JPH046741A - mass spectrometer ion detector - Google Patents

mass spectrometer ion detector

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JPH046741A
JPH046741A JP2107624A JP10762490A JPH046741A JP H046741 A JPH046741 A JP H046741A JP 2107624 A JP2107624 A JP 2107624A JP 10762490 A JP10762490 A JP 10762490A JP H046741 A JPH046741 A JP H046741A
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JP
Japan
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mass spectrometer
pulses
ion
counter
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP2107624A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadatetsu Hattori
服部 忠鐵
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH046741A publication Critical patent/JPH046741A/en
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Abstract

PURPOSE:To concurrently perform measurement with both measuring systems while the continuity of the measured values of both measuring systems are held by separating pulses outputted from a preamplifier, and concurrently reading one side with an ion counting system and the other with a DC measuring system. CONSTITUTION:A primary ion beam 4 is focused and radiated to a sample 7, and emitted secondary ions are guided into a mass spectrometer. The desired ions separated by the mass spectrometer are fed to a secondary electron multiplier tube 17, and pulses are generated by a wide-band preamplifier 18. The generated pulses are separated with noises by a discriminator 19 on one side, and the number of pulses is counted by a counter 20. The branched pulses on the other are smoothed by a low-frequency filter 22 and digitally converted by an A/D converter 23. A data processor 21 reads both the counter value and the output value of the A/D converter 23. Both detecting systems can be concurrently operated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、質量分析計等のイオン検出器の構成並びに、
イオン検出測定範囲に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to the configuration of an ion detector such as a mass spectrometer, and
Regarding ion detection measurement range.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の質量分析計の検出器については、質量分析計がど
の装置と組合せられるかによっても異なる。それは検出
するイオンの極性・エネルギー・質量数、イオン量、イ
オン量変化の速さなどによる。その目的に応じて種々の
発明がなされている。
The detectors of conventional mass spectrometers also vary depending on which device the mass spectrometer is combined with. This depends on the polarity, energy, mass number, amount of ions, speed of change in ion amount, etc. of the ions to be detected. Various inventions have been made depending on the purpose.

一般の質量分析計では、二次電子増倍管と直流増幅器を
組合せて104〜1010cρS相当のイオン社を検出
している。これが直流計測方式である。又。
A general mass spectrometer uses a combination of a secondary electron multiplier tube and a DC amplifier to detect ion beams equivalent to 104 to 1010 cρS. This is the DC measurement method. or.

イオンマイクロアナライザのごとく質量分析計の出力が
微弱なものに対しては、イオンを計数する方式があり、
10−1〜107cps相当のイオン量を検出する。又
、反対にイオン量が極めて多い範囲ではファラデーカッ
プと直流増幅器で検出し、その測定範囲は101O〜1
0 【5cps相当である。この三つの代表的な検出方
式は、レスポンスなどの測定ファクターに制限を付加す
ることによっていく分範囲を広げることは可能である。
For mass spectrometers with weak output such as ion microanalyzers, there is a method of counting ions.
The amount of ions equivalent to 10-1 to 107 cps is detected. On the other hand, in the range where the amount of ions is extremely large, it is detected using a Faraday cup and a DC amplifier, and the measurement range is 101 to 1
This is equivalent to 0.5 cps. The range of these three typical detection methods can be expanded somewhat by adding restrictions to measurement factors such as response.

しかし、上記イオン検出方式を複数実装しても切替えに
よって使用される。従ってイオン検出方式を切替えると
測定値の連続性はなくなる。このことは1例えばイオン
マイクロアナライザのごとく、半導体試料の深さ方向の
分析を連続的に行う時は測定範囲が8〜10桁必要とな
るので極めて不都合である。
However, even if a plurality of the above ion detection methods are implemented, they are used by switching. Therefore, when the ion detection method is switched, the continuity of measured values is lost. This is extremely inconvenient when, for example, an ion microanalyzer is used to continuously analyze a semiconductor sample in the depth direction, since a measurement range of 8 to 10 orders of magnitude is required.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、複数のイオン検出方式を同時に動作さ
せることについて配慮がされておらず、イオン検出方式
を切替えると、その測定値の連続性がなくなるという問
題があった。
The above-mentioned conventional technology does not take into consideration the simultaneous operation of a plurality of ion detection methods, and there is a problem that when the ion detection method is switched, the continuity of the measured values is lost.

本発明の目的は、二つのイオン検出方式すなわちイオン
計数方式と直流計測方式を同時に動作することのできる
質量分析計のイオン検出器を提供することを目的とする
An object of the present invention is to provide an ion detector for a mass spectrometer that can simultaneously operate two ion detection methods, namely, an ion counting method and a DC measurement method.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、質量分析計で分離したイオ
ンを、先ず二次電子増倍管で増幅し、広帯域の前置増幅
器で更に増幅すると、イオン1つごとにパルス幅が約1
0ナノ秒のパルスが得られる。この前置増幅器から出力
されるパルスをディスクリメータでノイズと分離してカ
ウンタで計数する。一方、前置増幅器の出力を分枝して
、低周波帯域フィルタに通して、アナログ・ディジタル
変換する。
To achieve the above objective, ions separated by a mass spectrometer are first amplified by a secondary electron multiplier, and then further amplified by a broadband preamplifier.
A pulse of 0 nanoseconds is obtained. The pulses output from this preamplifier are separated from noise by a discriminator and counted by a counter. On the other hand, the output of the preamplifier is branched and passed through a low frequency band filter for analog-to-digital conversion.

カウンタの計数値とアナログ・ディジタル変換器の出力
をデータ処理装置が読みとれば、二つのイオン検出方式
を同時に動作させることになる。
If the data processing device reads the count value of the counter and the output of the analog-to-digital converter, the two ion detection methods will be operated simultaneously.

〔作用〕[Effect]

2次電子増倍管は、イオンが1つ初段ダイノードに入射
すると、複数の二次電子を放出する。その放出された二
次電子は段間の加速電圧によって加速されて次段ダイノ
ードをたたき、更に多くの二次電子を放出する。この動
作を多数回くり返すことにより1つのイオンに対して1
05〜106ケの電子群に増幅することができる。電子
群のバラツキは約10ナノ秒である。この電子群を広帯
域増幅器に入力すると、パルス幅が約10ナノ秒のパル
スとなる。このパルスをディスクリでノイズを切り捨て
ることは周知のイオン計数方式である。
The secondary electron multiplier tube emits a plurality of secondary electrons when one ion is incident on the first-stage dynode. The emitted secondary electrons are accelerated by the acceleration voltage between the stages and strike the next stage dynode, thereby emitting more secondary electrons. By repeating this operation many times, one
It can be amplified to 05 to 106 electron groups. The dispersion of the electron group is about 10 nanoseconds. When this group of electrons is input to a broadband amplifier, it becomes a pulse with a pulse width of about 10 nanoseconds. It is a well-known ion counting method to eliminate noise from this pulse by discretizing it.

そしてイオンが1秒間に107〜108ケの割合で二次
電子増倍管に入射すると広帯域増幅器の出力のパルスが
前後型なってイオン数に比例するパルス数とならなくな
る。これがイオン計数方式の測定限界である。従ってこ
の測定限界以上のイオン量が入力された時は、前記広帯
域増幅器の出力パルス群をフィルタで平滑して低周波信
号とし、アナログ・ディジタル変換する。
When ions enter the secondary electron multiplier tube at a rate of 107 to 108 per second, the output pulses of the broadband amplifier become back-and-forth type, and the number of pulses is no longer proportional to the number of ions. This is the measurement limit of the ion counting method. Therefore, when an amount of ions exceeding this measurement limit is input, the output pulse group of the broadband amplifier is smoothed by a filter to form a low frequency signal, which is converted into an analog-to-digital signal.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図のブロックにより説明
する。本実施例はイオンマイクロアナライザについてで
ある。イオン源1でつくられるイオンは加速され、−次
イオンビーム4となり、静電レンズ2および6によって
試料7の分析位置に収束・照射される。この−次イオン
ビーム4によって試料表面から放出される二次イオンを
二次イオン加速電源8で加速し、電場11と磁場14で
構成される質量分析計に導入される。この質量分析計に
よって分離された所望のイオンは二次電子増倍管7に入
り、各イオンごとに多数の二次電子群を発生、広帯域前
置増幅器18にてパルスを発生する。このパルス信号を
ディスクリメータ19はノイズを切り離して、カウンタ
20でパルスの数を計数する。又前記広帯域前置増幅器
18の呂カパルス信号を分枝し低周波帯域フィルタ22
で信号を平滑し、アナログ・ディジタル変換器23でデ
ィジタル値に変換する。データ処理袋!21はカウンタ
の値とアナログ・ディジタル変換器の出力値の双方を読
みとる。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be explained using the blocks shown in FIG. This example concerns an ion microanalyzer. Ions produced by the ion source 1 are accelerated and become a -order ion beam 4, which is focused and irradiated onto the analysis position of the sample 7 by the electrostatic lenses 2 and 6. Secondary ions emitted from the sample surface by this secondary ion beam 4 are accelerated by a secondary ion acceleration power source 8 and introduced into a mass spectrometer constituted by an electric field 11 and a magnetic field 14. The desired ions separated by the mass spectrometer enter the secondary electron multiplier tube 7, generate a large number of secondary electron groups for each ion, and generate pulses in the broadband preamplifier 18. A discriminator 19 separates noise from this pulse signal, and a counter 20 counts the number of pulses. Further, the pulse signal of the wideband preamplifier 18 is branched and passed through a low frequency band filter 22.
The signal is smoothed by the analog/digital converter 23, and converted into a digital value by the analog/digital converter 23. Data processing bag! 21 reads both the counter value and the output value of the analog/digital converter.

第2図は広帯域前置増幅器の出力波形であり。FIG. 2 shows the output waveform of the broadband preamplifier.

(、)は二次電子増倍管17に入射するイオンの数が比
較的少ない時の波形で、イオン1つに対応したパルス幅
が約10ナノ秒のパルスである。
(,) is a waveform when the number of ions incident on the secondary electron multiplier 17 is relatively small, and the pulse width corresponding to one ion is about 10 nanoseconds.

(b)は二次電子増倍管17に入射するイオンの数が非
常に多い時の波形で、二つのパルスが重なった例である
。(a)の波形に対してはディスクリメータ19は正し
く1つのパルスをカウンタ20に出力するが、(b)の
波形に対してもディスクリメータ19は1つのパルスを
カウンタへ出力し、イオンの数を数え落す。この(b)
の状態がディスクリメータ19とカウンタ20の計測限
界である。
(b) is a waveform when a very large number of ions are incident on the secondary electron multiplier 17, and is an example in which two pulses overlap. For the waveform (a), the discriminator 19 correctly outputs one pulse to the counter 20, but for the waveform (b), the discriminator 19 also outputs one pulse to the counter, and the number of ions is count down. This (b)
This state is the measurement limit of the discriminator 19 and counter 20.

第2図(b)のごとく入射するイオン量が多い場合は、
低周波帯域フィルタ22を介すると、二次電子増倍管の
出力は片極性なので、平滑することによって直流成分を
得る。従って、この直流成分は二次電子増倍管17と広
帯域前置増幅器18が飽和しないかぎり、入射するイオ
ンの数に比例した値になる。従って、イオン計数方式と
直流計測方式の双方のイオン検出が同時に可能となる。
When the amount of incident ions is large as shown in Figure 2(b),
Since the output of the secondary electron multiplier is unipolar when passed through the low frequency band filter 22, a DC component is obtained by smoothing it. Therefore, this DC component has a value proportional to the number of incident ions unless the secondary electron multiplier 17 and broadband preamplifier 18 are saturated. Therefore, ion detection using both the ion counting method and the DC measurement method is possible at the same time.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、質量分析計等のイオン検出がイオン計
数方式と直流計測方式と双方が同時に動作できるので、
二つの検出方式の測定範囲の一部重なりが可能となり、
その結果、イオン検出のダイナミックレンチが連続的に
広がり、本発明の効果は極めて大きい。
According to the present invention, since ion detection using a mass spectrometer or the like can operate using both the ion counting method and the DC measurement method at the same time,
It is possible for the measurement ranges of the two detection methods to partially overlap,
As a result, the dynamic wrench for ion detection expands continuously, and the effects of the present invention are extremely significant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は広帯
域増幅器の出力波形図を示す。 1・・・イオン源、2,6.9・・・静電レンズ、3゜
10.12.15・・・スリット、4・・−次イオンビ
ーム、5,16・・・偏向電極、7・・試料、8・・・
二次イオン加速電源、11・・・電場、13・・二次イ
オンビーム、14・・・磁場、17・二次電子増倍管、
18・・・前置増幅器、19・・・ディスクリメータ、
20・・・カウンタ、21・・・データ処理装置、22
・低周波帯域フィルタ、23・アナログ・ディジタル変
換器。
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an output waveform diagram of a wideband amplifier. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Ion source, 2,6.9...Electrostatic lens, 3°10.12.15...Slit, 4...-order ion beam, 5,16...Deflection electrode, 7.・Sample, 8...
Secondary ion acceleration power supply, 11... Electric field, 13... Secondary ion beam, 14... Magnetic field, 17. Secondary electron multiplier,
18... Preamplifier, 19... Discriminator,
20... Counter, 21... Data processing device, 22
-Low frequency band filter, 23.Analog-to-digital converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、2次電子増倍管と、広帯域前置増幅器と、イオン計
数用のデイスクリメータおよびカウンタと、直流計測用
の低周波帯域フィルタおよびアナログ・ディジタル変換
器とによつて構成され、前記広帯域前置増幅器の出力信
号が前記デイスクリメータと前記低周波帯域フィルタの
双方に同時に出力されることを特徴とする質量分析計の
イオン検出器。 2、前記カウンタの出力値と、前記アナログ・ディジタ
ル変換器の出力値とを、データ処理装置が同時に読みと
り、カウンタの出力範囲とアナログ・ディジタル変換器
の出力範囲を一部重ねることを特徴とする請求項1記載
の質量分析計のイオン検出器。 3、イオン計数範囲が10^−^1〜10^7cpsで
、直流計測範囲が10^6〜10^1^0cps入力換
算相当であり、10^6〜10^7cpsの測定範囲を
重ねることを特徴とする請求項2記載の質量分析計のイ
オン検出器。
[Claims] 1. By a secondary electron multiplier, a broadband preamplifier, a discriminator and counter for ion counting, a low frequency band filter and an analog-to-digital converter for direct current measurement. An ion detector for a mass spectrometer, wherein the output signal of the broadband preamplifier is simultaneously output to both the discriminator and the low frequency band filter. 2. A data processing device reads the output value of the counter and the output value of the analog-to-digital converter at the same time, and the output range of the counter and the output range of the analog-to-digital converter partially overlap. An ion detector for a mass spectrometer according to claim 1. 3. The ion counting range is 10^-^1 to 10^7 cps, and the DC measurement range is equivalent to input conversion of 10^6 to 10^1^0 cps, and the measurement range of 10^6 to 10^7 cps can be overlapped. An ion detector for a mass spectrometer according to claim 2.
JP2107624A 1990-04-25 1990-04-25 mass spectrometer ion detector Pending JPH046741A (en)

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JP (1) JPH046741A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5446275A (en) * 1992-05-20 1995-08-29 Hamamatsu Photonics K.K. Electron multiplying device having multiple dynode stages encased by a housing
JP2016146286A (en) * 2015-02-09 2016-08-12 株式会社島津製作所 Photon or charged particle counter

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US5446275A (en) * 1992-05-20 1995-08-29 Hamamatsu Photonics K.K. Electron multiplying device having multiple dynode stages encased by a housing
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