Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Вакуумная система и камера рассеяния

Для наблюдения рассеяния медленных ионов необходим хороший вакуум, лучше, чем для работы при высоких энергиях. В камере рассеяния во время эксперимента должно поддержи­ваться давление ~1*10-9 мм рт. ст. и ниже, так как метод на­столько чувствителен к состоянию поверхности, что адсорбиро­ванные слои остаточных газов могут существенно снизить выход рассеянных ионов с анализируемой поверхности твердого тела.

Масс-анализаторы

Для минимизации разрушения образца масс-спектрометры в статистических ВИМС должны быть максимально эффективны для детектирования полного выхода вторичных ионов с поверхности. Также, они должны разделять элементы и молекулярные соединения с высоким разрешением по массе. Было разработано два типа масс-спектрометров: квадрупольный и времяпролетный.

Квадрупольный масс-спектрометр

Квадрупольные масс-спектрометры (рис. 8) используются на протяжении многих лет в качестве анализаторов остаточного газа (с ионизирующей нитью накала), а также в исследованиях по десорбции и в статическом режиме ВИМС.

Они состоят из 4 коаксиальных круглых стержней расположенных через одинаковые зазоры в виде прямоугольника. К стержням прикладывается два напряжения: постоянное и переменное. Когда ион с определенным отношением массы к заряду попадает в зазор между стержнями, он ускоряется электростатическим полем, и для специфической комбинации постоянного и переменного напряжений ион имеет устойчивую траекторию и попадает на поверхность детектора, который представляет собой первый динод электронного умно­жителя. Электроны, вылетевшие под ударом иона, ускоряются внутри электронного умножителя, порождая все большее число электронов на каждом последующем диноде. В итоге для каждого иона, попадающего на динод, возникает сигнал в виде импульса электронов на диноде. Для других комбинаций напряжений, траектория быстро отклоняется, и ион теряется либо в результате соударения с одним из стержней, либо проходя между ними. Разрешение по массам управляется размерами спектрометра, точностью его конструкции, и стабильностью и воспроизводимостью изменяющегося напряжения. Спектр масс можно получить, осуществляя развертку по частотам w, а разреше­ние спектра можно регулировать, изменяя отношение Еi к E0. Квадрупольный масс-спектрометр компактен, не требует магнитов, и полностью совместим с ультравысоким вакуумом. Он имеет ряд недостатков, основной из которых очень маленький коэффициент передачи (обычно <1 %), который уменьшается с увеличением массового номера. Кроме того, он позволяет получать информацию об ионах только последовательно по массам. Поэтому очень высоки информационные потери.



Рис. 8. Квадрупольный масс-спектрометр. При заданных значениях E0, Еi и w ионы с определенным отношением (m/е) движутся между стержнями по устойчивой волнистой траектории. Внизу показана схема электрического соединения стержней.

Рис. 9. Схема экспериментальной установки для СВИМС; квадрупольный масс-спектрометрa используется для анализа масс и анализатор с тормозящим полем для предварительного разделения по энергиям; (a) ионная пушка; (b)-(d) линзы 1-3; (e) квадрупольный масс-спектрометр; (f) электронный умножитель для детектирования заряда; (g) источник питания для квадрупольного масс-спектрометрa; (h) импульсный усилитель; (i) развязывающий усилитель; (j) интенсиметр (индикаторный прибор для измерения интенсивности ионизирующего излучения); (k) многоканальный анализатор; (I) масс-программатор; (m) генератор пилообразных импульсов; (n) выходное отверстие для нейтральных частиц.

Времяпролетный масс-спектрометр (TOFMS)

Поскольку квадрупольные масс-спектрометры нельзя использовать для анализа больших молекул на поверхности или тяжелых металлов и сплавов, были разработаны времяпролетные масс-спектрометры (рис. 10). В них все распыленные ионы ускоряются до выбранного потенциала (2-8 кэВ), так чтобы они имели сходную кинетическую энергию. Затем ионы дрейфуют через свободную от поля область длинной L перед попаданием на детектор. Согласно уравнению (mL2)/(2t2)=qU0, легкие ионы пролетают фиксированное расстояние намного быстрее, чем идентично заряженные тяжелые ионы. Таким образом, измерение времени ионов с соотношением массы к заряду m/q обеспечивает простой способ масс-анализа. Так как необходимо точно определять начальное время вылета иона, ионные пушки должны работать в импульсном режиме, чтобы обеспечить дискретное попадание ионов. При дрейфе вторичных ионов используются электрические поля для компенсации различия в энергиях первичных ионов и углового распределения вторичных ионов. Для хорошего массового разрешения (m/Dm « 10000), расстояние, которое пролетают вторичные ионы, должно быть достаточно большим (1-1.5 м), и необходимо использовать очень сложные счетные системы и системы подачи высокочастотных импульсов. Громадное преимущество времяпролетного масс-спектрометра - это его способность обеспечить одновременное обнаружение всех масс ионов одного знака.

Рис. 10. Времяпролетный масс-анализатор

 

Принцип действия ионной пушки с жидким металлом позволяет фокусировать ионные пучки до минимального диаметра 50 нм при частоте импульсов до 50 кГц и одновременно развертывать его в растр. Работа ионной пушки при токах 10-100 пА делает возможным осуществлять сканирование СВИМС и получать вторичные ионы всех масс. Путь вторичных ионов составляет 1.5 метра, часть которого проходит через энергетический компенсатор (ионное зеркало) который позволяет всем ионам с одной массой, но разной энергией, прилетать в одно время. Детекторы вторичных электронов позволяют генерировать топографические изображения; медленные электроны (<20эВ) можно использовать для компенсации заряда при исследовании диэлектрических образцов; подложкодержатель с контролем температуры позволяет получать данные СВИМС как функцию температуры поверхности (термопрограммированная ВИМС).

С помощью такой системы можно получать разрешение по массам m/Dm до 10000 при одновременном детектировании всех масс.


 

Рис. 11. Схема системы времяпролетного СВИМС. a – ионная пушка электронной бомбардировкой (Ar+); b – ионная пушка с жидким металлом (Ga+); c – охлаждаемая и нагреваемая мишень; d – оптика вторичных ионов; e – безсеточный рефлектрон; f – детектор.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2024 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.