Устройство для удаления электронов из пучка отрицательных ионов

Устройство для удаления электронов из пучка отрицательных ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 01 49/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) QllИСАНИЕ ИÇO6PETEНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931138/21 (22) 26.04,91 (6) 23.03.93. Бюл. 1ч 11 (71) Институт энергетических проблем химичЧзской физики АН СССР (72) А.Г.Новиков, Б,Е.Попов и Л.Ю.Русин (6) Бронштедт Б,Э„Маркович М.Г. Фокусировка и отклонение пучков в электронно-лучевых приборах, Советское радио, М„1967, с, 132 — 145.

Шенк В., Титце С. Полупроводниковая схемотехника, 1985, М.: Мир, Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов, Наука, 1974, с, 19.

Месси Г. Отрицательные ионы, Мир, 1 79, с.130, (4) УСТРОЙСТВО ДЛ Я УДАЛ Е Н ИЯ ЭЛ Е КТРОНОВ ИЗ ПУЧКА ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ

А ОНОВ (7) Использование: масс-спектрометрия для удаления электронов от пучка отрицательных ионов, при определении абсолютí 1х токов отрицательных ионов в масс-спектрометрических измерениях, при э 1ергоа нализе отрицательных ионов.

Целью изобретения является обеспечение в 1зможности удаления электронов из пучка о1рицательных ионов с энергией свыше 0,5 э171, Сущность: устройство состоит из генеПредложенное техническое решение относится к масс-спектрометрии и предназначено для удаления электронов от пучка отрицательных ионов. Устройство может бь1ть использовано при определении абсолютных токов отрицательных ионов в массс11ектрометрических измерениях и при,5U„„1803941 А1 ратора радиочастотного напряжения, первого преобразователя однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, линии задержки, причем ее время задержки равно четверти периода частоты генератора, второго преобразователя однофазного напряжения в парафазное, причем к первому преобразователю подключены г:ервая система чередующихся электродов, а ко второму преобразователю — вторая, при этом на каждый электрод с четным номером системы подается первая фаза радиочастотного напряжения с выхода соответствующего преобразователя, а на электроды с нечетным номером — вторая, при этом чередующиеся электроды в каждой системе выполнены в виде пластин разной ширины, плоскости которых параллельны друг другу и электронно-оптической оси устройства, а расстояние между первой и второй системами электродов не больше ширины электрода. При использовании этого устройства удается получать уменьшение электронного пучка в пучке отрицательных ионов с энергией свыше 0,5 эВ на три порядка и более, что дает возможность определять абсолютные токи отрицательных ионов в пучке и проводить энергоанализ отрицательных ионов, 1 п.ф,-лы, 2 ил. энергоанализе пучков отрицательных ионов, Целью изобретения является обеспечение возможности удаления электронов из пучка отрицательных ионов с энергией свыше 0,5 эВ.

1803941 е 0 (1) (5) m I (2 у т )) 50

Схема устройства представлена на фиг, 1. На фиг. 2 представлены эпюры напряжений, подаваемых на соответствующие группы чередующихся электродов. Устройство для удаления электронов из пучка отрицательно заряженных ионов состоит из генератора 1 радиочастотного напряжения, первого преобразователя 2 однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, на выходе которого размещена первая система 3 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 5 преобразователя 2 соединена с электродами 4 системы 3, имеющими нечетный номер, а вторая фаза 6 — с электродами 4 системы 3 с четным номером, линии 7 задержки, причем ее время задержки равно четверти периода частоты генератора

1, второго преобразователя 8 однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, а к выходу которого подключена вторая система 9 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 10 преобразователя 8 соединена с электродами 4 системы 9, имеющими нечетный номер, а вторая фаза

11 — с электродами 4 системы 9 с четным номером, Чередующиеся электроды 4 систем 3, 9 выполнены в виде пластин равной ширины, ра-положенных так, что их плоскости параллельны друг другу и электроннооптической оси 12 устройства, при этом передние края электродов 4 системы 3 лежат в одной плоскости, а электроды 4 системы 9 — в другой, причем обе плоскости перпендикулярны электронно-оптической оси 12, а расстояние между плоскостями больше ширины электродов 4, но меньше их удвоенной ширины, Введенные технические признаки не обнаружены в известных устройствах для отделения электронов из пучка отрицательных ионов. Хотя введенные технические признаки известны (3), однако устройство, в которых они обнаружены, не проявляюттехнических свойств, проявляемых при применении этих технических признаков в предложенном устройстве.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 генерирует радиочастотное напряжение на фиксированной частоте. Напряжение с выхода задающего генератора 1 подается на, входы первого преобразователя 2 и линии 7 задержки. На выходе преобразователя 2 генерируется парафазное радиочастотное напряжение, которое подается на первую систему 3 чередующихся электродов 4. При этом напряжение первой фазы 5 преобразователя 2 подается на электроды 4 системы

3, имеющие нечетный номер, а вторая фаза

6 на электроды 4 системы 3 с четным номе5

45 ром. Задержанное линией 7 задержки на четверть периода радиочастотное напряжение подается на вход второго преобразователя 8. В качестве преобразователей однофазного напряжения в парафазное может быть использован дифференциальный усилитель (4). К выходу каждого плеча дифференциального усилителя подключается дифференцирующая RC-цепочка (4), для того чтобы устранить постоянное напряжение смещения, присутствующее на выходе дифференциального усилителя, При этом радиочастотное напряжение снимается с точки соединения емкости и резистора дифференцирующей RC-цепочки, С выхода преобразователя 8 парафазное напряжение подается на вторую систему 9 чередующихся электродов 4, причем первая фаза 10 подается на электроды 4 с четным номером, а вторая фаза 11 с нечетным, Эпюры соответствующих напряжений на соответствующих электродах представлены на фиг. 2. Первый и второй графики фиг. 2 описывают зависимости напряжений на четных и нечетных электродах 4 первой системы 3 электродов соответственно, а третий и четвертый графики — на четных и нечетных электродах 4 системы 9 электродов соответственно.

Ионный пучок, содержащий электроны, пропускается вдоль электронно-оптической оси

12 устройства через системы 3 и 9 чередующихся электродов 4. При этом происходит следующее. Так как время пролета иона вдоль чередующихся электродов 4 намного больше периода радиочастотного напряжения, приложенного к ним, ионы, находящиеся между чередующимися электродами 4, совершают колебательное движение в направлении, перпендикулярном электроннооптической оси 12 устройства и плоскости чередующихся электродов, Амплитуда колебаний ионов не превосходит амплитуды их колебаний в радиочастотном поле параллельных пластин бесконечной длины и равной где 0 — амплитуда радиочастотного напряжения, прикладываемая к бесконечным параллельным пластинам ! — расстояние между пластинами, m — масса иона, е — заряд иона, f — частота радиочастотного напряжения, Амплитуда и частота радиочастотного напряжения выбирается таким образом, 1803941 чтобы амплитуда колебаний иона была намного меньше расстояния между пластинами, но в то же время амплитуда колебаний электрона была бы намного больше расстояния между пластинами. Так как амплитуда 5 колебаний иона намного меньше расстояния между пластинами, ионный пучок практически не ослабляется при прохождении через систему чередующихся электродов.

Коэффициент токопрохождения ионов при- 10 близительно оценивается следующей формулой:

К Jeux I — 4A

jex 1

15 (3), Up> &2Um где Um=

81Е .

40

Up - амплитуда радиочастотного напряжеНия

0 — минимальная амплитуда напряжения, подаваемая на пластины, необходимая для полного оседания электронов на пластинах;

Š— максимальная энергия пучка

L — длина пластин

1 — расстояние между пластинами

В момент изменения знака радиочастотного напряжения на электродах 4 первой системы 3 мгновенное значение напряжения мало, для того чтобы заметно отклонить электроны, и электроны беспрепятственно пролетают через первую систему 3 электродов 4, Эти электроны пропускаются через вторую систему 9 чередующихся электродов 4. Из-за сдвига фаз, где К вЂ” коэффициент токопрохождения; ионов

,х Д,ыx — ионный ток на входе и выходе. системы чередующихся электродов соот- 20 ветственно, — расстояние между пластинами

А — амплитуда колебаний иона, При выполнении условия А « I, КЫ1.

Для электронов с энергией несколько 25 эВ время пролета через системы чередующихся электродов намного меньше периода радиочастотных колебаний. Электроны отклоняются в электрическом поле систем 3, 9 чередующихся электродов 4 и оседают на 30 них. Указанный процесс эквивалентен процессу образования "тени" отклоняющих пластин в электронно-лучевых трубках (3). С учетом этого амплитуда радиочастотного напряжения должна быть также больше ве- 35 личины напряжения "полной тени" пластин который существует между напряжениями приложенных к первой и второй системам 3, 9, в моменты времени, когда электроны пролетают через первую систему 3, на электродах 4 второй системы 9 мгновенное значение напряжения максимально. Благодаря этому электроны, пролетевшие через первую систему 3 электродов 4 оседают на второй. Таким образом, электроны полностью выводятся из ионного пучка, Коэффициент

2, на который увеличивается минимальная амплитуда Um, вытекает из того условия, что в любой момент времени электродах 4 хотя бы одной систем 3 или 9 мгновенное значение радиочастотного напряжения должно быть больше Um.

При использовании предложенного устройства удается получать уменьшение электронного тока в пучке отрицательных ионов с энергий свыше 0,5 эВ на три порядка и более, что дает возможность получать пучки отрицательных ионов без примеси электронов определять абсолютные токи отрицательных ионов в пучке и проводить энергоанализ отрицательных ионов.

Формула изобретения

Устройство для удаления электронов из пучка отрицательных ионов, включающее первую и вторую системы чередующихся электродов, генератор радиочастотного напряжения, первый преобразователь однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, отл ича ю щеес я тем,что, с целью обеспечения возможности удаления электронов из пучка отрицательных ионов с энергией свыше 0,5 эВ, к выходу задающего генератора параллельно первому преобразователю однофазного радиочастотного напряжения в парафазное подключена линия задержки, причем время задержки равно четверти периода частоты генератора радиочастотного напряжения, к выходу линии задержки подключен второй преобразователь однофазного радиочастотного напряжения в парафазное, к которому подключена вторая система чередующихся электродов, причем чередующиеся электроды каждой системы выполнены в виде пластин равной ширины, плоскости которых параллельны одна другой и электронно-оптической оси устройства. ширина чередующихся электродов больше расстояния междусоседними чередующимися электродами в системе электродов, а передние края электродов в каждой системе лежат в одной плоскости, перпендикулярной электронно-оптической оси, причем расстояние между первой и второй системами меньше ширины электродов, но больше расстояния между соседними электродами в системе, 1803941

1803941

tiт

tiт

iv гт

Фиг.

Составитель А,Новиков

Техред М.Моргентал Корректор М.Петрова

Редактор

Заказ I059 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101