Способ масс-анализа ионов

 

Использование: относится к масс-спектрометрии для исследования элементного состава непрерывных ионных пучков, формируемых различными источниками. Сущность изобретения заключается в регистрации информативного сигнала неотклоненных от первоначальной траектории ионов, соответствующего уменьшению или отсутствию полного ионного тока, при этом по времени между отклонением ионного пучка и регистрацией информативного сигнала судят о наличии элемента с массой М, а по отношению амплитуды информативного ионного сигнала к величине регистрируемого полного ионного тока судят о концентрации элемента с массой М. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (s»s . Н 01 J 49/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ql

СО

° ) в

С) (Л (21) 4812761/21 (22) 10,04.90 (46) 30.08.92. Бюл. N 32 (71) Научно-исследовательский технологический институт (72) Г.А. Шерозия и В.А. Шишлаков (56) Сысоев А.А„Чунахин M.Ñ. Введение в масс-спектрометрию, М,; Атомиздат, 1977, с, 101 — 108.

Электронная промышленность, 1986, ¹ 11, с. 36. (54) СПОСОБ МАСС-АНАЛИЗА ИОНОВ (57) Использование: относится к масс-спектрометрии для исследования элементного

Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано для исследования элементного состава непрерывных ионных пучков, формируемых различными источниками, Известен способ исследования массспектров непрерывных ионных пучков, в котором на ионный пучок воздействуют импульсом электрического поля, направляющим ионы пучка во времяпролетное пространство. Ионы различных масс, вышедшие из пучка под воздействием импульса электрического поля в виде короткого пакета и обладающие одинаковой энергией или импульсом, имеют различные времена пролета фиксированного пути (в поле или без поля) и регистрируются на детекторе последовательно во времени, Однако чувствительность известного способа ограничена неполным собиранием на детекторе ионов из-за угловой расходимости ионов на входе во времяпролетное состава непрерывных ионных пучков, формируемых различными источниками. Сущность изобретения заключается в регистрации информативного сигнала неотклоненных от первоначальной траектории ионов, соответствующего уменьшению или отсутствию полного ионного тока, при этом по времени между отклонением ионного пучка и регистрацией информативного сигнала судят о наличии элемента с массой М, а по отношению амплитуды информативного ионного сигнала к величине регистрируемого полного ионного тока судят о концентрации элемента с массой M. 2 ил. пространство, обусловленной наличием разброса по энергиям ионов исследуемого ионного пучка.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ исследования масс-спектра непрерывного ионного пучка, в котором реализуется времяпролетный способ разделения ионов пучка с дополнительной фокусировкой ионов для устранения углового разброса, Известный способ масс-спектрометрического исследования ионных пучков заключается в следующем.

На ионный пучок воздействуют импульсом электрического поля. Этот импульс отклоняет часть пучка от первоначальной траектории, направляя его во времяпролетное пространство. Поскольку анализируемый пучок ионов является непрерывным, то под воздействием импульса электрического поля отклонится от первоначальной траектории только та часть пучка, которая за вре1758705 мя действия импульса электрического поля попала в область взаимодействия пучка с электрическим полем.

Далее эту часть пучка фиксируют и регистрируют разделенные пакеты ионов в различные времена.

Недостаток известного способа закл1очается в сложности масс-анализа из-за введения с целью повышения коэффициента сбора ионов и, следовательно, чувствительности дополнительной операции — фокусировки. Действительно, поскольку в непрерывном ионном пучке ионы различных масс имеют одинаковую энергию е, но различные сКорости Ч (из-за выполнения

УЧ 2 Ч 2 условия е — 1 1 .— 2 2 — ...), то при

2 2 отклонении этих ионов от первоначальной траектории импульсом электрического поля с напряженностью Е они приобретут в направлении этого поля также различную скорость

М1Ч М2Ч

Vi (еЕ = — = ).

2 2

При векторном сложении скоростей V1, V1 и Ч2, Ч2 с различными величинами /V1/, /Ч1/, /ч2/, /Ч2/ образуется угловой разброс из-за несовпадения направлений результирующих векторов Ч1 и V2 (Ч1 = V1+

1 1 1

js, Ч2 = Ч2 + Ч2). Этот угловой разброс приходится компенсировать фокуси роакой ионов с различными массами в направлении их регистрации.

Цель изобретения — упрощение массанализа ионного пучка.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу масс-анализа ионов, заключающемуея в разделении ионов по времени пролета посредством импульсного отклонения ионного пучка от первоначальной траектории и регистрации информативного сигнала, регистрирую информативный сигнал не отклоненных от первоначальной траектории ионов, соответствующий уменьшению или отсутствиЮ полного ионного тока, при этом по времени между отклонением ионного пучка и регистрацией информативного сигнала судят о наличии элемента с массой М, à по отношению амплитуды информативного ионного сигнала к величине регистрируемого полного ионного тока судят о концентрации элемента с масcoA M, причем длительность отклонения ионного пучка t выбирают удовлетворяющей соотношению

50 где т — время пролета наиболее тяжелой компоненты ионного пучка.

На фиг. 1 схематически представлено устройство, реализующее предлагаемый способ исследования масс-спектра непрерывного ионного пучка; на фиг. 2 — временная диаграмма ионного тока на мишени.

Устройство состоит из ионного источника 1, системы 2 импульсного отклонения ионного пучка 3 от первоначальной траектории (роль системы 2 в ионных пушках могут выполнять отклоняющие электроды, на которые подается импульс напряжения), мишени 4 устройства (роль мишени 4 в аналитических и технологических установках MO>KGT выполнять распыляемый источником 1 образец), в которое встроен ионный источник 1, системы 5 регистрации ионного тока, которая может быть обычной системой регистрации времяпролетных спектрометров, источника 6 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Ионный пучок 3, формируемый источником 1, попадает на мишень.4 и при этом системой 5 регистрируется постоянный ток.

Для исключения влияния вторично-электронной эмиссии на измерение полного ионного тока на мишень 4 подается потенциал, вырабатываемый источником 6 напряжения. Величину и полярность этого потенциала выбирают из соображений запирания выхода из образца под действием ионной бомбардировки вторичных электронов.

Затем с помощью системы 2 ионный пучок

3 импульсно отклоняется от первоначальной траектории и не попадает на мишень.

Причем длительность отклонения пучка t выбирается много меньшей времени прилета х ионов. соответствующих элементу ионного компонента пучка с самой тяжелой массой (t «т). Выполнение соотношения 1: «т позволяет осуществить временную селекцию ионов различных масс в промежутке система 2 отклонения ионного пучка — мишень 4.

Действительно, пакет ионов с массой М будет зарегистрирован на мишени 4 системой 5 спустя время ti после момента импульсного отклонения ионного пучка от первоначальной траектории системой 2

I 1М(. 2eU где t - расстояние от системы 2 импульсного отклонения ионного пучка 3 до мишени 4, Mi — масса соответствующего иона; е — заряд электрона;

1758705

U — ускоряющее напряжение ионного источника 1.

Сигнал, регистрируемый на мишени 4 системой 5, суммируется.из токов ионов различных масс, присутствующих в исследуемом пучке. Информация об ионах массы Mi дойдет до мишени 4 за время т после отклонения ионного пучка от первоначальной траектории и будет в виде отрицательного выброса — "провала" на осциллограмме выходного сигнала, соответствующего информативному ионному сигналу. Отношение величины "провала"

IM1 к величине полного ионного тока l>,»> дает процентное содержание ионов массы

М1 в исследуемом пучке, Причем сумма всех амплитуд "провалов" 1М1!ч2 и т. д. равна полному ионному току на мишени ло»ь Случай, когда ионный ток на мишени равен нулю, говорит о наличии в ионном пучке только элемента с массой М и концентрацией 100 g, время прилета которого на мишень после отклонения пучка от первоначальной траектории соответствует значению времени на временной диаграмме ионного тока на мишени. В этом случае других "провалов" на диаграмме нет, т. е. имеем одноэлементный пучок.

В заявляемом способе отсутствует дополнительная операция — фокусировка ионного пучка, так как регистрируется неотклоненный пучок, в котором не возникает углового разброса, как в отклоненной части пучка. Кроме того., в устройстве, реализующем заявляемый способ, отпадает необходимость испол ьзования дополнительного коллектора ионов (для отклоненной части пучка), роль которого в устройстве, реализующем заявляемый способ, играет мишень 4.

Это упрощает способ анализа, Простота проводимого предлагаемым способом масс-анализа ионных пучков с той

5 же чувствительностью, что и в прототипе, практически без применения дополнительных устройств (особенно в случае ионных пушек), является главным достоинством предлагаемого способа.

10 Предлагаемый способ может найти г рименение в технологических и аналитических установками,в которых применяются ионные источники, где в большинстве случаев необходимо знать масс-спектр применяемых

15 пучков и необходимо провес1и зк прессны: масс-анализ без временного выключе ия ионной пушки из рабочего цикла.

Формула изобретения

Способ масс-анализа ионов. закл ючаю20 щийся в разделении ионов по времени пролета посредством импульсного отклонения ионного пучка от первоначальной траектории и регистрации информативного сигнала, отл ич а ю щи и с ятем, что, с целью

25 упрощения способа, регистрируют информативный сигнал не отклоненных от первоначальной траектории ионов, соответствующий уменьшению или отсутствию полного ионного тока, при этом по времени

30 между отклонением ионного пучка и регист рацией информативного сигнала судят о на личии элемента с массой М, а по отношени о амплитуды информативного ионного сигнала к величине регистрируемого полного ион35 ного тока судят о концентрации элемента с массой М, причем длительность отклонения ионного пучка t выбирают удовлетворяющей соотношению т «т, где T — время пролета наиболее тяжелой компоненты

40 ионного пучка.

ФГ

/ б

Составитель Г.Шерозия

Редактор Л,Веселовская Техред M,Моргентал Корректор З.Салка

Заказ 3004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 01