JPH04233151A - イオン検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電子放出能を有する
半導体材料で形成されてなる筒状の構造を有する連続ダ
イノード式電子増倍管（ＣＤＥＭ）と呼ばれる二次電子
増倍管を用いて負のイオンを検出するイオン検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、分析分野において、高質量数のイ
オンおよび負イオンの高感度検出が要求されている。

【０００３】高質量数イオンの検出効率は、二次電子増
倍管に衝突するイオンの衝突の速度が速くなるほど高く
なる。イオンを高速にするには、加速電極を設け、それ
に印加する加速電圧を高くすればよい。最も簡単には二
次電子増倍管の入射部に印加する負の電圧を高くすれば
よい。しかし、この場合電圧を高くすればするほど同時
に増倍管を高利得で動作させることになり、二次電子増
倍管の寿命を短くすることになるので限界がある。また
、負イオンを検出する際に、出力信号をアナログ的に取
り出すにはコレクターをアース電位にする必要があり必
然的に二次電子増倍管のイオンの入射部に負の高電圧を
印加する必要があり、そこに負イオンを衝突させるのは
原理的に不可能である。

【０００４】そこで、従来より、負イオンを正イオンに
変換し、この変換された正イオンを検出することにより
上記負イオンを検出するようにした、図５に示すような
構成を有するイオン検出装置が提案されている　（たと
えば、特公昭５８−７２２９号公報参照）。

【０００５】上記イオン検出装置１は、負イオン２が入
射して衝突すると正イオンを発生する変換アノード３を
備える。すなわち、上記イオン検出装置１は、それに設
けられたグリッド状の穴付きスクリーン４が、図６に示
すように、イオン化領域５で発生して質量分析器６にて
分析された負イオン２を質量分析器６から受け取る。そ
してイオン検出装置１は、この負イオン２を上記変換ア
ノード３に衝突させて正イオン７に変換し、変換した正
イオン７を二次電子増倍管８に入射させて発生する二次
電子を増倍し、増倍された二次電子を出力信号として取
り出す。上記変換アノード３には、質量分析器６からの
負イオン２を吸引するために、＋３ＫＶの電圧が印加さ
れる。また、二次電子増倍管８のカソードには、上記変
換アノード３にて変換された正イオンを吸引するために
、−１ＫＶないし−３ＫＶの電圧が印加される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
イオン検出装置１では、変換アノード３は、一般に、負
イオン２を正イオン７に変換する際の変換効率が低い。 このため、二次電子増倍管８は、通常の動作電圧　（２
ＫＶ以下）では充分な出力信号を得ることができない。 それを補償するために、二次電子増倍管８の動作電圧を
高くして利得を大きくし、実用レベルの出力信号を得て
いる。その結果、動作電圧が約２．８ＫＶにもなる。そ
して、二次電子増倍管８が劣化してその利得が小さくな
ると、印加電圧をさらに上げて、それを補償する。

【０００７】しかし、動作電圧が上記のように２．８Ｋ
Ｖと、はじめから高い場合、イオン検出装置１に使用さ
れる汎用高圧電源の上限が３．０ＫＶであること、およ
び二次電子増倍管８の動作電圧が一般に３ＫＶ以下であ
ることから、汎用高電圧電源および二次電子増倍管８の
双方に利得の劣化を補償するだけの余裕がなくなり、相
対的に二次電子増倍管８の寿命が短くなるという問題が
あった。

【０００８】また、上記従来のイオン検出装置１では、
変換アノード３で発生される正イオン７は、ほとんどが
二次電圧増倍管８のカソードに吸引されるが、変換アノ
ード３に衝突の直後に等方的に分散するので、一部はほ
かの金属に吸収されてしまい、変換アノード３での発生
イオンを完全に収束することができなかった。これも上
記従来のイオン検出装置１では、高い感度が得られない
原因となっていた。

【０００９】本発明の目的は、イオンを高感度で検出す
ることができ、かつ、二次電子増倍管を低い電圧で動作
させて二次電子増倍管の長寿命化をはかったイオン検出
装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、イ
オン源から入射する負イオンを検出するイオン検出装置
であって、上記負イオンが入射して衝突し、それに比例
する量の正イオンを発生する第１変換ダイノードと、こ
の第１変換ダイノードから発生した上記正イオンが入射
して衝突し、それに比例する量の電子を発生する第２変
換ダイノードと、この第２変換ダイノードから発生する
電子が入射し、出力端から増倍された二次電子が出力す
る二次電子増倍管とを備えたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】第１変換ダイノードに印加されている正の高電
圧に吸引されて、第１変換ダイノードに入射した負イオ
ンは正イオンに変換される。変換された正イオンは、第
２変換ダイノードに印加されている負の高電圧に吸引さ
れ、第２変換ダイノードに入射して電子に変換される。 変換された電子は、二次電子増倍管に印加されている電
圧に吸引され、二次電圧増倍管に入射してその内壁に衝
突して二次電子を発生し、この二次電子が再び二次電子
増倍管の内壁に衝突して二次電子を発生する動作を繰り
返す過程で、いわゆるねずみ算式に増倍される。上記第
２変換ダイノードのカソードに印加される電圧と二次電
圧増倍管に印加される電圧とは、それぞれ別個に印加、
制御される。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、二次電子増倍管のカソ
ードに印加する電圧は、第２変換ダイノードに印加され
る負の高電圧よりも低く、しかも第２変換ダイノードに
印加される電圧と二次電圧増倍管に印加される電圧とは
、それぞれ別個に印加、制御することができるので、第
２変換ダイノードに印加される電圧に応じて正イオンか
ら電子への変換効率を高めることが出来、効率の向上に
応じて二次電子増倍管に印加される電圧を低くすること
ができ、二次電子増倍管の寿命を大幅にのばすことがで
きる。

【００１３】また、本発明によれば、第１変換ダイノー
ドにて発生されたイオンが集束して第２変換ダイノード
に入射し、第２変換ダイノードで発生した電子も集束し
て二次電子増倍管に入射するので、イオンのロスがなく
、高い感度を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下に、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。

【００１５】本発明に係るイオン検出装置の一実施例の
構成を図１に示す。

【００１６】図１に示すイオン検出装置１１は、図示し
ないイオン源からの負イオン１２が通過する穴１３ａを
有する穴付きスクリーン１３の背後に、この穴付きスク
リーン１３と二次電子増倍管１４との間に配置された、
いずれもＣｕ−Ｂｅ，Ａｇ−Ｍｇ，Ａｕ−Ａｌ，Ａｕ−
Ｓｉなどの金属、ＺｎＯ−ＴｉＯ２系、ＢａＴｉＯ系な
どの半導体セラミクスあるいはこれらの薄膜などからな
る。第１変換ダイノード１５と第２変換ダイノード１６
とを備える。 上記第１変換ダイノード１５および第２変換ダイノード
１６は、いずれも図２および図３に示すように、直方体
の箱形の形状を有する。上記第１変換ダイノード１５お
よび第２変換ダイノード１６はいずれも、その４つの側
面の一つに、イオン入射用窓１７を有し、このイオン入
射用窓１７の開口を覆ってメッシュ１８が取り付けられ
ている。また、上記第１変換ダイノード１５および第２
変換ダイノード１６はいずれも、その一方の端面がそれ
ぞれ正イオン２１および電子２２の出射開口となってい
る。上記第１変換ダイノード１５および第２変換ダイノ
ード１６のイオン入射面にイオンが衝突すると、電荷の
異なる荷電粒子を発生する。たとえば負イオン１２は正
イオン２１を、また、正イオン２１は電子２２を発生す
る。

【００１７】図１に示すように、上記第１変換ダイノー
ド１５は、そのイオン入射用窓１７を穴付きスクリーン
１３の穴１３ａに対向させて、この穴付きスクリーン１
３の背後に配置される。一方、上記第２変換ダイノード
１６は、そのイオン入射用窓１７を第１変換ダイノード
１５の上記イオンの出射開口１９に対向させて、穴付き
スクリーン１３の背後に配置される。そして、二次電子
増倍管１４のラッパ状の入射端１４ａを、上記第２変換
ダイノード１６の電子の出射開口１９に対向させて、上
記二次電子増倍管１４が配置される。

【００１８】上記第１変換ダイノード１５には、たとえ
ば＋３ＫＶの正の高電圧が印加される。また、上記第２
変換ダイノード１６には、正イオン２１が効率よく電子
に変換される、たとえば−３ＫＶの負の高電圧が印加さ
れる。そして、上記二次電子増倍管１４には、たとえば
−２ＫＶの電圧が印加される。

【００１９】上記穴付きスクリーン１３の穴１３ａから
、第１変換ダイノード１５のイオン入射用窓１７を通し
て、上記第１変換ダイノード１５の内壁に負イオン１２
が衝突すると、正イオン２１が発生する。発生した正イ
オン２１は、第２変換ダイノード１６の電位に吸引され
るとともに、第１変換ダイノード１５に印加されている
電圧に反発、収束して、指向性を有してその出射開口１
９から、第２変換ダイノード１６のイオン入射用窓１７
に向かって出射する。

【００２０】上記第２変換ダイノード１６のイオン入射
用窓１７から第２変換ダイノード１６に入射した正イオ
ン２１は、第２変換ダイノード１６の内壁に衝突して、
電子２２を発生する。

【００２１】上記で発生し電子２２は、第２変換ダイノ
ード１６よりも電位が低い二次電子増倍管１４の入射端
１４ａの電位に吸引されるとともに、第２変換ダイノー
ド１６に印加されている電圧に反発、収束して、指向性
を有してその出射開口１９から、二次電子増倍管１４の
入射端１４ａに入射する。そして、この二次電子増倍管
１４により増倍され、出力端１４ｂから増倍出力を得、
出力端１４ｂから放出された電子はコレクターに受けら
れる。

【００２２】上記のように、第２変換ダイノード１６に
より変換された電子２２は、二次電子増倍管１４に入射
して検出されるが、上記電子２２が二次電子増倍管１４
に入射するようにするには、電子２２を二次電子増倍管
１４の入射端１４ａに向かって加速する必要がある。こ
のようにするためには、二次電子増倍管１４の動作電圧
は、上記したように負の高電圧（たとえば−３ＫＶ）が
印加されている第２変換ダイノード１６の上記負の高電
圧よりも低く（たとえば−２ＫＶ）する必要があり、必
然的に、二次電子増倍管１４の動作電圧を下げることが
できる。

【００２３】また、上記第１変換ダイノード１５および
第２変換ダイノード１６で発生される正イオン２１およ
び電子２２は、途中で失われることなく、収束してしか
も指向性を有して第２変換ダイノード１６および二次電
子増倍管１４に入射する。これにより、イオン検出装置
１１の感度が大幅に向上することがわかる。

【００２４】上記実施例では、第１変換ダイノード１５
および第２変換ダイノード１６として、箱形のものを用
いたが、図４に示すように、正イオン２１の発生面およ
び電子２２の発生面が放物面状を有しているものであっ
てもよい。このものでは、電子２２が第２変換ダイノー
ド２４から第１変換ダイノード２３に戻らないようにす
るために、第２変換ダイノード２４と第１変換ダイノー
ド２３との間の電位勾配よりも、第２変換ダイノード２
４と二次電子増倍管１４の入射端１４ａとの間の電位勾
配を大きくする必要がある。そのためには、二次電子増
倍管１４を第２変換ダイノード２４にできるだけ近付け
て配置すればよい。さらに、穴付きスクリーン１３と第
１変換ダイノード２３と同電位にすることにより、箱形
のダイノードと同様の効果を得ることができる。なお、
図４において、図１に対応する部分には対応する符号を
付して示し、重複する説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン検出装置の一実施例の構成
を示す説明図である。

【図２】図１のイオン検出装置の第１変換ダイノードお
よび第２変換ダイノードの構成を示す斜視図である。

【図３】図１のイオン検出装置の第１変換ダイノードお
よび第２変換ダイノードの縦断面図である。

【図４】本発明に係るイオン検出装置のいま一つの実施
例の構成を示す斜視図である。

【図５】従来のイオン検出装置の説明図である。

【図６】質量分析装置の説明図である。

【符号の説明】

１１　　イオン検出装置 １２　　負イオン １３　　穴付きスクリーン １３ａ　　穴 １４　　二次電子増倍管 １４ａ　　入射端 １５　　第１変換ダイノード １６　　第２変換ダイノード １７　　イオン入射用窓 １９　　出射開口 ２１　　正イオン ２２　　電子 ２３　　第１変換ダイノード ２４　　第２変換ダイノード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン源から入射する負イオンを検出
   するイオン検出装置であって、上記負イオンが入射して
   衝突し、それに比例する量の正イオンを発生する第１変
   換ダイノードと、この第１変換ダイノードから発生した
   上記正イオンが入射して衝突し、それに比例する量の電
   子を発生する第２変換ダイノードと、この第２変換ダイ
   ノードから発生する電子が入射し、出力端から増倍され
   た二次電子が出力する二次電子増倍管とを備えたことを
   特徴とするイオン検出装置。