JPS6331920B2 - - Google Patents
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- JPS6331920B2 JPS6331920B2 JP16740382A JP16740382A JPS6331920B2 JP S6331920 B2 JPS6331920 B2 JP S6331920B2 JP 16740382 A JP16740382 A JP 16740382A JP 16740382 A JP16740382 A JP 16740382A JP S6331920 B2 JPS6331920 B2 JP S6331920B2
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- neutral
- ions
- electrode
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高速の中性原子ビームを発生させる装
置に関する。この種の装置は、中性原子ビームを
試料に当て、試料から放出される2次イオンにつ
いて質量分析等を行うとか、試料面を削除する等
の場合に原子ビーム源として用いられるものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for generating a high-velocity neutral atomic beam. This type of apparatus is used as an atomic beam source when applying a neutral atomic beam to a sample and performing mass spectrometry on secondary ions emitted from the sample, or when removing a sample surface.
中性原子はそれ自身直接加速することができな
いが、同種原子のイオンを別に発生させて、この
イオンを加速し、この加速されたイオンと同種原
子との間の共鳴電荷交換反応を利用して高速の中
性原子を得ることができる。共鳴電荷交換反応は
イオンとそのイオンと同種の中性原子との間で電
荷のみの交換が行われ、イオンがその有していた
運動量及び運動のエネルギーを殆んど失わないで
中性原子に変換される反応である。数KVの電圧
で加速されたイオンビームを同種原子のガス中を
通過させると上述した電荷交換反応が起つて、イ
オンビームを延長した形で数KeVのエネルギー
をもつた中性原子ビームが形成されるが、イオン
ビームの中性原子ビームへの変換効率を高めるた
めに、中性原子ビームを発生させる空間の中性原
子密度を増加させると、即ちガス圧を上げると発
生した中性原子ビーム中の原子と中性原子ガス中
の原子との衝突の機会が増加して中性原子ビーム
の散乱が大となり、またイオンと中性原子との間
の上述電荷交換反応以外の反応の増加によつてイ
オンビーム自体の減衰も増加するため、或る程度
以上に中性原子ビームを強めることはできない。 Neutral atoms themselves cannot be accelerated directly, but by generating ions of the same atom separately, accelerating this ion, and utilizing the resonance charge exchange reaction between the accelerated ion and the same atom. Fast neutral atoms can be obtained. In a resonance charge exchange reaction, only charges are exchanged between an ion and a neutral atom of the same type, and the ion changes into a neutral atom without losing much of its momentum or kinetic energy. It is a reaction that is converted. When an ion beam accelerated with a voltage of several KV passes through a gas of similar atoms, the charge exchange reaction described above occurs, and a neutral atomic beam with an energy of several KeV is formed as an extension of the ion beam. However, in order to increase the conversion efficiency of the ion beam into a neutral atom beam, increasing the neutral atom density in the space where the neutral atom beam is generated, that is, increasing the gas pressure, The chances of collision between the atoms in the ions and neutral atoms in the gas increase, resulting in greater scattering of the neutral atom beam, and an increase in reactions other than the above-mentioned charge exchange reactions between ions and neutral atoms. Since the attenuation of the ion beam itself also increases, the neutral atomic beam cannot be strengthened beyond a certain level.
本発明は特別の工夫によつてイオンビームの中
性原子ビームへの変換効率を高め低い入力のイオ
ンビームで強い中性原子ビームを得ることのでき
る中性原子ビーム発生装置を提供しようとするも
のである。 The present invention aims to provide a neutral atom beam generator that can improve the efficiency of converting ion beams into neutral atom beams through special measures and can obtain strong neutral atom beams with low input ion beams. It is.
本発明は中性原子ビーム発生空間にイオン反射
電極を設けてこの空間内でイオンを往復運動させ
ることにより、発生した中性原子ビームの原子と
中性原子ガスの原子との衝突の機会を増大させる
ことなしに、イオンと中性原子との衝突の機会を
増大させることによつて、低入力で強い中性原子
ビームを得ることを特徴とするものである。以下
実施例によつて本発明を詳述する。 The present invention provides an ion reflecting electrode in the neutral atomic beam generation space and causes the ions to reciprocate within this space, thereby increasing the chances of collision between the generated neutral atomic beam atoms and the neutral atomic gas atoms. It is characterized by obtaining a strong neutral atomic beam with low input power by increasing the chance of collision between ions and neutral atoms without causing any interference. The present invention will be explained in detail below with reference to Examples.
第1図は本発明の一実施例を示す。1は装置外
筐でアース電位であり不図示の排気ポンプに接続
されて内部は10-5Torr程度の真空になつている。
D4はイオン反射電極で中央に中性原子ビーム出
射アパーチヤA4が開口させてある。I4はこの
イオン反射電極を外筐1内に保持する絶縁体であ
る。イオン反射電極D4から左側が中性原子ビー
ム発生部であり、ガス導入管g1を通してガスが
導入されている。Sはイオン源で絶縁体Isによつ
て外筐内に支持され高電圧が印加されている。イ
オン源S内にもガス導入管g2を通してガスが導
入されていて、イオン源S内の圧力はその外部よ
り高くなつている。イオン源S内には電子ビーム
が形成してあり、導入されたガスの原子と電子と
の衝突によりイオンが発生せしめられている。イ
オン源Sとイオン反射電極D4との間の空間でD
1,D2,D3は静電レンズ系を形成する電極で
あり、D1,D3はアース電位であり、中央のD
2には適当な電圧が印加されており、レンズ系全
体としてイオンを収束させるようになつている。
イオン源Sには高電圧が印加されており、電極D
1がアース電位であるので、イオン源S内で発生
したイオンは電極D1によつて引出され、イオン
源Sと電極D1との間の電位差によつて加速さ
れ、電極D1,D2,D3で囲まれた衝突空間内
に入射せしめられる。衝突空間に入射したイオン
は右方に進行しながら収束せしめられ、中性原子
ビーム出射アパーチヤA4に向う。イオン反射電
極D4にはイオン源Sと同電位或はそれより若干
高い高電圧が印加してあり、レンズ系の電極D3
との間にはイオン減速電界が形成されていて、ア
パーチヤA4に向つて進行して来たイオンはこの
電界により反射される。このため衝突空間に入射
したイオンは同空間内を繰返し往復運動する。こ
のイオンの往復運動の間にイオンと衝突空間内の
ガスの中性原子との衝突において前述した共鳴電
荷交換反応が起り高エネルギーを持つた中性原子
が生ずる。この中性原子は前述したようにもとの
イオンと同じ運動エネルギー及び運動量を有する
ので、結局右方向と左方向に進行する中性原子ビ
ームが形成され、右方へ進空する中性原子ビーム
がアパーチヤA4から右方へ出射することにな
る。 FIG. 1 shows an embodiment of the invention. Reference numeral 1 denotes the outer casing of the device, which is at ground potential and is connected to an exhaust pump (not shown), creating a vacuum of about 10 -5 Torr inside.
D4 is an ion reflecting electrode, and a neutral atom beam exit aperture A4 is opened in the center. I4 is an insulator that holds this ion-reflecting electrode within the outer casing 1. To the left of the ion reflecting electrode D4 is a neutral atom beam generating section, into which gas is introduced through the gas introduction tube g1. S is an ion source supported within the outer casing by an insulator Is, and a high voltage is applied to it. Gas is also introduced into the ion source S through the gas introduction pipe g2, and the pressure inside the ion source S is higher than that outside. An electron beam is formed within the ion source S, and ions are generated by collisions between atoms of the introduced gas and electrons. D in the space between the ion source S and the ion reflecting electrode D4
1, D2, and D3 are electrodes that form an electrostatic lens system, and D1 and D3 are at ground potential.
An appropriate voltage is applied to lens 2, and the lens system as a whole focuses the ions.
A high voltage is applied to the ion source S, and the electrode D
Since 1 is the ground potential, ions generated in the ion source S are extracted by the electrode D1, accelerated by the potential difference between the ion source S and the electrode D1, and are surrounded by the electrodes D1, D2, and D3. is made to enter the collision space. The ions entering the collision space are converged while traveling to the right, and head toward the neutral atomic beam exit aperture A4. A high voltage that is the same potential as the ion source S or slightly higher than that is applied to the ion reflecting electrode D4, and the electrode D3 of the lens system
An ion deceleration electric field is formed between the aperture A4 and the aperture A4, and ions traveling toward the aperture A4 are reflected by this electric field. For this reason, the ions that have entered the collision space repeatedly move back and forth within the same space. During this reciprocating movement of the ions, the resonance charge exchange reaction described above occurs when the ions collide with the neutral atoms of the gas in the collision space, producing high-energy neutral atoms. As mentioned above, this neutral atom has the same kinetic energy and momentum as the original ion, so a neutral atom beam that travels to the right and left is formed, and a neutral atom beam that travels to the right is formed. will be emitted to the right from aperture A4.
今共鳴電荷交換反応の反応断面積をσとし、衝
突空間内のガスの中性原子密度をn、イオンビー
ムの強度をNi、中性原子ビームの強度をNnとす
ると、イオンが一回衝突空間を通過したときの中
性原子ビームの強度Nn1は
Nn1=n・σ・Ni1 …(1)
で表わされる。こゝで添数字は一回目の通過を意
味する。従来はイオン反射電極D4がなくてイオ
ンは衝突空間を一回通過するだけであつたから得
られる中性原子ビームの強さは上記(1)式で与えら
れるものであつた。この場合中性原子ビームの強
度Nn1を大にするにはNi1が一定ならnを増す必
要があるが、nを余り大にすると前述したように
折角発生した高エネルギーの中性原子が衝突によ
つて散乱されまたイオンと中性原子との間の共鳴
電荷交換反応以外の反応によるイオンビームの減
衰が大となつて却つて中性原子ビームの強度が低
下する。本発明では共鳴電荷交換反応以外の反応
が無視できる程度にnを設定している。そこでイ
オンの往復運動でイオンの2回目の衝突空間通過
を考えると、そのとき発生する中性原子ビーム強
度Nn2は
Nn2=nσ(Ni1−Nn1) …(2)
で与えられる。上式右辺()内でNn1を引いてい
るのは、イオンビームの一部が中性原子ビームに
変化した分だけイオンビーム強度が低下すること
を表わしたものである。以下同様にしてイオンの
K回目の衝突空間通過における中性原子ビーム強
度NnKは
NnK=nσ(Ni1−K-1
〓j=1
Nnj) …(3)
となる。図で中性原子ビーム出射アパーチヤA4
から右方へ出射する中性原子ビームの強度Nは上
記Nn1…NnK…のうち奇数番目のものだけを合
計したもので
N=∞
〓j=1
Nn2j−1=Ni1/2
となり有効な中性原子ビームの変換効率は50%と
なる。 Now let σ be the reaction cross section of the resonance charge exchange reaction, n be the neutral atom density of the gas in the collision space, Ni be the intensity of the ion beam, and Nn be the intensity of the neutral atom beam. The intensity Nn1 of the neutral atomic beam when it passes through is expressed as Nn1=n・σ・Ni1 (1). Here, the subscript number means the first pass. Conventionally, the ion reflecting electrode D4 was not provided and the ions passed through the collision space only once, so the intensity of the resulting neutral atom beam was given by the above equation (1). In this case, in order to increase the intensity Nn1 of the neutral atom beam, it is necessary to increase n if Ni1 is constant, but if n is made too large, as mentioned above, the high-energy neutral atoms generated will be affected by collisions. As a result, the ion beam is scattered and the attenuation of the ion beam due to reactions other than the resonance charge exchange reaction between ions and neutral atoms increases, and the intensity of the neutral atom beam decreases. In the present invention, n is set to such an extent that reactions other than resonance charge exchange reactions can be ignored. Therefore, if we consider the ion's second collision through space during its reciprocating motion, the neutral atomic beam intensity Nn2 generated at that time is given by Nn2 = nσ (Ni1 - Nn1) (2). The reason why Nn1 is subtracted in the right-hand side () of the above equation represents that the ion beam intensity decreases by the amount that a portion of the ion beam changes to a neutral atomic beam. Similarly, the neutral atomic beam intensity NnK at the K-th collision space passage of ions is NnK=nσ(Ni1− K−1 〓 j=1 Nnj) (3). In the figure, neutral atomic beam exit aperture A4
The intensity N of the neutral atomic beam emitted to the right from is the sum of only the odd-numbered beams among the above Nn1...NnK... N= ∞ 〓 j=1 Nn2j−1=Ni1/2, which is effective neutrality The conversion efficiency of the atomic beam is 50%.
なお第1図で電極D1のイオン源Sに対向する
アパーチヤには金網M1が張設してあり、また電
極D3の電極D4に対向するアパーチヤにも金網
M2が張設してあるが、これらの金網は夫々イオ
ン源Sと電極D1間及び電極D3,D4間のイオ
ン加速及びイオン反射電界がD1〜D3間の衝突
空間内に侵入するのを遮蔽するために設けたもの
である。またイオン反射電極D4の右側にも金網
M3が張設してあるが、これはイオン反射電極に
高電圧が印加してあるので、この電圧による電界
が図外右方の装置内空間にまで及ぶのを防ぐため
である。 In FIG. 1, a wire mesh M1 is stretched over the aperture of the electrode D1 facing the ion source S, and a wire mesh M2 is stretched over the aperture of the electrode D3 facing the electrode D4. The wire mesh is provided to shield ion acceleration and ion reflection electric fields between the ion source S and the electrode D1 and between the electrodes D3 and D4 from entering the collision space between D1 and D3, respectively. Also, a wire mesh M3 is stretched on the right side of the ion-reflecting electrode D4, but this is because a high voltage is applied to the ion-reflecting electrode, so the electric field due to this voltage extends to the space inside the device on the right side (not shown). This is to prevent
第2図は本発明の他の実施例を示す。この図に
おいても第1図の各部と対応する部分には同じ符
号をつけ一々の説明は省略し、第1図の実施例と
異る点だけを説明する。この実施例ではレンズ系
のレンズD1〜D3によつて囲まれた空間とは別
に衝突室Cを設け、衝突室C内にガスを導入する
ようにしてある。イオン源Sから引出されSと電
極D1との間で加速されたイオンビームは電極D
1〜D3よりなるレンズ系で衝突室C内に収束さ
れ、衝突室Cを通過したイオンは反射電極D4で
反射されてイオン源Sの出射アパーチヤまで戻り
再び右方に加速されて電極D4とイオン源Sとの
間を往復する。この構成では衝突室Cに導入され
るガスの排気損失が少く、微量のガス導入で充分
な中性原子ビームが得られる利点がある。 FIG. 2 shows another embodiment of the invention. In this figure as well, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and a description of each part will be omitted, and only points that are different from the embodiment of FIG. 1 will be described. In this embodiment, a collision chamber C is provided separately from the space surrounded by the lenses D1 to D3 of the lens system, and gas is introduced into the collision chamber C. The ion beam extracted from the ion source S and accelerated between S and the electrode D1 is transferred to the electrode D1.
The ions are focused into the collision chamber C by a lens system consisting of lenses 1 to D3, and the ions that have passed through the collision chamber C are reflected by the reflective electrode D4 and return to the exit aperture of the ion source S, where they are accelerated to the right again and the ions collide with the electrode D4. It goes back and forth between source S. This configuration has the advantage that the exhaust loss of the gas introduced into the collision chamber C is small, and a sufficient neutral atomic beam can be obtained with the introduction of a very small amount of gas.
本発明装置は上述したような構成で、イオンビ
ームは衝突空間内を往復するので略全部が共鳴電
荷交換反応にあづかり高効率で中性原子ビームに
変換される一方、発生した中性原子ビームは衝突
空間を最大で一回通過するだけであるから他の原
子との衝突による散乱は殆んど全く起らず、低パ
ワーのイオン源であつても充分強い中性原子ビー
ムを得ることができる。 The device of the present invention has the above-mentioned configuration, and since the ion beam reciprocates within the collision space, almost all of the ion beam takes part in the resonance charge exchange reaction and is converted into a neutral atomic beam with high efficiency, while the generated neutral atomic beam Because it passes through the collision space only once at most, there is almost no scattering due to collisions with other atoms, making it possible to obtain a sufficiently strong neutral atomic beam even with a low-power ion source. .
第1図及び第2図は夫々異る本発明の実施例の
縦断側面図である。
1……外筐、S……イオン源、D1,D2,D
3……レンズ系を構成する電極、D4……イオン
反射電極、g1,g2……ガス導入管。
1 and 2 are longitudinal sectional side views of different embodiments of the present invention. 1...Outer casing, S...Ion source, D1, D2, D
3... Electrode constituting the lens system, D4... Ion reflecting electrode, g1, g2... Gas introduction tube.
Claims (1)
電極と、この加速されたイオンを反射させる電極
とを設け、両電極間でイオンを往復運動させるよ
うにすると共に、上記両電極間に中性原子ガスを
導入して、両電極間でイオン中性化反応を起させ
るようにした中性原子ビーム発生装置。1 An electrode that accelerates ions generated in the ion source and an electrode that reflects the accelerated ions are provided, and the ions are caused to reciprocate between the two electrodes, and a neutral atomic gas is introduced between the two electrodes. A neutral atom beam generator was introduced to cause an ion neutralization reaction between both electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16740382A JPS5956400A (en) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Neutral atomic beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16740382A JPS5956400A (en) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Neutral atomic beam generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5956400A JPS5956400A (en) | 1984-03-31 |
| JPS6331920B2 true JPS6331920B2 (en) | 1988-06-27 |
Family
ID=15849050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16740382A Granted JPS5956400A (en) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | Neutral atomic beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5956400A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02175989A (en) * | 1988-12-24 | 1990-07-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | rotary drying drum |
| JPH04343787A (en) * | 1991-05-15 | 1992-11-30 | Tlv Co Ltd | Cylinder dryer |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02201200A (en) * | 1989-01-30 | 1990-08-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | High speed atomic beam source device |
-
1982
- 1982-09-24 JP JP16740382A patent/JPS5956400A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02175989A (en) * | 1988-12-24 | 1990-07-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | rotary drying drum |
| JPH04343787A (en) * | 1991-05-15 | 1992-11-30 | Tlv Co Ltd | Cylinder dryer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5956400A (en) | 1984-03-31 |
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