Устройство для анализа молекулярных пучков

Авторы патента:

H01J49/48 - с использованием электростатических анализаторов, например цилиндрических секторов, фильтров Вьена

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬИЬЛц,,=, Комитет Российской Федерации ио патентам и тонарит.тм знакам (21) 4898066/21 (22) 15.1090 (46) 15.10.93 Бюп. Ия 37-38 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Курнаев ВА.; Тритопий В.Э. (73) Московский инженерно-физический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ (57) Испопьзование: устройство предназначено дпя расширения возможностей анализа пучков, содервЂ” жащих в своем составе мопекупярные компоненты (В) RU (11) 20014б4 С1 (51) 5 НО

Сущность изобретения: конвертор 2 с мапоугповым рассеянием от поверхности, энергоанапизатор 3 и вторично электронный умножитепь (ВЭУ) 6 распопагаются на одной оси, причем конвертор 2 выпопнен в виде подвижного цилиндра Фарадея, а энергоанализатор вЂ” в виде двух плоских конденсаторов с общим электродом, сдвинутым относитепьно оси.

Это дает возможность регистрировать ВЭУ, как конвертированный пучок так и первоначальный. 1 ип

2001464

Изобретение относится к области плазменных исследований и масс-спектрометрии. связанной с анализом состава газовой смеси и продуктов взаимодействия плазмы с элементами конструкций плазменных участков (например, диафрагмы, лимитеры, диверторные пластины).

Известен масс-спектрометр, в котором для анализа молекулярных пучков используется твердотельная мишень (конвертор).

Анализируемый пучок молекулярных ионов проходит через сепарирующее устройство (фильтр Вина), на выходе которого ионы с определенным отношением М/Z попадают через входную диафрагму на конвертор.

При взаимодействии с конвертором происходит полная диссоциация молекулярных ионов и составляющие молекулу атомы рассеиваются на 90 с энергией, пропорциональной их массе. Ионная компонента отраженного пучка анализируется по энергиям и, проходя через выходную диафрагму, детектируется. Недостатком этого устройства является то, что при рассеянии на 90 мала вероятность рассеяния, а ширина энергетического спектра отраженных ионов и особенно водорода, наоборот, велика и, как следствие, низка чувствительность спектрометра и его разрешение при анализе водородсодержащих ионов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, в котором используется входная и выходная диафрагмы, конвертор с мэлоугловым рассеянием от поверхности, энергоанализатор типа сферического дефлектора и вторично электронный умножитель (ВЭУ).

К недостатком данного устройства относится то, что необходима дополнительная градуировка прибора атомарными ионами различных изотопов в широком диапазоне энергий, соответствующем энергиям атомарных фрагментов молекулярных ионов, с тем, чтобы можно было проводить количественный анализ состава первоначального пучка, так как конструкция устройства не позволяет проводить измерение ионного тока, попадающего на конвертор, и направлять неконвертированный ионный пучок непосредственно в ВЭУ. Другой недостаток этого устройства в том, что оно позволяет регистрировать только ионные линии не слишком отличающиеся по интенсивности, так как в качестве детектора используется только ВЭУ, Целью изобретения является расширение возможностей анализа пучков, содержащих в своем составе молекулярные компоненты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для анализа молекулярных пучков, содержащаем входную и выходную диафрагмы, конвертор из материала с высоким атомным номером и малоугловым рассеянием от поверхности, энергоаналиэатор и ВЭУ, согласно изобретению, входная и выходная диафрагмы установлены на оси устройства, конвертор выполнен в виде ловушки типа цилиндра Фарадея и снабжен механизмом перемещения, позволяющим сдвигать его с оси, энергоаналиэатор выполнен в виде двух плоских конденсаторов с общим средним электродом, смещенным относительно оси прибора, ВЭУ установлен на оси за выходной диафрагмой, Соосность предлагаемого устройства, наличие двух детекторов частиц вЂ” цилиндра

Фарадея и ВЭУ, с различным диапазоном измерений токов, и имеющая возможность перемещения цилиндра Фарадея с оси устройства расширяет динамический диапазон измерений инстенсивности различных ионных линий. Предлагаемое устройство позволяет проводить количественный анализ беэ градиуировки, так как можно производить одновременную регистрацию выделенной сепарирующим устройством по М/2 ионной линии цилиндром Фарадея (конвертором) в абсолютных токовых единицах и с помощью

ВЭУ с относительных токовых единицах регистрировать энергетический спектр ионизованной на конверторе части атомных фрагментов, составляющих данную ионную линию, Зная величину тока выделенной ионной линии и ее состав, иэ энергетического спектра (по отношению площадей на спектре) определяют количественное содержание каждой компоненты. входящей в данную линию.

На чертеже схематически показана конструкция предлагаемого устройства, где 1вЂ” входная диафрагма, 2 вЂ” подвижный конвертор, являющийся одновременно ионной ловушкой типа цилиндра Фарадея, 3вЂ” отклоняющие пластины (энергоанализатор), 4 вЂ” выходная диафрагма, 5 вЂ” ось устройства, 6 вЂ” ВЭУ.

Устройство работает следующим образом вЂ” сепарированный по Ю/2 ионный пучок, двигаясь по оси устройства, через входную диафрагму попадает в конвертор на установленную под малым углом к оси пластину с покрытием из материала с большим атомным номером. Конвертор одновременно выполняет функции ионной ловушки типа цилиндра Фарадея. Систематическая ошибка в измерении ионного тока подобным устройством в диапазоне энергий ионов менее 5 кэВ очень мала (менее 1

2001464 конвертированного пучка. При этом возможность измерения одного и того же ионного потока цилиндром Фарадея и ВЭУ позволяет проводить количественный ана5 лиз содержания различных ионов в первоначальном пучке. непосредственно контролируя коэффициент умножения ВЭУ, и расширяет динамический диапазон измерений, ограничиваемый сверху максималь10 ной интенсивностью ионной линии lm x, а снизу темновым током умножителя и при

Imsx = 5 10 А составляет не менее 10 по-в рядков.

Таким образом, предлагаемое устройст15 во дает возможность количественного анализа состава пучка из ионов с близким значением М/2 и имеет широкий динамический диапазон измерений интенсивности различных ионных линий.

20 (56) Akaishi К. ef аИ. New parfial pressure

gange for hellwis and deteriwis using the ion

backseaffering principle, 1. Vac. Sel. Technol, AS (4) lul (ang, 1987, р,2444 вЂ” 2446.

Курнаев В.А. Малогабаритный прибор

25 для массового анализа пучков легких ионов, сб. Методы диагностики и рекуперации энергии пучков заряженных частиц. M.;

Энергоатомиздат, 1987. с.51 вЂ” 59.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА МОЛЕКУЛЯРНЫХ пУчкОВ. содержащее последовательно расположенные по ходу пучка входную диафрагму, твердотельную мишень-конвертор, 35 представляющую собой пластину из материала с высоким атомным номером, расположенную под углом до 10 к направлению движения пучка, энергоанализатор, выходную диафрагму и вторично-электронный 40 умножитель, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и увеличения точности измерений, для газовых ионов) из-за высокой степени нейтрализации отраженных от поверхности конвертора ионов, Ионизованная часть отраженных на малый угол от поверхности атомарных фрагментов молекул анализируется плоским конденсатором с углом взлета

10 . Ширина входной и выходной щелей анализатора выбраны таким образом, чтобы не происходило потерь пучка при относительно невысокой разрешающей способности Ве =0,25. Доворот вышедшего из анализа пучка до оси устройства осуществляется еще одним плоским конденсатором, который имеет общий заземленный электрод с первым плоским конденсатором, смещенный относительно оси устройства, а на второй электрод подается нап ряжение, пропорциональное напряжению на первом плоском конденсаторе. Конвертор укреплен на сильфоне. что позволяет сдвигать его с оси устройства и регистрировать ионный ток после секторного магнита с помощью

ВЭУ, установленного на оси за выходной дифрагмой. Такая конструкция позволяет испольэовать ВЭУ как для регистрации слабых ионных линий первичного пучка (при заземленных электродах плоских конденсаторов), так и ионизированных фрагментов входная и выходная диафрагмы, конвертор, анализатор и вторично-электронный преобразователь установлены на одной оси, конвертор дополнительно помещен в жестко связанный с ним и электрически изолированный от него заземленный корпус с входной и выходной щелями с воэможностью его перемещения поперек оси, а энергоанализатор выполнен в виде двух плоских конденсаторов с общим средним электродом, смещенным относительно указанной оси.

2001464

Составитель В. Курнаев

Редактор Т, Никольская Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Закаэ 3130

Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

Устройство для анализа молекулярных пучков

Изобретение относится к приборам для анализа угловых и энергетических распределений заряженных частиц и может применяться для исследования твердого тела, плазмы, процессов электронных и атомных столкновений

Электростатический спектрометр для энергетического и углового анализа заряженных частиц // 1814427

Изобретение относится к приборам для анализа заряженных частиц по углу и энергии и может применяться для исследования поверхности вещества, плазмы, процессов электронных и атомных столкновений

Способ анализа пучка заряженных частиц по энергиям и устройство для его осуществления (циклоидальный анализатор) // 1756973

Изобретение относится к физической электронике и может быть применено для формирования и анализа пучков заряженных частиц малых энергий

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц // 1746428

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к электронной и ионной спектроскопии

Энергоанализатор пучков заряженных частиц // 1718300

Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешающей способности для исследования энергоугловых распределителей в потоках заряженных частиц малых и средних энергий

Электростатический энергоанализатор // 1711263

Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть .использовано для создания электростатических энергоанализаторов с высокой светосилой , обладающих высокими 22 разрешающей способностью, чувствительностью и хорошей эффективностью работы в сверхвысоковакуумных электронных спектрометрах

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц зеркального типа // 1704192

Электростатический энергоанализатор с угловым разрешением // 1698917

Изобретение относится к устройствам для анализа распределения заряженных частиц и может быть использовано при физико-химическом анализе твердого тела в вакууме

Анализатор энергий электронов // 1661869

Изобретение относится к области электроннолучевой техники и может быть использовано в растровой электронной микроскопии

Анализатор энергий заряженных частиц // 1651328

Изобретение относится к электрон- -яой спектроскопии и масс-спектр ометИзобретение относится к физической электронике, в частности, электронной спектроскопии и масс-спектрометрии, и может быть использовано для создания монохроматичных потоков заряженных частиц, направленных на объект, исследуемый методами вторичной спектроскопии, например на поверхность твердого тела или на объем, занятый атомарным либо молекулярным газом, а также для энергетического анализа в оже-спектрометрах

Электростатический энергоанализатор для параллельного потока заряженных частиц // 2327246

Изобретение относится к спектроскопии потоков заряженных частиц и может быть использовано при создании электростатических энергоанализаторов с высокой разрешающей способностью по энергии, высокой чувствительностью, простых в конструктивном исполнении и экономичных, для исследований потоков заряженных частиц в космосе или в плазме

Электронный магнитный спектрометр // 2338295

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов радиационными методами и может быть применено для диагностики структуры и состава поверхности и приповерхностных слоев твердых и жидких тел

Фокусирующая система (варианты) // 2427056

Изобретение относится к области фокусирующих систем электронной и ионной оптики

Способ анализа заряженных частиц по массам и устройство для его осуществления // 2431214

Изобретение относится к способам и устройствам, обеспечивающим анализ потоков заряженных частиц по массам с помощью электромагнитных полей, и может быть использовано для определения элементного или изотопного состава плазмы рабочего вещества

Анализатор энергий отраженных электронов для растрового электронного микроскопа // 2055414

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии (РЭМ) и предназначено для получения изображений отдельных тонких глубинных слоев исследуемого объекта в режиме регистрации отраженных электронов (ОЭ)

Спектрометр заряженных частиц // 2076387

Изобретение относится к физической электронике, в частности, к электронной и ионной спектроскопии, и может быть использовано для анализа по энергиям и направлениям движения потоков заряженных частей, эмиттируемых поверхностью твердого тела или испускаемых из объема газа

Способ исследования спектров упругого отражения электронов // 2020647

Изобретение относится к физической электронике и может быть использовано в электронных спектрометрах, обладающих угловым разрешением, составляющим десятые доли градуса и меньше, и энергетическим разрешением Е, меньшим величины теплового разброса электронов Ес 0,2 - 0,6 эВ, эмиттированных катодом пушки

Электростатический спектрометр заряженных частиц // 2022395

Изобретение относится к спектрометрии корпускулярных излучений, преимущественно к исследованию энергетических спектров космических частиц на ИСЗ и космических аппаратах

Способ измерения энергетического спектра ионов // 2570110

Изобретение относится к способам, обеспечивающим анализ потоков заряженных частиц по энергиям с помощью анализатора с задерживающим потенциалом в присутствии фоновой плазмы с положительным плазменным потенциалом, и может быть использовано при изучении поверхности твердых тел, исследовании структуры вещества и процессов взаимодействия при столкновениях частиц в газах и плазме, при решении плазменных задач геофизики и физики космического пространства, при исследовании потоков плазмы, генерируемых ускорителями плазмы. Технический результат изобретения - устранение искажения энергетического спектра ионов плазменного потока в системе анализатор-плазма достигается тем, что в анализаторе с задерживающим потенциалом при фиксированном потенциале входной сетки между разделительной и анализирующей сетками создается тормозящее электрическое поле при подаче положительного потенциала величиной от нуля до величины, эквивалентной максимальной энергии в спектре анализируемых ионов, на анализирующую сетку. На разделительную сетку при этом подается также положительный потенциал величиной, превышающей положительный потенциал плазмы. В результате, ионы фоновой плазмы на коллектор не попадают, искажения энергетического спектра ионов плазменного потока в системе анализатор-плазма не происходит; доускоренные в поле плазменного потенциала ионы в промежутке разделительная сетка - входная сетка тормозятся до исходных энергий; электроны плазмы не попадают в анализатор из-за торможения в поле плазменного потенциала. 5 ил.