой стороной -к образцу, вытягивающий и фокусирующий электроды.