Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии

Авторы патента:

H01J49/32 - с использованием двойной фокусировки

Изобретение может быть использовано для изучения физико-химических процессов на поверхности и в объеме твёрдых тел, в частности, в микроэлектронике и полупроводниковой промьшшенностй. Целью изобретения является упрощение конструкции, экономии материалов и электроэнергии, что достигается измерением угловых зависимостей при неподвижных источнике первичных ионов и анализаторе вторичных ионов. Устройство содержит вакуумную камеру 1, с которой жестко связаны источник 2 первичных ионов и энерго-масс-анализатор 9. Для фокусировки первичных ионов используется фокусирующая система 3. Между фокусирующей системой 3 и мишенью 6 введены две пары плоскопараллельных пластин 5, подключенных к отдельным источникам постоянного напряжения. Изменение полярного угла if для снятия угловых зависимостей вторичной ионной эмисии осуществляется вращением мишени 6. Изменяя потенциалы на пластинах, добиваются сохранения угла-падения пучка первичных ионов на мишень во всем интервале значений Ч. 2 ил. 1 табл. с $ (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 Н 01 J 49/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВЗЕСОЮЗНАя

1!A;»." . ; :::лЧЕСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ПЮТ СССР (21) 4237762/24-21 (22) 29.04.87 (46) 15.03.89. Бюл, Р tO (71) Харьковский государственный университет им.А.М.Горького (72) Л.А.Гамаюнова, В.T.Koïïå, А.Г.Коваль и А.Ю.Соболев (53) 621.384 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

0 957317, кл. Н 01 J 49/32, 1981.

Rev. Sci. Instrum., 1981, v.52,.

Р 8, р.1148-1155. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ

ЭМИССИИ (57) Изобретение может быть использовано для изучения физико-химических процессов на поверхности и в объеме твердых тел, в частности, в микроэлектронике и полупроводниковой промышленности . Целью изобретения

ÄSUÄÄ 1465923 А 1 является упрощение конструкции, экономии материалов и электроэнергии, что достигается измерением угловых зависимостей при неподвижных источнике первичных ионов и анализаторе вторичных ионов. Устройство содержит вакуумную камеру 1, с которой жестко связаны источник 2 первичных ионов и энерго-масс-анализатор 9. Для фокусировки первичных ионов используется фокусирующая система 3. Между фокусирующей системой 3 и мишенью 6 введены две пары плоскопараллельных пластин 5, подключенных к отдельным источникам постоянного напряжения.

Изменение полярного угла (p для снятия угловых зависимостей вторичной ионной эмисии осуществляется вращением мишени 6. Изменяя потенциалы на пластинах, добиваются сохранения угла падения пучка первичных ионов на мишень во всем интервале значений g. 2 ил. 1 табл.

1465923

Изобретение огнос -.тся к облас.."и исследования матерналс;D при помощи втаричххохх иаххной эххнссхХ.Я и может быть ххспользовано для хтзучения фхх:-.II) ко-химических процессов на поверх- ности и в объеме твердых тел в

9 частности, в микроэлектронике, полупроводниковой промышленности., Целью изобретения Является упрс- 10 щение конструкции устройства для измерения угловьхх зависимостей вторичной ионной эмиссии и экономия материалов и электроэнергии„

На фхлг„1 схематичес.ки изображено устройства для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии; на фиг.2 вЂ” траектория движения ионов в декартовой системе координат. 20

Устройство содержит вакуумную ( камеру 1, к которой жестко присоединен источник 2 IIepBEI IIIIIX HQHoH.

Бнутри камеры размешена электроннооптическая система 3 для фокусировки пучка перничньхх ионов с выходной щелью 4, за которой р х< положены две ! пары ллоскопараллельньп: пластин > (Р (каждая пара подключена к отдельному источнику постоянного регулируемого 30 напряжения (не показан, так. -хто.

1 соседние пластины подключены к раз = ноименным полюсам истс-ххх!хков напря">кения. По оси каххерьх расположена ми>лень 6, прикрепленная к держателн1 (не показан), обеспечивающему враще( ние мишени вокруг своей оси. Далее расположена входная щель 7 электронно.-оптической системы 8 для фокусировки II Topic IEIblx иаххав С вакуумной QQ камерой 1 жестко связан энерго-масс" анализатор 9.

Устройство работает следующим образом.

Источник 2 ионов создает пучок первичных ионов, который затем попадает в электронно-оптическую систему 3 фокусировки с выхоцной „ 4.

Они формируют попадающий первичный пучок так,, чтобы за выходной щелью

4 он был параллельным и имел требуемые геометрические размеры. Сформированный пучок г.:.ервичных ионов проходит систему глосколараллельных пластин 5. Электрические поля между первой и второй парами пластин нап55 равлены в противоположные стороны и напряженность их изменяется с изменением потенциалов на обкладках пластнн„ Затем пучок падает на мишень 6 под определенным углом 0 (угол между осью пучка и нормалью к поверхности мишени), вьхбивает из нее втаричнь;е ионы. Вторичные ионы под

Определенным полярным углом q (угол между нормалью к поверхности мишени и направлением регистрации) через входную 11Хель входят в систему 8 фокусировки вторична -o пучка, фокусируются и далее попадают в энергомасс-анализатор 9, в котором происходит разделение по энергиям и массам с последующей регистрацией. ПОлярный угол х1 изменяется в интервале о

0-90 поворотам мишени 6. Для сохранения неизменным угла 0 при повороте мишени пучок первичных ионов при прохождении -х рез 2-е IIRpEI плоскопараллельнь.х пластин разворачивается на угол с!, равный углу поворота мишени, изменением ххотенциалов на обкладках плоскапараллельххьхх пластин.

Сущнас:ть изобретения состоит в том, что при измерении угловых завивимостей вторичной ионной эмиссии ьвадят две пары пласкапараллельных гластин с соо:.ветствующим "..îäêëþ÷åнием к регулируемым источникам ностОяннаГО напряжения. чтО пОзволяет сохранить неподвижным источник первичных ионов и энерго-масс-анализатор и обеспечить поддержание рабочих параметров (электронно-оптической cooсности, вакуумных условий) без применения дополнительных устройств с сохранением достоверности результатов на уровне прототипа.

Эта приводит к упрощению конструкции в целом и снижению затрат электроэнергии и материалов. При этом две пары нлоскопараллельных пластин обеспечивают изменение траектории пучка первичных ионов таким образом, чтобы угол падения пучка первичных ионов на мишень сохранялся неизменным при вращении мишени во всем интервале изменения полярного угла, необходимого для получения достоверных результатов, Обеспечение неизменного угла падения пучка первичных ионов на мишень ва всем интервале изменения угла регистрации вторичных ионов требует поворота лучка первичных ионов на угол d, равный углу поворота мишени, путем изменения величины потенциалов,, подаваемых на плоскопарал1465923 лельные пластины. Связь между углом поворота, геометрическими размерами пластин, их расположением и величиной напряжения на каждой из пластин

5 можно получить, решая задачу о движении заряженных частиц в двух последовательно расположенных электрических полях при условии попадания в заданную точку.

Ось ОХ (фиг.2) направлена параллельно вектору начальной скорости ионов J„. Пусть координата выходной щели Х, а мишени вЂ” Х . Первая пара плоскопараллельных пластин располо- 15 жена между Х, и Х, вторая вЂ” между

Х > и Х+ параллельно оси ОХ. Движение ионов описывается системой управлений:

l +2 (S1+S a+le)

1 +2$

1» (4) li d

U вЂ” вЂ” вЂ”вЂ”

1 о

1 11 11+1 +2$1 ()

2Ы 1„ 1 +2$

r шх = 0

my = еЕ(х), Е„, Х,(Х Х, XZ (3» XФ»

Х(Х, Е г» X ç - Х (Х

25 где Е(Х) 11 1a+2S z

+1 +2$1 8 м11кС»

1?.+2$

2 вЂ” (dq ctgdMoKc. » поля.

Отсюда которые могут быть выведены исходя из требований, чтобы пучок ионов свободно проходил между обеими парами пластин, не попадая на них.

Проведены лабораторные испытания макета устройства, включающего стандартные блоки; источник первичных

40 ионов ИЭ-М1, источники. регулируемого постоянного напряжения Б-5-50 и ВС20-10 для подачи потенциалов на плоскопараллельные пластины, держатель мишени, энерго-масс-анализатор

45 и регистрирующую систему с выходом на самопишущий прибор КСП-4; угол между осями источника и анализатора 1 =90 ; испытания проводили при угле падения 0= 45

d у е 1

Ю вЂ” Е (х) с11х m V оХ если

1, 1, +2 ($1+S +la ) (2)

1, 1 +2$ а Е = » поэтому можБ? связь между Сд Ы и пона пластинах U, и U .

E=-Å„ ?

U, Но Е

1 но получить

Между источником ионов и мишенью располагали две пары плоскопараллельных пластин со следующими параметрами: 1 =4 см, 1 =10 см, S 15 см, S = 2 см, и ; вЂ” 1 см, d =8 см, энергия

1 11+1 +2$1

1» 1

1 +2S

U первичных ионов W = 1 10 эВ. По

d1 12 ч формулам (4,5) рассчитаны знач»ения (3) потенциалов U и Б? на плоскопаралтенциалами

1 е1

tg a .

Và где е вЂ” заряд иона;

m вЂ” - его масса;

Е(х)- напряженность электрического

Решая это дифференциальное уравнеdv ние.и учитывая, что вЂ” =tg с (х)» в начальной точке tg (х )=О, в конечной cga(xM)= tgcC, à y(Х,„)=у(Х ), 1 е 11+l +2$1

tg Ы= вЂ”вЂ” Е 1 вЂ” вЂ” вЂ” вЂ” . (1)

m " 1 +2$ где 1,=Х -Х., и 1 =Х -Х з вЂ” длина каждой пары пластин соответственно;

d u d - зазор между пластинами;

S Õ -Х вЂ” расстояние между первой и второй парами пластин

Я =Х -Х+ вЂ” расстояние от второй пары пластин до мишени.

Учйтывая, что m V /2 =И вЂ” энергия ионов первичного пучка (эВ), получим формулу (1) в виде

Зная W и.требуемое значение можно рассчитать значения U, и U, При этом на расположение и геометрические параметры пластин накладываются следующие ограничения:

1465923

I 1 треб < Ua ь

45 0 "160

90 160

-2140

+45 45

-45 45 лельных пластинах для углов о(, соответствующих предельным значениям угла tp., Таким образом, как видно из таблицы, введение двух пар плоскопаралдельных пластин позволяет обеспечить 15 интервал изменения угла / при неподвижных источнике ионов и энерго" масс-анализаторе с сохранением не изменным угла падения первичного пуч:ка на мишень. Предлагаемое устройст" 2р во достигает цели с сохранением достоверности результатов не хуже, чем в прототипе. При этом по сравнению прототипом предлагаемое техничесое решение позволяет существенно 25 простить конструкцию прибора и сзкоомить материалы и электроэнергию. формула изобретения

Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии, содержащее вакуумную камеру с присоединенным к ней источником первичных ионов и размещенными в ней системой фокусировки пучка первичных юонов с выходной щелью, держателем мишени, узлов вращения держателя округ оси устройства, системой фо сусировки вторичных ионов, энерго асс-анализатор и детектор, о т,6 и ч " ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в уст1 ойство введены две пары плоскора6

Результаты расчета и полученные в эксперименте значения углов c(приведены в таблице. раллельных пластин, расположейных между выходной щелью источника первичных ионов держателя и мишенью симметрично относительно оптической оси источника первичных ионов, а также два источника регулируемого постоянного напряжения, причем каждая пара пластин подключена к отдельному источнику напряжения, при этом соседние пластины подключены к разноименным полюсам, а геометрические параметры пластин и их расположение удовлетворяют выражениям

1 1 +2 $

) +1 y2S 1 g макс1

1д+2Бг вЂ” (с с"3 е кс у. cañ в где 1) 1z д на первои и второй пар пластин соответственно, м;

Й и d вЂ” зазор между пластинами каждой пары, м;

Б„ вЂ” расстояние между первой и второй парами пластин, м;

S вЂ” расстояние между второй парой пластин и мишенью, м; >, - максимальный угол поворота пучка, рад.

1465923

Составитель В.Кащеев

Техред М.Пидык Корректор М.Шароши

Редактор А.Маковская

Заказ 951/51 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при К Т СС

ГН CP

t13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии

Энерго-массанализатор // 1265890

Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к ;устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала

Масс-спектрометр // 1091257

Призменный масс-спектрометр с фокусировкой по энергии // 1081705

Масс-спектрометр // 1061193

Масс-спектрометр с тройной фокусировкой // 1014068

Призменный масс-спектрометр // 995156

Масс-спектрометр // 993362

Призменный масс-спектрометр // 974458

Призменный магнитный масс-спектрометр // 723980

Магнитный масс-спектрометр с двойной фокусировкой // 2176836

Изобретение относится к области спектрометрии, а точнее к статистическим масс-спектрометрам, и может быть использовано при создании портативных приборов для изучения химического и изотопного состава газообразных жидких и твердых веществ

Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления // 2444083

Изобретение относится к области масс-анализа заряженных частиц в линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения конструкторско-технологических и коммерческих характеристик радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров

Энергомасс-спектрометр вторичных ионов // 2020645

Изобретение относится к диагностике поверхности ионными пучками низких энергий (1 - 10 кэВ), в частности к энергомасс-спектрометрии вторичных ионов - интенсивно разрабатываемому в настоящее время методу элементного, фазового и химического анализа поверхности твердых тел

Масс-спектрометр // 1600645

Масс-спектрометр и способ масс-спекрометрического анализа // 2531369

Изобретение относится к области анализа заряженных частиц. Масс-спектрометр содержит камеру, инжектор, способный инжектировать в камеру заряженные частицы, и генератор поля. Генератор поля выполнен с возможностью формирования по меньшей мере одного поля, действующего на заряженные частицы и имеющего улавливающий угловой компонент, сконфигурированный с возможностью образования между осью вращения и периферией камеры по меньшей мере одного канала, задаваемого энергетическими минимумами улавливающего углового компонента. Генератор поля выполнен с возможностью вращения улавливающего углового компонента вокруг оси вращения. Благодаря этому при использовании масс-спектрометра перемещение заряженных частиц ограничено посредством улавливающего углового компонента движением в угловом направлении внутри по меньшей мере одного канала вместе с указанным угловым компонентом, в результате чего на заряженные частицы действует центробежная сила. Созданное генератором поле дополнительно имеет уравновешивающий радиальный компонент, монотонно возрастающий по мере увеличения радиального расстояния от оси вращения по меньшей мере вблизи по меньшей мере одного канала. В результате при использовании масс-спектрометра заряженные частицы движутся по меньшей мере по одному каналу под совместным влиянием центробежной силы и уравновешивающего радиального компонента с формированием одной или более орбит в соответствии с отношениями зарядов частиц к их массам. Масс-спектрометр содержит также детектор, способный детектировать по меньшей мере одну из указанных орбит. Предложены также способы масс-спектрометрии. Технический результат - упрощение конструкции масс-спектрометра и расширение диапазона анализируемых частиц. 7 н. и 26 з.п. ф-лы, 28 ил.

Способ времяпролетного масс-анализа и устройство для его осуществления // 2542722

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано для расширения аналитических возможностей масс-анализаторов времяпролетного типа. Технический результат - повышение чувствительности и расширение динамического диапазона времяпролетных масс-спектрометров путем увеличения средних значений токов анализируемых ионов. Пакеты ионов на каждом цикле ввода распределены во времени по псевдослучайному закону, который выбирается таким образом, чтобы периодическая автокорреляционная функция последовательности имела нулевые боковые лепестки, а величина главного максимума была равна числу единиц в последовательности. При детектировании сигналы, соответствующие импульсам выходного ионного тока времяпролетного масс-анализатора, обрабатываются в согласованном фильтре, который работает по принципу суммирования входной и сдвинутых последовательностей со знаками плюс и минус в соответствии с распределением символов «1» и «0» в псевдослучайной последовательности. Устройство для времяпролетного масс-анализа содержит генератор псевдослучайных последовательностей и согласованный фильтр, которые включаются соответственно в источники и детекторы ионов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и устройство разделения ионов по удельному заряду с преобразованием фурье // 2557009

Изобретение относится к области масс-анализа вещества высокого разрешения и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов с преобразованием Фурье. Способ состоит в создании периодических колебаний ионов по осям X и Y под действием комбинации линейного высокочастотного и однородного статического электрических полей в полупространстве x>0. В этом случае плоскость x=0 может быть по радиочастоте заземлена и на ней возможно измерение с высоким отношением сигнал/помеха наведенных от колебаний ионов токов. Такой режим колебаний ионов реализуется в устройстве, представляющем собой линейную ионную ловушку из заземленного по радиочастоте и с постоянным положительным потенциалом электрода 1 в плоскости x=0, электрода 2 в плоскости x=xа с дискретно-линейным распределением высокочастотного потенциала и в плоскостях z=0, z=za электродов 3, 4 с положительным в несколько вольт потенциалом. Ввод ионов в ловушку осуществляется через щель в электроде 1. Технический результат - упрощение конструкции и улучшение массогабаритных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для образования двумерных линейных электрических полей // 2565602

Изобретение относится к области пространственно-временной фокусировки и масс-анализа заряженных частиц по времени пролета в двумерных линейных высокочастотных электрических полях и может быть использовано для улучшения аналитических характеристик приборов микроанализа вещества, использующих ионно-оптические системы с планарными дискретными электродами. Технический результат - расширение пространства с линейным электрическим полем радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов в направлении дрейфа ионов без увеличения размеров планарных дискретных электродов. Указанный результат достигается путем замыкания граничной области ионно-оптической системы с помощью двух дополнительных планарных электродов с противофазными потенциалами. 3 ил.

Способ развертки спектров масс линейной ионной ловушкой с дипольным возбуждением // 2613347

Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа вещества и может быть использовано для улучшения конструктивных и коммерческих параметров ионных ловушек с дипольным возбуждением ионов. Технический результат - упрощение системы развертки масс и высокочастотного питания квадрупольных линейных ионных ловушек с резонансным выводом ионов. В процессе развертки спектров масс во времени изменяется амплитуда Vв и частота Ωв возбуждающего напряжения, а амплитуда V и частота ω высокочастотных напряжений u1 и u2 остаются постоянными, причем законы изменения во времени амплитуды Vв(t) и частоты Ωв(t) возбуждающего напряжения выбираются так, чтобы абсолютная разрешающая способность Δm линейной ловушки с дипольным возбуждением в диапазоне масс mмин-mмакс оставалась постоянной. 2 ил.

Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления // 2634614

Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа вещества и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением ионов. Технический результат - улучшение качества поля и режима работы квадрупольных масс-спектрометров с резонансным выводом ионов. Способ масс-анализа заключается в воздействии на колебания ионов в квадрупольном ВЧ-поле однородным возбуждающим полем, направленным вдоль одной из асимптот квадрупольного поля. Способ реализуется в масс-анализаторе с планарными дискретными электродами, где создается суперпозиция квадрупольного ВЧ и однородного возбуждающего по одной оси поля. Использование планарных дискретных электродов позволяет повысить качество однородного поля и снизить амплитуды высших гармоник колебаний ионов вдоль оси возбуждения. Способ и устройство улучшают форму массовых пиков и в 2-3 раза повышают разрешающую способность линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.