Вторично-ионный масс-спектрометр

 

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-анализатора 5, системы 8-14 энергоанализа и регистрации вторичных ионов. От ража ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з H 01 J 49/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1б 11 1б 1Я сО

@ко гд.i

7 igloo

Ю

© ос (21) 4700615/21 (22) 05.06.89 (46) 07.02.92. Бюл. hL 5 (71) Институг электросварки им. Е.О.Патона и Сумское производственное объединение

"Электрон" (72) И.К.Походня, B,Т.Черепин, В.И.Швачко, И;НДубинский, Э.И.Вайсберг и Б.Г.Голубовский (53) 621.384 (088.8) (56) Масс-спектрометр MC-7201М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Сумы, 1987.

ЯХ, 1711260 А1 (54) ВТОРИЧНО-ИОННЫЙ МАСС-СПЕКТP0METP (57) 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-анализатора 5, системы 8-14 энергоанализа и регистрации вторичных ионов. Отражаю1711260

5 . 22. Последний имеет электрический контзкт с электродом 1„задающим потенциал облащий электрод 12 в системе энергоанализа выполнен в виде сетки, а вместо ВЗУ испол ьзуется фотоэлектронн ый ум ножитель

19 со сцинтиллятором 16, при этом напряжения блоков питания мзсс-спектрометра коммутируются для анализа и регистрации положительных или отрицательных ионов.

Масс-спектрометр- оснащен источником первичного смешанного пучка, состоящего из нейтральных атомов и положительных

Изобретение относится к масс-спектральной технике, а более конкретно к устройству вторично-ионных масс-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.

Злектроды 1-4 образуют иммерсионный объектив, предназначенный для сбора, ускорения и фокусировки в плоскости входной диафрагмы электрода 4 однополярного анализатора 5вторичных 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 покззано). Сетчатый ускоряющий электрод 15, сцинтиллятор 16, светопровод 17, фотокатод 18 фотоумножителя 19 образуют систему преобразования и усиления электронного тока. Анод 20 фотоумножителя соединен с входом усилителя постоянноготока(не показан). Злектроды 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 подключей к положительному полюсу источника высокого напряжения, а фотокатод 18

10 t5

40 ионов, при этом электрод 22, задающий потенциал области ионизации в источнике, и электрод 1, задающий потенциал области, в которой расположен образец, подключены к одному и тому же полюсу источника напряжения, а камерой перезарядки служит полый электрод 23, выполняющий одновременно функции катода источника. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. соединен с отрицательным полюсом источника регулируемого высокого напряжения.

В источнике первичного пучка (фиг. 2) катод 21 размещен внутри полого электрода сти, в которой расположен образец 6. Второй катод 23 источника в отличие от стандартного ионного источника Пеннинга выполнен полым и служит одновременно камерой перезарядки. Злектроды 23-26 образуют систему формирования смешанного первичного пучка, Укаэанная 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 чзсть ионов с болев высокой энергией проходит через сетку и нейтрализуется на внутренней поверхности пОлого электрода

13. В этом режиме работы масс-анализатора применение сетчатого отражателя позволяет устранить фон, который в случае сплошной поверхности отражателя создается вторичными электронами и эмиттируемыми 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.

1711260

20 ройству электрод 13 позволяет измерять ионные токи без энергоанализа и усиления фотоумножителем, что повышает динамиче- 25

35

В режиме анализа отрицательных ионов необходимое распределение потенциала в ионно-оптическом тракте обеспечивается 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 сцинтиллятор 16, а возникающие фотоны регистрируются фотоумножителем.

Подключенный к регистрирующему устский 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 s результате эмиссии с поверхности вторичных положительных ионов, выбиваемых пучком ускоренных нейтрал ьн ых частиц. При пол ожител ьном заряде на мишени вторичные ионы. рассеи. ваются.

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

50 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 ионноэлектронного 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

floBepxHocTHblx зарядов под действием первичного пучка.

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

Формула изобретения

1. Вторично-ионный масс-спектрометр, содержащий источник первичного пучка, ионна-оптическую систему вторичных ионов, масс-анализатор, отражающий и конвертирующий электроды, вторичноэлектронный умножитель, регистрирующее устройство и блоки питания, о т л ич а ю шийся 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, о т л и ч à юшийся 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 в 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 вазможностью использования в качестве камеры перезарядки.

1711260

Составитель 8. Кащеев

Техред М,Моргентал i Корректор.Н. Король

Редактор И.Шулла

Заказ 346 Тираж Подл исное

ВНИИОИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/6

Производственно-издательский комбинат "Патент.", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101