装有贝塞尔盒型能量分析仪的电离规和四极质谱计的研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)ULVAC股份有限公司 作者:N. Takahashi

  贝塞尔盒型能量分析仪由三部分组成: 一个圆筒形电极、一个中心圆盘和两个带中心孔的侧板, 该分析仪结构简单、结实, 十分适用于电离规四极质谱计上。

  对电离规而言, 分析仪被放置于电离器及离子收集器之间。在栅型电离器中所产生的离子被分离并注入到能量分析仪中。分析仪依据其激发的能量把电离器中产生的气相离子和栅网表面上脱附的电子激励解吸的离子分离开。如果应用一个法拉第杯型离子收集器和一个灵敏的直流放大器来进行离子流测量的话, 那么该电离规测量范围在10-10~ 10-3 Pa 之间。当二次电子倍增器采用脉冲计数方法时, 所测量的压力范围在10-11~ 10-6 Pa 之间(A xTRAN , ISX2,ULVAC 公司). 其典型灵敏度对氮气而言为(6. 7±0. 2) ×10-3 Pa-1和对氢而言为(2. 3±0. 04) ×10-3 Pa-1

  对四极质谱计而言, 能量分析仪被置于在电离器和四极滤质器之间。装有该分析仪的质谱计, 给出了没有电子激励解吸离子的简单质谱。该分析仪能使四极质谱计的离子收集器免受从栅网表面发射的X 射线的辐射, 和从电离器中的离子以及被激发的分子在退激励过程中释放的紫外线的辐射。这种屏蔽作用改善了在10-3 Pa 范围内的气体中微量杂质的检测极限, 使之降至亿分之几。

1、导言

  电离规测量压力范围的下限主要取决于三个因素: 软X 射线效应, 电子激励解吸效应和量规中的出气效应。为减少此三个因素的作用, 业已研制出多种类型的电离规。其中, 装有能量分析仪的电离规在从电子激励解吸的离子中把气相离子分离开方面具有许多优点。同时该分析仪的结构也十分有效地使离子检测器免受X 射线的直接辐射, 这些问题的细节已于前面报告中予以阐述过。

  近来, 我们提出了一种新型电离规, 轴对称透射规(AT规)。在该量规上装有由于结构简单而被选用的贝塞尔盒型能量分析仪。如果采用二次电子倍增器以脉冲计数模式来测量离子电流的话, 该电离规十分适于进行极高真空范围内压力的测量,可测的压力低至10-12 Pa。采用法拉第杯型离子收集器直流测量方法代替脉冲计数测量法可使压力测量上限延伸至10-3 Pa。装有灵敏的直流放大器的量规可适用于测量10-10~ 10-3 Pa 范围的压力。

  贝塞尔盒型能量分析仪被成功地应用到总压力测量的压力规之后, 该分析仪试图用于四极质谱计上。在别处也提出过类似种类的能量分析仪用到四极质谱计上 , 但是本文所述的新型四极质谱计显示出更优越的实用特点。常规的四极质谱计所测得的质谱常常包含着电离器栅网表面上解吸的电子激励解吸的离子的许多峰值。电子激励解吸的离子的峰值与同样质荷比(m/z ) 的气相离子的峰值相互重叠, 会与在超高真空至极高真空范围内分压值的测量相干扰, 并也与在工业过程中的活性气体的分压值的测量相互干扰。参照离化过程和碎片化过程对质谱峰值的离子信号强度图形的分析, 将用于这些工艺过程的研究之中。

  在四极质谱计中的贝塞尔盒型能量分析仪也可以降低质谱上的本底噪声, 这对于在残余气体或实际工作气体中的微量杂质的测量是极为重要的。

2、全压真空规: 轴对称透射真空规(AT规)

  图1 为ULVAC 公司生产的A T 规(A xTRAN , ISX2 型) 的示意图, 该规是由一个B-A真空规型电离器、一个贝塞尔盒型能量分析仪和一个法拉第杯型离子收集器构成的。全部安装在直径为70mm 的Conf latR 型法兰上。以脉冲计数方式的二次电子倍增器作为离子检测器的该真空规, 最初是为了测量极高真空(XHV ) 而研制开发的。由本底波动所决定的压力测量下限估计大约在10-11 Pa左右。但是二次电子倍增器测得的离子数值适于10-5 Pa 以上的较高压力测量。为扩大测量上限,研制出装有法拉第杯型离子收集器的真空规以测量更广范围的压力。

  电离器是由一个栅型电子收集器和一个热灯丝型的电子发射器构成。该栅网由镀铂钼丝制成直径为12mm 高为15mm 的圆筒形, 上下用六根细直丝相互连接着两个端环。栅网顶端不覆盖电极, 因为这种有开口的栅网会很容易地使气相离子与电子激励解吸的离子分离开。此结果被计算机离子轨迹模拟所证实。安装在栅网外边的电子发射器是一个涂覆氧化钇的铱丝制成的环形灯丝。

  贝塞尔盒型能量分析仪是由下列部分构成: 一个带有直径为3mm 中心圆盘的圆筒形电极和两个带有53mm中心孔的端板。不锈钢圆筒形电极直径为1 mm , 高度为35mm。用钼片制成的中心圆盘, 用来自圆筒形电极的钨丝, 垂直于圆筒形轴线悬挂着。该中心圆盘能屏蔽从栅网发射的X 射线对离

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