JPH0223974B2 - - Google Patents
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- JPH0223974B2 JPH0223974B2 JP55105327A JP10532780A JPH0223974B2 JP H0223974 B2 JPH0223974 B2 JP H0223974B2 JP 55105327 A JP55105327 A JP 55105327A JP 10532780 A JP10532780 A JP 10532780A JP H0223974 B2 JPH0223974 B2 JP H0223974B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は試料をイオンビームで照射し、試料か
ら出るイオンについてエネルギー分析を行うイオ
ン散乱分光装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion scattering spectrometer that irradiates a sample with an ion beam and performs energy analysis on ions emitted from the sample.
試料をイオンビームで照射した場合、試料から
出るイオンには照射したイオンが試料表面の原子
に当つて散乱されたものと、イオン衝撃によつて
試料表面の原子が試料から飛出したものとがあ
る。これらのイオンは夫々に試料についての情報
を提供するものであるが、こゝでは前者の散乱イ
オン即ち照射イオン自身が試料原子によつて散乱
されたものゝエネルギー分析を行う場合を発明対
象としている。照射イオンの照射方向に対して一
定の角度をなす方向に散乱されるイオン(照射イ
オンと同じイオン)のエネルギーは照射イオンと
試料表面の原子との弾性衝突を考え運動量保存の
法則を適用することにより求められるものである
からこれによつて試料表面の原子の質量が判り、
従つて試料の表面分析が可能となる。 When a sample is irradiated with an ion beam, the ions emitted from the sample include ions that were scattered by the irradiated ions hitting atoms on the sample surface, and ions that caused atoms on the sample surface to fly out from the sample due to ion bombardment. be. Each of these ions provides information about the sample, but in this case, the subject of the invention is the former scattered ion, that is, the irradiated ion itself scattered by the sample atoms. . The energy of ions (same ions as the irradiated ions) scattered in a direction that forms a certain angle to the irradiation direction of the irradiated ions can be determined by considering the elastic collision between the irradiated ions and the atoms on the sample surface and applying the law of conservation of momentum. From this, we can determine the mass of atoms on the sample surface,
Therefore, surface analysis of the sample becomes possible.
イオン散乱分光分析は第1図のような装置構成
で行われる。1はイオン銃、2は照射イオンビー
ム、3は試料で、照射イオンビーム2に対し一定
角度例えば直角をなす方向にエネルギー分析器4
を配置し、エネルギー分析器4を通過したイオン
をイオン検出器5で検出するようになつている。
エネルギー分析器は同心2重球殻電極のようなも
ので、入射スリツトから入射したイオンのうち重
球殻電極間電圧によつて定まる特定エネルギーの
イオンだけが出射スリツトから出射するようにな
つており、2重電極間電圧を変えるか、この電圧
を一定にし試料と2重電極の中間電位との電位差
を変えることでエネルギー値の走査が行われれ
る。この構成でエネルギー走査を行つたときのイ
オン検出器5の出力の記録即ち試料から出るイオ
ンのエネルギースペクトルは一般的に第2図のよ
うな形になる。このスペクトルでエネルギーの小
さな所にある大きなピークは試料からイオン衝
撃によりたゝき出された試料自体を構成している
原子のイオンであり、本発明で問題にしている散
乱イオンのピークは上記大きなピークの上に
乗つたきわめて小さいもので、図では見易くする
ため誇張して画いてあるが、実際にはピークは
大へん小さく見出し難いものである。散乱イオン
ピークの中にはエネルギーが大きくピークから
離れた所に出るピークのようなものもある(試
料は色々のの元素を含んでいるから)。このの
ようなピークは見つけ易くまたスペクトル強度も
容易に測れるが、のようなピークは不要(妨
害)イオンピークの上に乗つているのでその存在
を見出すのが困難な上強度の定量も困難である。 Ion scattering spectrometry is performed with an apparatus configuration as shown in FIG. 1 is an ion gun, 2 is an irradiation ion beam, 3 is a sample, and an energy analyzer 4 is mounted at a certain angle, for example, perpendicular to the irradiation ion beam 2.
is arranged, and the ions that have passed through the energy analyzer 4 are detected by the ion detector 5.
An energy analyzer is like a concentric double spherical shell electrode, and of the ions that enter through the entrance slit, only those ions with a specific energy determined by the voltage between the double spherical shell electrodes exit from the exit slit. The energy value is scanned by changing the voltage between the double electrodes, or by keeping this voltage constant and changing the potential difference between the sample and the midpoint potential of the double electrodes. When energy scanning is performed with this configuration, the record of the output of the ion detector 5, that is, the energy spectrum of ions emitted from the sample, generally takes the form shown in FIG. In this spectrum, the large peak at a low energy location is the ion of the atoms that make up the sample itself, which is ejected from the sample by ion bombardment, and the scattered ion peak that is the problem in this invention is It is an extremely small thing that sits on top of a peak, and is exaggerated in the diagram for ease of viewing, but in reality, the peak is very small and difficult to see. Some of the scattered ion peaks have large energy and appear far away from the peak (because the sample contains various elements). Peaks like this are easy to find and their spectral intensities can be easily measured, but peaks like are superimposed on unnecessary (interfering) ion peaks, making it difficult to detect their presence and also difficult to quantify their intensity. be.
従つて本発明は散乱イオン分光において不要イ
オンを除き純粋に散乱イオンのみのエネルギース
ペクトルを求めることのできる散乱イオン分光装
置を得ることを目的としてなされた。 Therefore, the present invention has been made with the object of providing a scattered ion spectrometer that can remove unnecessary ions and obtain the energy spectrum of purely scattered ions in scattered ion spectroscopy.
不要イオンを除き散乱イオンのみを取出すには
散乱イオンが照射イオンと同じイオンで質量数が
一定した既知のものであることを利用してエネル
ギー分析器とイオン検出器との間に質量分析器を
配置すればよい。このためエネルギー分析器とイ
オン検出器との間に4重極質量分析器を配置する
ことが考えられる。こゝで4重極質量分析器は入
射イオンに対して最適エネルギー範囲があり、こ
れを外れると分離能力が低下する。他方エネルギ
ー分析器から出射するイオンはそれがエネルギー
分析器へ入射するとき有していたエネルギーを保
持しているから、エネルギー分析器のエネルギー
走査に伴い4重極質量分析器に入射するイオンの
エネルギーは大幅に変化する。このため質量分析
器はエネルギー分析器におけるエネルギー走査の
過程で或る限られたエネルギー領域でだけ最適に
機能するに過ぎない。 To remove unnecessary ions and extract only scattered ions, a mass spectrometer is installed between the energy analyzer and the ion detector, taking advantage of the fact that the scattered ions are the same as the irradiated ions and have a known constant mass number. Just place it. For this reason, it is conceivable to arrange a quadrupole mass spectrometer between the energy analyzer and the ion detector. Here, a quadrupole mass spectrometer has an optimal energy range for incident ions, and if the energy range is outside of this range, the separation ability decreases. On the other hand, since the ions emitted from the energy analyzer retain the energy they had when they entered the energy analyzer, the energy of the ions entering the quadrupole mass analyzer increases with the energy scan of the energy analyzer. changes significantly. For this reason, the mass spectrometer only functions optimally in a certain limited energy range during the energy scanning process in the energy analyzer.
本発明は上述した問題に対し、エネルギー走査
の全域にわたつて4重極質量分析器が最高に機能
するようにしエネルギー走査の全域にわたつて散
乱イオンと不要イオンとの分離を完全ならしめ散
乱イオンスペクトルの検出感度を高め定量性を向
上させようとするものである。 The present invention solves the above-mentioned problems by allowing a quadrupole mass spectrometer to function optimally over the entire energy scan range, and by completely separating scattered ions and unnecessary ions over the entire energy scan range. The aim is to increase the detection sensitivity of spectra and improve quantitative performance.
本発明は4重極質量分析器が或る対地電位を有
するようにしてエネルギー分析器と質量分析器と
の間でイオンに減速電界を作用させるようにし、
かつこの減速電界強度をエネルギー分析器のエネ
ルギー走査と連動して変化させるようにして質量
分析器に入射するイオンのエネルギーがエネルギ
ー走査に関係なく質量分析上最適な一定値になる
ようにしたイオン散乱分光装置を提供するもので
ある。以下実施例によつて本発明を説明する。 The present invention allows the quadrupole mass spectrometer to have a certain ground potential so that a deceleration electric field acts on ions between the energy analyzer and the mass spectrometer,
Ion scattering in which the intensity of this deceleration electric field is changed in conjunction with the energy scan of the energy analyzer so that the energy of ions incident on the mass spectrometer remains at a constant value that is optimal for mass spectrometry regardless of the energy scan. The present invention provides a spectroscopic device. The present invention will be explained below with reference to Examples.
第3図は本発明の一実施例装置を示す。1はイ
オン銃、2は照射イオンビーム、3は試料、4は
エネルギー分析器である。こゝまでの構成は第1
図に示した通常のイオン散乱分光装置と同じであ
る。5はイオン検出用の電子増倍管であり、6が
エネルギー分析器4とイオン検出器5との間に配
置された4重極質量分析器である。7は4重極質
量分析器6の各電極間に散乱イオン即ち照射イオ
ンと同質量のイオンのみを通すような高周波電圧
及び直流電圧を印加するための電源である。4重
極質量分析器の中心軸上の電位は外部電位に対し
質量分析器全体としてのバイアスを与えなければ
外部電位と等しい。8は質量分析器6全体に直流
バイアス電位を与えて同分析器6の中心線上電位
がエネルギー分析器4に対して一定の電位を有す
るようにするための直流電源であり、その負極側
はエネルギー分析器4のエネルギー走査用可変直
流電源9の正端子に接続されてエネルギー分析器
4と同電位になつている。従つてエネルギー分析
器4と質量分析器6との間には直流電源8によつ
て与えられる一定電位差があり、この電位差に基
く電界によつてエネルギー分析器4から質量分析
器6に至るイオンが減速される。エネルギー分析
器4は2重球殻電極間に印加する電圧を一定にし
て、その中間電位が試料3に対し電源9で与えら
れる電位になるようにし、電源9の電圧を変える
ことでエネルギー走査を行つている。従つてこの
場合エネルギー分析器4を出射したイオンのエネ
ルギーは一定になるから、電源8の出力電圧は最
適値に固定しておけばよい。エネルギー分析器4
を全体として0電位にしておき、2重電極間電圧
を変えてエネルギー走査を行う場合は、エネルギ
ー走査に応じてエネルギー分析器4を出たイオン
のエネルギーが変るから、この場合は質量分析器
6に対地バイアス電位を与える電源8の出力をエ
ネルギー走査と連動させて変える必要がある。 FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. 1 is an ion gun, 2 is an irradiation ion beam, 3 is a sample, and 4 is an energy analyzer. The configuration up to this point is the first one.
This is the same as the normal ion scattering spectrometer shown in the figure. 5 is an electron multiplier tube for ion detection, and 6 is a quadrupole mass spectrometer disposed between the energy analyzer 4 and the ion detector 5. 7 is a power source for applying a high frequency voltage and a DC voltage between each electrode of the quadrupole mass spectrometer 6 so as to pass only scattered ions, that is, ions having the same mass as the irradiated ions. The potential on the central axis of a quadrupole mass spectrometer is equal to the external potential unless a bias is applied to the mass spectrometer as a whole with respect to the external potential. 8 is a DC power supply for applying a DC bias potential to the entire mass spectrometer 6 so that the potential on the center line of the analyzer 6 has a constant potential with respect to the energy analyzer 4; It is connected to the positive terminal of the energy scanning variable DC power supply 9 of the analyzer 4 and has the same potential as the energy analyzer 4. Therefore, there is a constant potential difference between the energy analyzer 4 and the mass analyzer 6 provided by the DC power supply 8, and the electric field based on this potential difference causes ions to travel from the energy analyzer 4 to the mass analyzer 6. Slowed down. The energy analyzer 4 keeps the voltage applied between the double spherical electrodes constant so that the intermediate potential is the potential given to the sample 3 by the power source 9, and performs energy scanning by changing the voltage of the power source 9. I'm going. Therefore, in this case, since the energy of the ions emitted from the energy analyzer 4 is constant, the output voltage of the power source 8 may be fixed at an optimal value. energy analyzer 4
When performing an energy scan by changing the voltage between the double electrodes while keeping the potential as a whole at 0, the energy of the ions exiting the energy analyzer 4 changes according to the energy scan. It is necessary to change the output of the power supply 8 that provides a ground bias potential to the energy scan.
第4図は本発明の他の実施例装置を示す。この
図でも第3図の各部と対応する部分には同じ符号
をつけてあり、一々の説明は省略する。この実施
例では4重極質量分析器6の全体としての対地バ
イアスは0であり、それに対してエネルギー分析
器4の全体的電位は電源10によつて半固定的に
或る値に設定されており、エネルギー分析器4と
質量分析器6との間に一定のイオン減速電界を形
成している。この場合エネルギー走査は照射イオ
ン光学系及び試料3の全体の電位を走査用可変直
流電源11によつて変化させて行い、エネルギー
分析器4の2重極間電圧は一定にしてある。 FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this figure, the same reference numerals are given to the parts corresponding to those in FIG. 3, and the explanation of each part will be omitted. In this example, the overall ground bias of the quadrupole mass analyzer 6 is zero, whereas the overall potential of the energy analyzer 4 is semi-fixed to a certain value by the power supply 10. A constant ion deceleration electric field is formed between the energy analyzer 4 and the mass analyzer 6. In this case, energy scanning is performed by changing the overall potential of the irradiation ion optical system and the sample 3 using the scanning variable DC power supply 11, and the voltage between the dipoles of the energy analyzer 4 is kept constant.
本発明イオン散乱分光装置は上述したような構
成で散乱イオンに対する妨害イオンを4重極質量
分析器で除去するものであるから質量分析器が安
価であり、エネルギー走査と関係なく質量分析器
へ入射するイオンのエネルギーが質量分析に最適
な値であるように設定できるので妨害イオンの除
去が完全であり、得られるエネルギースペクトル
は第5図に示すように第2図におけるピークが
なくなつて散乱イオンの検出感度・定量性が(特
にエネルギーの小さい軽元素側で)高められる。 The ion scattering spectrometer of the present invention has the above-mentioned configuration and uses a quadrupole mass spectrometer to remove interfering ions from scattered ions, so the mass spectrometer is inexpensive and the ion scattering spectrometer has the above-mentioned configuration. Since the energy of the ions to be detected can be set to the optimal value for mass spectrometry, interfering ions can be completely removed, and the resulting energy spectrum, as shown in Figure 5, has no peak in Figure 2, and is composed of scattered ions. Detection sensitivity and quantification are improved (especially for light elements with low energy).
第1図はイオン散乱分光装置の基本構成を示す
ブロツク図、第2図は上記装置で得られるイオン
エネルギースペクトルの一例の図、第3図、第4
図は夫々本発明の異なる実施例装置を示すブロツ
ク図、第5図は本発明装置によつて得られるエネ
ルギースペクトルの一例を示す図である。
1……イオン銃、3……試料、4……エネルギ
ー分析器、5……イオン検出器、6……4重極質
量分析器、8,10……エネルギー分析器と質量
分析器との間に電位差を与える電源。
Figure 1 is a block diagram showing the basic configuration of the ion scattering spectrometer, Figure 2 is an example of the ion energy spectrum obtained with the above equipment, Figures 3 and 4.
The figures are block diagrams showing different embodiments of the apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing an example of an energy spectrum obtained by the apparatus of the present invention. 1...Ion gun, 3...Sample, 4...Energy analyzer, 5...Ion detector, 6...Quadrupole mass spectrometer, 8, 10...Between the energy analyzer and the mass spectrometer A power source that provides a potential difference.
Claims (1)
乱イオンと同質量のイオンのみを通すように設定
された4重極質量分析器を配置し、上記エネルギ
ー分析器と4重極質量分析器との間に電位差を与
える電源を接続し、上記電位差を4重極質量分析
器に入射するイオンのエネルギーが質量分析上最
適であるように設定したイオン散乱分光装置。1 A quadrupole mass spectrometer set to pass only ions of the same mass as the scattered ions is placed between the energy analyzer and the ion detector, and the An ion scattering spectrometer in which a power source is connected to provide a potential difference between the two, and the potential difference is set so that the energy of ions entering the quadrupole mass spectrometer is optimal for mass analysis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10532780A JPS5730256A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Ion scattering spectral analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10532780A JPS5730256A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Ion scattering spectral analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5730256A JPS5730256A (en) | 1982-02-18 |
| JPH0223974B2 true JPH0223974B2 (en) | 1990-05-28 |
Family
ID=14404617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10532780A Granted JPS5730256A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Ion scattering spectral analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5730256A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5831700B2 (en) * | 1975-06-06 | 1983-07-07 | ニホンシンクウギジユツ カブシキガイシヤ | AEON SITSURI YOUBUNSEXOUCHI |
-
1980
- 1980-07-30 JP JP10532780A patent/JPS5730256A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5730256A (en) | 1982-02-18 |
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