Способ получения сфокусированного пучка нейтральных частиц с энергией выше 1 кэв

 

Изобретение относится к способам получения пучков нейтральных частиц высокой энергии. Целью изобретения является улучшение фокусировки пучка нейтральных частиц путем пропускания через камеру перезарядки пучка отрицательных ионов. Способ получения сфокусированного пучка нейтральных частиц с энергией выше 1 кэВ включает получение,ускорение, фокусировку пучка отрицательных ионов, и пропускание их через заполненную газом камеру перезарядки. Диаметр пучка атомов данной энергии, полученного при перезарядке отрицательных ионов будет в несколько раз меньше, чем при перезарядке аналогичных положительных ионов. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) А3 (51)5 G 21 K 1/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГЙНТ СССР (21) 4615197/31-25 (22) 05.12.88 (46) 30.11 .90. Бюл. № 44 (71) Институт синтетических полимерных материалов АН СССР (72) М.Ю.Яблоков и Л.Н, Григоров (53) 621 .384 ° 8(088.8) (56) Патент США № 4327288, кл. 250-251, 1982.

Eccles А. Е. et al, А scanned .

microfocused neutral beam for use

in secondary ion mass spectrometry.— . J. Vac, Sci. Technol, v. А4, . 1986, ¹- 4, р. 1888-1892.

Яблоков M.Þ., Григоров Л.Н., Шалашилин Д.В. О возможности локального анализа диэлектриков с помощью атомно-ионной масс-спектрометрии.

Журн. технической физики. Т. 56, 1986, ¹ 10, с. 2020-2023.

Изобретение относится к способам получения пучков нейтральных частиц высокой энергии и может быть использовано во вторично-ионной масс-спект-: рометрии диэлектрических мишеней.

Цель изобретения — улучшение фокусировки пучка нейтральных частиц.

Минимальный диаметр сфокусированного пучка нейтральных частиц D связан с углом рассеяния 9 пучка ускоренных ионов при перезарядке, протекающей в заполненной газом камере, следующим соотношением:

D=D, + 8(Z.+2h), (1) 2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФОКУСИРОВАННОГО ПУЧКА НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ С ЭНЕРГИЕЙ ВЫШЕ 1 КэВ (57) Изобретение относится к способам получения пучков нейтральных частиц высокой энергии. Цель нзобретения— улучшение фокусировки пучка нейтральных частиц путем пропускания через камеру перезарядки пучка отрицательных ионов. Способ получения сфокусированного пучка нейтральных частиц с энергией выше 1 КэВ включает получение, ускорение, фокусировку пучка отрица тель ных ионов и п роп уск ание их через заполненную газом камеру перезарядки. Диаметр пучка атомов . данной энергии,,полученного при перезарядке отрицательных ионов, будет в несколько раз меньше, чем при перезарядке, аналогичных положительных ионов. 2 табл. где D — диаметр ионного пучка в плос"

0 кости фокусировки;

Ь вЂ” эффек тив на я длина з ап олнен-, ной газом (паром) камерьц.

h — расс тояние между плоск ос тью

Фокусировки пучка и выходным отверстием заполнен- ной газом камеры.

Ускорение и фокусировка ионов не- аЬ обходимы для того, чтобы сделать .мих.. нимально возможной величину В . Пропускание пучка ионов через заполненную газом камеру необходимо для превращения ионного пучка в пучок

1610509 ° нейтральных частиц такой же высокой энергии, как и энергия первичных ионов.

Поскольку величина D в настояо щее время достигает 50 нм, то основной вклад в диаметр пучка нейтральных частиц согласно (1) определяетс ся величинами 0 и L (величина h влияет слабо, так как она практически всегда может быть сделана много меньше L) .

В качестве величины 0 выбирают такой. угол рассеяния, в пределах которого содержится половина от полной интенсивности рассеянного пучка.

Установлено, что при энергии ионного пучка более 1 КэВ величина

g выражается через физические параметры формулой: а

9 = — — - — —— (2)

2Е g (E) где е — заряд электрона;

Ы вЂ” поляризуемость нейтральных частиц газа, заполняющего камеру;

Š— энергия частиц ионного пучка;

g(E) — сечение перезарядки ионного пучка на газе (или паре), заполняющем камеру.

С учетом малости величин Ври h диаметр пучка нейтральных частиц выражается из (1) и (2) в виде

D D (3)

2 Е 6 (Е)

Hs (3) следует, что наименьший диаметр пучка нейтральных частиц соответствует такой комбинации сорта ионов и сорта газа, заполняющего камеру перезарядки, для которой величина OL/ Д имеет наименьшее значение.

Установлено, что наименьшее значение этого отношения может быть получена, когда через заполненную газом камеру перезарядки пропускают пучок о три цат ель ных ионов .

Способ получения сфокусированного пучка атомов состоит в следующем.

В источнике ионов с полевой эмис=ией получают отрицательные ионы, затем их ускоряют и фокусируют. Сфокусированные ионы. пропускают через заполненную парами нейтрального газа камеру, В камере в результате процесса резонансной перезарядки образуется сфокусированный пучок быстрых атомов. Наименьший диаметр пучка атомов определяется уширением пучка в процессе перезарядки.

В табл. 1 приведен диаметр пучка атомов, вычисленный по формуле (3), при энергии частиц l КзВ для различных пар ион — атом.

Нижняя граница энергии ионов, в l КэВ определяе гся сложностью фокусировки частиц малых энергий.

В табл. 2 приведен диаметр пучка атомов, вычисленный по формуле (3), при энергии частиц 4 КэВ для различных пар ион — атом.

Согласно табл. 1 и 2 диаметр пучка атомов, полученных при перезарядке отрицательных ионов, при энергиях 1 — 4 КэВ является наименьшим, причем с ростом энергии частиц диаметр уширенного пучка уменьшается.

В случае, если использование атомов щелочных металлов для бомбардировки поверхности невозможно из-за химического взаимодействия быстрых атомов с поверхностью исследуемого материала, то можно испольэовать иные атомарные ионы, например кислорода, перезарЬкаемые на молекулах, например, NO . При этом диаметр пучй ка атомов, полученных при перезарядке отрицательных ионов, будет мень35 ше, чем при перезарядке аналогичных положительных ионов при данной энергии.

Предлагаемый способ позволяет

40 в несколько раз улучшить фокусировку нейтральных атомов путем перехода от положительных к отрицательным ионам при их перезарядке.

Формула изобретения

Сп особ п олуч ения сфок ус иров а нног о пучка нейтральных частиц с энергией выше 1 КэВ, включающий получение, ускорение, фокусировку пучка ионов

50 и пропускание ионов через заполненную газом камеру перезарядки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения фокусировки, получают, ускоряют, фокусируют и пропуска55 ют через камеру перезарядки отри-, цательные ионы.

Таблица 1

1610509

Не Ат Хе Li К+ Cs Hg+ Li К Cs 0 0

Ион;

Газ (пар) Не Ar Xe Li К Cs Hg Li К Cs НО 0

D мкм

5э4 11 6е4 7э9 4еЗ Зч1 4э6 1 ю60 Оэ54 Оэ32 1 эО 12вЗ

Таблица 2

Ф

Не+ Ar+ Xe Li+ К Cs Hg Li

К Сз 0 0

Ион

Газ (пар) He Ar Xe Li К Св Hg Li К Cs NO 0 г г

2,8 4,2 2,6 3,0 1,5 1,0 1,7 0,7 0,23 0,12 0,47 4,8

D, мкм

Составитель В. Дворецкий

Техред М.Дидык Корректор Т. Малец

Редактор М. Петрова

Заказ 3740 Тираж 348 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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