Способ анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел Советский патент 1982 года по МПК H01J49/26 

(54) СПОСОБ АНАЛИЗА СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к способам анализа

следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел и может быть использовано для контроля чистоты поверхности в электровакуумном производстве, в производстве интегральных схем, а также в научных 5 сследованиях свойств поверхности твердого тела.

Известен способ исследования поверхности твердых тел с использованием Метода вторичной ион-ионной масс-спектрометрии. Согласно способу образец вакуумируют н облучают его поверхность пучком ионов инертного газа, которые выбивают из поверхности образца положительные вторичные ионы. В процессе облучения поверхности пучком первичных ионов осуществляют масс-спектральное разделение вторичных ионов и их регистрацию в виде масс-спектра, который затем расшифровывают. В результате расшифровки из масс-спектра выделяют лшши, отаосяшиеся только к ионам органических соединений, по интенсивности которых судят о сте

пени покрытия поверхности органическими соединениями (1.

Недостаток способа заключается в paapjoiiaющем действии первичного- пучка ионов на поверхность твердого тела, что вызывает из- -, менение ее свойств.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ анализа органических соединений на поверхности твер10дых тел, включающий вакуумирование образца и облучение его поверхности импульсами лазерного нзлзчения в режиме свободной генерации. Средняя мощность импульсов излучения на поверхности образца 10 Вт/см.

15 После десорбции частиц производят их ионизацию злектронным лучом и регистрируют массспектр ионов, который затем подвергают расшифровке и анализу 2.

Недостатками данного способа являются низ20кая чувствительность, не лучше 10 V от монрслойного заполнения поверхности органическими соединениями, сложность расшифрювки Macc-cneKtpa, поскольку одновременно с. иона3 9667924

ми органических соединений регистрируютсяРезультаты исследований приведены в таблитакже и ионы неорганических соединений.це.

Это приводит к увеличению времени анализа.Отсутствие среди ионов, приведенных в

Цель изобретения - повышение чувствитель-таблице, масс с номерами 2, 18, 28 и 32

ности, сокращение времени и упрощение анали-5 свидетельствует, что адсорбированные молеза следовых количеств органических соединении на поверхности твердых тел.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел, включающему вакуумирование образца, облучение его поверхности импульсами лазерного излучения в режиме свободной генерации и гзгистрацию положительных ионов средняя плотность мощности импульсов лазерного излучения на поверхности образца состав ляет от 3.10 Вт/см до 10 Вт/см. Сущность изобретения заключается в том, обнаружено, существенная часть органических соединений десорбируется в поверхности твердых тел в виде положительных ионов, когда режим облучения поверхности соответствует предлагаемому. Неорганические соединения при этом же режиме облучения десорбируются в нейтральной форме. Это позволяет осуществить анализ десорбированных ионов органических соединений, не прибегая к ионизации злектронным лучом, что приводит к -увеличению чувствительности предлагаемого способа на несколько порядков. На чертеже приведена осциллограмма изменения во времени суммарного количества ионо органических соединений, десорбирующихся с поверхности твердого тела при Импульсном лазерном облучении. Пример. Облучение различных твердых тел производят импульсами лазера на неодимовом стекле в режиме свободной генерации, причем варьируют среднюю импульсную ПЛОТНОСТЬ мощности излучения на поверхности образца. Анализ состава десорбирующихся с поверхности ионных соединений производят масс-спектрометром по времени пролета, в вакуумной камере которого облучают образцы.. Исследуемые образцы помещают в- вакуумную камеру и откачивают при комнатной тем пературе в течение 3 .сут. Предельное давление в вакуумной камере составляет 5х мм. рт. ст. Парциальное давлейие паров органических соединений не превышает ммрт.ст. В этих условиях на поверхности исследовавшихся образцов находятся молекулы органических соединений, адсорбированные в следовых количествах из состава остаточных газов вакуумной камеры масс-спектрометра, в концентрации, не превышавшей одного монослоя.

кулы водорода, воды, азота и кислорода соответственно не десорбируются в ионной форме. Кроме того, не наблюдаются в массспектрах ионы с массами 48, 52, 56, 59, 64 и 27 а.е.м., соответствующие титану, хрому, железу, никелю, входящим в состав нержавеющей стали, а также соответствующим меди и алюминию. Для режимов облучения, приведенных в таблице, не обнаружено испарекия перечисленных атомов твердого тела и в нейтральной форме, что указывает «а отсутствие разрушения поверхности. Таким образом, при облучении поверхности лазерными импульсами в диапазоне режимов, границы которого приведены в таблице, только органические соединения оказываются способными к десорбции в ионной форме. Неизменность свойств облучаемой поверхности подтверждается тем, что ионная эмиссия наблюдается практически без изменений при облучеНИИ одной и той же поверхности последовательностью лазерных импульсов с 1штервалом 3 мин. П р и м е р 2. Образец окиси меди помещают в вакуумной камере, снабженной приемником положительнь1х ионов и приспособленной, для облучения образца лазерным излучением. Одновременно с облучением поверхности производится регистрация суммарного количества ионов всех масс, десорбируемых с поверхности за время действия импульса лазера. . При помощи длительного и сильного прогрева образца в вакууме его поверхность очищается от основной части адсорбированных орга1шческих молекул из состава остаточных газов. Затем на очищенную поверхность адсорбируют пары уксусного альдегида в концентрации, не превыщавщей монослойную. При облучении лазерным импульсом с плотностью мощности Ю Вт/см и длительностью 5 10 с образца с адсорбированным органическим соединением суммарное количество регистрируемых ионов возрастает на несколько порядков по сравнению с очищенной поверхностью того же образца, и приближается к значению 10° ионов/см, как показано на чертеже. Этот пример также доказывает, что регистрируемый ионный ток связан с десорбцией с поверхности заряженных органических соединений. Использование способа позволяет повысить чувствительность анализа до концентрации органических соединений на поверхности

5966792

от монослойного покрытия при масс-спектрометрической регистрации ионов и до концентрации монослойного покрытия при суммарной регистрации.

. 5

Полное время анализа загрязненности поверхности органическими соединениями при использовании предлагаемого способа сокращается до по сравнению с десятками минут и часами в известных способах, с Ю учетом времени, необходимого для расашфррвки масс-спектров-.

. Преимуществом способа является отсутствие, повреждений анализируемой поверхности и сохранение ее свойств благодаря слабому тепловому воздействию лазерного импульса с приведенными параметрами.

Использование предлагаемого способа позволяет применить для его реализации более простую и более дещевую аппаратуру по сравнению с используемой в известных способах, так как при регистрации ионного тока без разделения по массам нет необходимости в применении дорогостоящих масс-анализаторов.

Формула изобретения

Способ анализа следовых количеств органических соединений на поверхности твердых тел, включающий вакуумирование образца, облучение его поверхности импульсами лазерного излучения в режиме свободной генерации и регистрацию положительных ионов, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности, сокращения времени и упрощения анализа, средняя плотность мощ-

ности импульса лазерного излучения на поверхности образца составляет от 3-10 Вт/см до 10 Вт/см.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Петров Н. Н-, Аброян И. А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков, ЛГУ,

Л., 1977, с. 13-15.

MHoi/CM 710

s

5-1lf

tf-10

w

т 1

5 10 15 20 25 30 JS