Вторично-ионный масс-спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1711260 А я)5 Н 01 3 49/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИ ос О(71) Институг электросварки им. Е,О.Патонаи Сумское производственное объединение(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 используется Фотоэлектронный умножитель 19 со сцинтиллятором 16, при этом напряжения блоков питания масс-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 5 вторичных 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 постоянного тока(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 15 20 25 30 35 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,Указанная 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 более 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 19.10 20 ройству электрод 13 позволяет измерятьионные токи без энергоанализа и усиленияфотоумножителем, что повышает динамиче 30 35 В режиме анализа отрицательных ионов необходимое распределение потенциала вионно-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 рольантидинатронной 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 в результате эмиссии с поверхности вторичных положительных ионов, выбиваемых пучком ускоренных нейтральных частиц, При положительном заряде на мишени вторичные ионы. рассеи. ваются.Предлагаемый вторично-ионный массспектрометр по сравнению с известным обеспечивает одинаковый режим анализа как положительных, так и отрицательных 40 45 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 поверхностных зарядов под действием первичного пучка.Таким образом, расширяются функциональные возможности, кроме того, предлагаемая конструкция легко реализуется на основе серийно выпускаемого вторично- ионного масс-спектрометра.Формула изобретения 1, Вторично-ионный масс-спектрометр, содержащий источник первичного пучка, ионна-оптическую систему вторичных ионов,масс-анализатор, отражающий и конвертирующий электроды, вторично- электронный умножитель, регистрирующее устройство и блоки питания, о т л ич а ю щ и й с я 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 а ющ и й с я 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 В. КащеевРедактор И.Шулла Техред М,МоргенталКорректор.й. Корол акаэ 348 Тираж ПодписноеВНИИОИ Государственного комитете по изобретениям и открытия113036, Москва, Ж, Раушская наб 4/6 ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент.", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10