(54) СПОСОБ АВТОИОННОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА МЕТАЛЛОВ НИИ электрического поля за несколько импульсов испарения может не про зойти, затем внезапно испаряется большое число ионов. Неконтролируемость гароцесса испарения, связанная в основном, с различием энергий ис парения ионов в плоскости, на ступеиьке атомной плоскости и на изгиб этой ступеньки/ приводит при испаре нии анализируемых ионов с произволь ных участков поверхности к неопреде ленности момента испарения и ускоряющего напряжения, так как испарение ионов может происходить э разли ных стадиях длительности анализирующего импульса и соответстаенно при разных напряжениях в меру отличия формы импульса напряжения от пр моугольной . Такая неопределенность момента испарения и ускоряющего напряжения (оно же напряжение испарен обуславливает значительную погрешность измерения массы анализируемых ионов (т), рассчитываемой по формуле . где пе - заряд ионов, t - длина пути пролета иона, V - ускоряющее напряжение t - время пролета испаряемого В указанном способе напряжение и парения анализируемого иона и берет ся равным напряжению испарения Уцио на известной массы тд. Как следует и 3 формулы 1, II Met t- время пролета иона известно массы. Всилу нерегулярности процесса и парения величины U и ирмогут отличаться и погрешность измерения напряжения испарения и соответственно массн анализируемого иона удваивает ся. Цель изобретения - повышение точ ности и экспрессности анализа. Поставленная цель достигается те что после достижения поля лучшего изображения кристаллографическую ос .плоскости образца с низкими индек;сами ориентируют вдоль оптической о масс-спектрометра, а массу иона опр деляют IJO формуле m-mp ,, где rnjj - известная масса иона-основ ного компонента материала tn - измеренное время пролета этого иона, t - измеренное время пролета . ансшизируемюго иОна, п - кратность заряда анализиру емого иона, пд - кратность заряда иона известной массы. в предлагаемом способе отпадает необходимость измерения ускоряющего напряжения и исключается погрешность анализа, связанная с этой операцией. Ориентация образца-острия таким образом, чтобы кристаллографическая ось плоскости с низкими индексами сов - падала с оптической осью масс-спектрометра, позволяет снизить погрешность измерения времени пролета иоHOS; связанную с нерегулярностью процесса испарения ионов с различных участков поверхности. Снижение погрешности измерения, достигается благодаря одновременному коллективному испарению группы ионов с плотноупакованных граней при наложении импульса испаряквдего поля, При изучении кинетики испарения металлов в сильных электрических полях установлено, что время испарения группы ионов из центра плотноупакованной грани в 10 10 -.раз меньше, чем время испарения ионов с края атомной ступеньки. Использование явления испарения комплекса ионов с плотноупакованной плоскости с большой скоростью позволяет уменьшить погрешность измерения времени пролета за счет того, что ион известной массы (контрольный) и анализируемые ионы испаряются одновременно, в одном импульсе, и ускоряются одним напряжением. В результате формула определения массы упрощается к виду По оценкам за счет повышения точности измерения времени пролета ионов при одновременном испарении анализируемого и контрольного (известной массы) ионов разрешение при масеанализе может достичь 10 при применении скоростных осциллографов и широкополосных усилителей с частотой 10®Г-ц, Автоионный масс-анализ производят с использованием двухимпульсного нагружеНйЯ полем с заданным промежутком времени между импульсами, что обеспечивает атомную чистоту исследуемой поверхности, и, соответственно, высокую фочность масс-анализа за счет того, что первый из двух импульсов (десорб р5 {001йа) полностью очищает исследуег й поверхность от атомов, интервал времени.между первым (десорбй&уквдим) импульсом и вторым (анализирующим) выбирается, таким образец, Чтобы не успела, произойти адсорб ция атомов газа на поверхности. Максимальное . время пролета ионов через дрейфову|9, трубку обычно составляет около 10чз. При давлении остаточных газов {активных и инертных) торр временндаду интервалу между десорбирующим и испаряющим импульсами порядка 10 с соответствует вероятность адсорбции атомов газа порядка 10, что обеспечивает высокую надежность измерений. При использовании известных способов масс-анализа для обеспе чения сравнимой с указанной вероятности адсорбции атомов газа обычно н обходима откачка системы до , что резко снижает экспрессность измерения.и предполагает наличие дорогостоящего сверхвысоковаку умного оборудования. Из-за необходимости вследствие не регулярности испарения синхронизации десорбирующего и анализирующего импульсор подаваемое импульсное напряжение должно быть заведомо выше порога испарения, чтобы испарение имел место в каждом десорбирующем и анали зирующем импульсе. При .столь высоких напряжениях неопределенность момента испарения и величины ускоряющего напряжения растет. При ориентировании же острия таким образом, чтобы кристаллографическая ось плоскости с низ кими индексами совпадала с оптической осью масс-спектрометра, за счет одновременности испарения комплекса ионов устраняется неопределенность ускоряющего напряжения. Таким об-, разом, для повышения точности и экспрессности анализа необходимо сочетание коллективного испарения с плот ноупакованных плоскостей с двухимпул сным режимом испарения. На чертеже приведена зависимость относительной скорости испарения вольфрамового образца-острия с радиу сом кривизны у вершины R 300°А от относительного размера в поперечнике верхнего атомного слоя. При ориентировании острия таким образом, чтобы кристаллографическое направление с низкими индексами, в частности (llOj, совпадало с оптической осью масс-спектрометра, в зон дирующее отверстие попадает группа ионов из центра грани, причем время испарения группы ионов в 10 - Ю ра меньше, чем время испарения отдельны ионов с края атомной ступеньки. Относительная скорость испарения - зг вольфрамового образца радиусом R 300°А при температуре 80tK с центра грани (ИО) зависит от размера испаряемого комплекса г, отнесенного к максимальному размеру гицах радиуса атомной плоскости (110 непос редственно после испарения предыдуще ,го атомного слоя (где скорость испарения острия в направлении, норр мальном к поверхности острия, скорость сжатия атомного кольца, та ким образом, что при уменьшении комплекса атомов до размера t« (0,4-0,5)х fftnaK относительная скорость испарения возрастает на 2-3 порядка, т.е. при длительности анализирующё1°о и десорбирующего импульсов 10 с группа атомов в центре грани (ио) испаряется за 10 - с. Для проведения масс-анализа изготовляют острие электрохимическим травлением из вольфрамовой проволоки ВА-3 затем острие устанавливают в автоинный масс-спектрс етр. На образец подают постоянное напряжение 3 кВ, которое noBtauawT до 5 кВ. При этом на экране масс-спектрометра наблюдают процесс послойного испарения анализируемого материала. Затем напряжение снижают до 4,3 кВ и в поле лучшего изображения визуально наблюдсиот атомногладкую поверхность острия. После этого острие с помощью поворотного устройства масс-спектрометра перемещают таким образом, чтобы вершина острия попадала на оптическую ось масс-спектрометра, что фиксируется по максимуму счета ионов изображающего газа на детекторе, а затем об-, разец вращают при визуальном наблюдении его поверхности иа экране таким образом, чтобы направление (110) совпало с диафрагмой масс-спектрометра, расположенной на оптической оси прииора. Затем на острие подают десорбирующий импульс(5,2 кв). Этот импульс, прохрдя через линию задержки, обеспечивающую интервал задержкг , запускает блок испаряющих импульсов и измеритель временных интервалов . Использование коллективного испарения ионов с плоскости (110) вольфрама и двухимпульсного режима испарения повышает точность измерения анализируемой массы таким образом, что разрешение спектрометра по массе возрастает от величины 50, достигаемой по известному способу до 75, т.е. на 50%. В спектре испарения полностью отсутствуют импульсы, принадлежащие атомам остаточного газа при давлении остаточных газов в системе 10 - торр. Общее время подготовки атомного масс-анализатора к работе по предлагаемому способу не превышает 5 ч (по известному способу для откачки до 10 торр это время составляет 10 ч). При откачке до 10 торр и вы-, е, обеспечивающей удовлетворительную надежность масс-аиализа,время откачки и термической вакуумной тренировки составляет несколько суток. Формула изобретения Способ автоионного масс-спектроетрического анализа металлов, вклюакнци вакуумирование и формироваие aтo 4нoглaдкcй поверхности обазца в виде острия испарением в элекрическом поле, уменьшение напряжености электрического поля до знаения напряжения поля лучшего изображвния, испарение ионов и их детектирование, отличающийся тем что, с целью повышения точности и экс прессности анализа, после достижении поля лучшего изображения кристаллохрафическую ось плоскости металлического образца с низкими индексами сфиентируют вдоль оптической оси мас спектрометра:, а массу иона определяют по формуле где fflg - известная масса иона основного компонента материала, tQ - измеренное время пролета этого иона. t - измеренное время пролета анализируемого иона п - кратность заряда анализиру емого иона, OQ - кратность заряда известной массы. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Сб. Локальные методы анализа материалов. М., Металлургия, 1973, с. 13. 2.Мюллер и др. Ионный микропроектор с .атомным зондом.- При6оры для научных исследований т. 39, 1968, 1, с. 85-88(прототип).
Ю
§|«
Чх№
о,г
0,9 If
0.9 Фтах
