JPH0135469B2 - - Google Patents

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JPH0135469B2
JPH0135469B2 JP57227437A JP22743782A JPH0135469B2 JP H0135469 B2 JPH0135469 B2 JP H0135469B2 JP 57227437 A JP57227437 A JP 57227437A JP 22743782 A JP22743782 A JP 22743782A JP H0135469 B2 JPH0135469 B2 JP H0135469B2
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JP
Japan
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cathode
anode
hole
sample
ion
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Application number
JP57227437A
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English (en)
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JPS59121746A (ja
Inventor
Katsuhiro Kageyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は固体の表面を分析する装置に係り、就
中試料表面をイオン衝撃してスパツタされた粒子
を分析する表面分析装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
表面分析装置は近年、工場、研究機関等に普及
し、その種類も多く、用途に適したものが選択さ
れている。
核融合の研究においては、プラズマに不純物を
供給するプラズマ・壁相互作用の研究が重要であ
る。この用途には燃料として考えられている水素
の同位元素と、灰物質のヘリウムを分析できるも
のが必要である。水素、ヘリウム等を分析できる
表面分析装置に、二次イオン質量分析装置があ
る。これは、試料に一次イオンを照射し、表面か
らスパツタされた粒子のうちのイオンの質量分析
を行うものである。二次イオン質量分析装置を核
融合装置にとりつけて、プラズマ・壁相互作用の
研究に使用する場合には、従来二つの問題があつ
た。
試料照射用の一次イオンを生成するイオン源か
らは、イオンの他に多量の作動気体(一次イオン
となるべき気体)が流出するが、この作動気体が
核融合装置を汚染しないような対策が必要であ
る。その対策としては、イオンビームのビームラ
インを差動排気する等があるが、装置が大形かつ
複雑になるという問題がある。これが第一の問題
である。
一方、二次イオン質量分析に利用される二次イ
オンの収率、すなわち一次イオン1個あたりの二
次イオンの数が非常に小さいから、二次イオンの
質量分析には非常に高感度の計測装置を必要とす
る。これが第二の問題である。
〔発明の目的〕 本発明は斯かる事情に鑑みて為されたもので、
その目的とするところは、第一に核融合装置等へ
の使用に適するように簡易で小形の質量分析装置
を提供すること、第二に高感度の計測装置を用い
なくても機能する質量分析装置を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するためにこの発明は真空容
器と、該真空容器に収容される陽極と三つの陰極
で試料の表面物質のイオンを発生させる二次イオ
ン発生部を形成し、該陽極は貫通した中空部を有
し、該中空部の両方の開口部に対しては第一及び
第二の陰極を、それぞれの開口部を覆うように配
設し、第一及び第二の陰極には陽極の中空部と同
軸の貫通孔を設け、第二の貫通孔の中に表面分析
される試料を保持する第三の陰極を設け、かつ、
上記陽極の中空部に、陽極の中空部の軸心に実質
的に平行である磁場を印加する手段を設け、陽極
には最も高く、第二の陰極には第一の陰極及び第
三の陰極のそれぞれの電位よりも高い電位を与え
る手段により表面分析に用いる二次イオン発生装
置を構成した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、放電空間に面して試料を配設
し、かつ放電空間の電位の分布を放電で発生した
一次イオンが試料表面に高エネルギで衝突するよ
うにして試料の表面物質のスパツタ量を多くする
と共に差動排気系を用いない小形で簡易な装置で
高いガス効率で一次イオンの試料照射を行ない、
スパツタされた試料表面物質の粒子の大部分を占
める中性原子を放電空間に閉じ込められている高
温高密度の電子群でイオン化して大量の二次イオ
ンを発生させることができるため、二次イオンの
検出に高感度の計測装置を使用する必要がなくな
る。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す表面分析装置
の主要部縦断面図である。真空容器1は図示しな
い排気装置と気体供給装置とにポート2で接続さ
れ、この真空容器1内には筒状の陽極3と、この
陽極3の中空部4の開口を覆うようにしかも離間
しかつ近接して配設された第一の陰極5と、この
第一の陰極5にはその中心部に貫通孔6が設けら
れ、陽極3の中空部4の他方の開口を覆うように
配設された第二の陰極7には該陽極の中空部4と
同軸の貫通孔8が設けられている。9は第二の陰
極7に離間かつ近接して配設され、該第二の陰極
の貫通孔8の中に配設された試料10をホルダ1
1とともに保持する第三の陰極である。該ホルダ
11は図示されない電源出力を印加される端子1
2から第三の陰極9への給電経路を兼ねる。上記
第一の陰極5、第二の陰極7及び第三の陰極9
は、上記ポート2の内部の図示されない支持部に
支持された支柱によつて支持され、第一の陰極5
及び第二の陰極7へは該支柱によつて給電され
る。上記陽極3はポート2を介して接地された真
空容器1に支持され電気的には接地されている。
上記第一の陰極5に離間、かつ近接して、イオン
の質量を分析する装置が配設される。本発明は二
次イオンの質量分析の方法に関して何等の制限を
課すものではないが、本実施例においてはイオン
速度選択装置13を用いている。14はイオン検
出装置である。該イオン速度選択装置13は互に
絶縁された二板の導体板とそれを収容するケース
からなる。該イオン検出装置14には、フアラデ
ーカツプを用いている。イオン速度選択装置13
及びイオン検出装置14は、内部に通電径路を有
し、上記ポート内部の支持部によつて支持された
支柱15により支持される。陽極3、第一の陰極
5、第二の陰極7、第三の陰極9、イオン速度選
択装置13及びイオン検出装置14は上記真空容
器1に収容されている。
真空容器1の外周囲に設けられたコイル16は
図示されない電源と共に磁場発生装置を構成して
いる。励磁されたコイル16は陽極の中空部4の
全体にその軸心に実質的に平行である磁場を印加
し、かつイオン速度選択装置にほぼ一様な磁場を
印加する。
第2図は本発明の表面分析装置の主要部動作説
明図である。第1図と共通する部分には同一番号
を符してその説明の重複を避ける。コイル16は
第2図では示していないが動作中は陽極に磁場が
かかつている状態で説明する。また第二の陰極7
には電源17により負の電位が与えられていて、
第一の陰極5には電源、17,18により、第三
の陰極9には電源17,19によりそれぞれ第二
の陰極7の電位より更に低い電位が与えられてい
る。
以下、第1図及び第2図を参照して本発明の作
用を説明する。一次イオンとなるべき気体、例え
ばアルゴンは本実施例ではポート2を通して真空
容器1に供給され、陽極の中空部4に達する。該
陽極の中空部4には、印加された磁場と電極間電
圧により作られる電場により、クロストフイール
ド放電が発生し自続する。放電を安定に自続させ
るために、第二の陰極7の電位は第一の陰極5の
電位より高くなければならない。陽極の中空部4
には、高温高密度の電子群が閉じ込められていて
気体の分子をイオン化する。イオン化された分子
(例えばアルゴンの原子イオン)は、電磁場から
受ける力により、陽極の中空部4を運動しその一
部は試料の方向に移動し、第二の陰極7と試料1
0を保持する第三の陰極9に与えられた電位差に
より、高エネルギで試料10の表面に衝突する。
試料の表面に入射する一次イオンは、本発明で用
いているクロストフイールド放電では低い作動ガ
ス圧力で充分な量が得られかつ一次イオンのエネ
ルギが高く試料表面からスパツタされる表面物質
の量が多いから、本発明では一次イオン照射のた
めの差動排気が不要であり、表面分析装置が小形
化かつ簡易化できる。
従来の二次イオン質量分析は、スパツタされた
粒子のうち大部分を占める中性原子は利用できず
非常に少量しか含まれていない二次イオンを用い
ているため、二次イオンの検出には特殊な高感度
の計測装置を必要としていた。本発明では、スパ
ツタされた粒子のほぼ全部に近い中性原子を利用
する。イオン衝撃を受け、試料表面から放出され
た中性原子は、クロストフイールド放電の電子群
の中を運動し、その一部はイオン化されて第一の
陰極の貫通孔6を通過する。イオン速度選択装置
13は、導体板間に電圧を与えて所定の速度のイ
オンだけをイオン検出装置14に導くものであ
る。第一の陰極の貫通孔6を通過し、イオン速度
選択装置13の入射孔に達したイオンは、一定の
エネルギを持つから、その速度によつて質量が求
まる。すなわち、イオン速度選択装置13の導体
板間電圧を変化させて、イオン検出装置14の検
出するイオン電流との対応を得ることにより、試
料10の表面分析ができる。クロストフイールド
放電の電子群は、試料10からスパツタされた中
性原子を効率よくイオン化するから、イオン検出
装置14の検出するイオン電流は従来の表面分析
装置のイオン電流より非常に大きくなり、特殊な
高感度の計測装置を使用する必要はない。
〔発明の他の実施例〕
作動気体はどこから導入してもよく、例えば端
子12から導入してよい。磁場発生装置は、実施
例で示した空心コイルでなくてもよい。イオンの
質量分析は、実施例で示した速度選択方式でなく
てもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す表面分析装置
の主要部縦断面図、第2図は本発明の主要部動作
説明図である。 1……真空容器、2……真空装置のポート、3
……陽極、4……陽極の中空部、5……第一の陰
極、6……第一の陰極の貫通孔、7……第二の陰
極、8……第二の陰極の貫通孔、9……第三の陰
極、10……試料、16……コイル、17,1
8,19……電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 磁場の印加される真空容器内に収容されてな
    り、貫通した中空部を有しかつこの中空部の軸心
    を前記磁場に平行に配置した陽極と、この陽極の
    開口部の一端に離間かつ近接してこの開口部を覆
    うように配設されかつこの陽極の軸心方向に貫通
    孔を有する第一の陰極と、この第一の陰極と対向
    し前記陽極の他の開口端に離間かつ近接してこの
    開口部を覆うように配設されかつ前記第一の陰極
    に設けられた貫通孔と同軸の貫通孔を有する第二
    の陰極と、この第二の陰極の貫通孔に離間して挿
    入されかつ分析すべき試料を前記陽極の方向に向
    けて保持してなる第三の陰極と、前記第一の陰極
    の貫通孔に離間かつ近接して設けたイオンの質量
    を分析するイオン質量分析部と、前記陽極に最も
    高い電位を与える手段と、前記第二の陰極に第一
    及び第三の陰極のそれぞれの電位より高い電位を
    与える手段とを具備したことを特徴とする表面分
    析装置。
JP57227437A 1982-12-28 1982-12-28 表面分析装置 Granted JPS59121746A (ja)

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JP57227437A JPS59121746A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 表面分析装置

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JPS59121746A JPS59121746A (ja) 1984-07-13
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JPH03266346A (ja) * 1990-03-14 1991-11-27 Toshiba Corp イオン生成装置

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