Лазерно-плазменный источник ионов

 

ьлч контент нr --; = õ .:., = -;; ФЯ

О П И С A Н И Е (») 5 752

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено14.06.74 (21) 2033179/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

2 (51) М. Кл

Н 01 J 3/04

Государственный номнтет

Соввтв Министров СССР оо делам изобретений и открытий (43) Опубликовано05.06.77. Бюллетень № 21 (53) 7ДК 621.3&7.42-4

1088,8) (45) Дата опубликования описания03.08.77 (72) Авторы изобретения

Т, А. Басова, Ю. А, Быковский, В. B Горшков, В. Г. Дегтярев, И. Д, Лаптев и B. Н. Неволин

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (71) Заявитель (54) ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ

Изобретение относится к источникам ионов, в частности к конструкции лазерноплазменных источников ионов дпя массспектроме трии.

Известен лазерно-плазменный источник ионов дпя масс-спектрометрии, содержащий оптический квантовый генератор с модулированной добротностью, систему фокусировки лазерного излучения на поверхность образца, устройство дпя установки образца, систему вытягивания и фокусировки ионного пучка.

Однако в известном устройстве в массовом спектре ионного пучка имеется значительное число многозарядных ионов, что в ряде случаев неблагоприятно сказывается на работе масс-спектрометров. Кроме roго, известный источник обладает малой светосилой из-за несовершенства примененной в нем системы вытягивания и фокусировки.

Ileiii изобретения — снизить долю многозарядных ионов в массовом спектре.

Это достигается тем, что система вытягивания и фокусировки, а также устройство для установки образца расположены так, что угол между нормалью к поверхности образца и осью системы вытягпвао ния и фокусировки меньше 90 и составляет, например, 30-50

Кроме того, с целью повышения светосилы источника, система вытягивания и фокусировки ионного пучка выполнена в виде системы типа "сферический диод", содер жащей сферическую сетку, обращенную выпукпои стороной к образцу, вытягивающий и фокусирующий электроды.

На чертеже изображен лазерно-плазменный источник ионов.

15 Оптический квантовый генератор 1 представляет собой частотный лазер с модулированной добротностью. Обьектпв исправленный на сферическую аберрацию, располагается за телескопической систе2О мой 3. Мишень-образец 4 установлена на изоляторе 5 так, что ее ионна-оптическая ось составляет острый угол с ее нормалью. например, 30-50 . Изолятор связан с манио пупятором 6. Мишень, экспандер 7, сфе25 рическая сетка 8 и фокусируюший электрод

511752 электрически соединены и находятся под потенциалом порядка 20 кв. Вытягиваюший электрод 10 и выходная диафрагма

11 имеют нулевой потенциал.

Устройство работает следующим образом.

Оптический квантовый генератор 1 на алюмоиттриевом гранате, активированнэм неодимом, в режиме модулированной добротности генерирует импульсы световой энер- 1()

6 гии с пиковой мощностью до 10 вт и частотой повторения до 100 Гц. Излучение лазера проходит через телескопическую систему 3 для коррекции угловой расходимости и фокусируется на поверхности ми- 15 шени 4 объективом 2 в пятно диаметром

10-100 мкм. В целом система фокусировки позволяет создать на поверхности иссле-> дуемого образца плотность потока энергии

10 излучения порядка 10 вт/см, чтэ эбеспе- 20 чивает безфракционное испарение различных элементов с их последующей полной ионизацией. Образующаяся плазма расширяется в объеме экспандера 7, и ее граница фиксируется сеткой 8. Расположение 25 ионно-оптической оси под острым углом к нормали мишени уменьшает долю многозарядных ионов в пучке вследствие их более узкого углового Распределения.

Сетка R, вытягиваюший электрод 10 и ЗО фокусируюший электрод 9 моделируют поле сферического диода. Ионы, вытягиваемые полем с границы плазмы, ускоряются и фокусируются на щель диафрагмы 11 источника. 35

М ани пуля ro р 6, связанный с мишенью

4 через изолятор 5, позволяет смещать мишень-образец от центрального положения по двум координатам вручную и автоматически и тем самым сканировать поверхность 4О образца лазерным лучом и проводить поверхностный и послойный анализ твердых тел.

Предлагаемое устройство, созданное и испытанное на кафедре твердого тела

МИФИ, позволило получить при ускоряющем напряжении 24 кв на выходной шели ь

0,1 х2 мм ионный ток 25 мка. При этом доля многозарядных ионов не превышала

1% от общего числа ионов.

Средний ток на выходе при расстоянии

or мишени до сетки 10 см и частоте следования импульсов 100 Гц сэставлял

-ь

10 а, что вполне достаточно для массспектрометрических устройств высокого разрешения.

Формула изобретения

1. Лазерно-плазменный источник ионов для масс-спектрэметрии, содержащий оптический квантовый генератор с модулированной добротностью, систему фокусировки лазерного излучения на поверхность образца, устройство для установки образца, систему вытягивания и фокусировки ионногопучка, отличающийся тем, что, с целью снижения доли многозарядных ионов в массовом спектре, система вытягивания и фокусировки, а также устройство для установки образца расположены так, что угол между нормалью к поверхности образца и осью системы вытягивания и фоо кусировки меньше 90 и составляет, например 30-50

2. Источник ионов по п. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью повышения светосилы источника, сис тем а вы тягивания и фокусировки ионного пучка выполнена в виде системы типа "сферический диод", содержащей сферическую сетку, обращенную выпуклой стороной к образцу, вытягиваюший и фэкусируюший электроды.

511752

Составитель В. Ким

Редактор Г. Сухова Техред И. Асталош Корректор А. Власенко

Заказ 1734/163 Тираж 976 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4