DE3127441A1

DE3127441A1 - Ionenquelle

Info

Publication number: DE3127441A1
Application number: DE19813127441
Authority: DE
Inventors: Gerd 5000 Köln Kremer; Heinrich Dipl.-Phys. Dr. 5272 Wipperfürth Peters
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Kremer Gerhard 5024 Pulheim De Peters Heinrich
Priority date: 1981-07-11
Filing date: 1981-07-11
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3127441C2

Description

Ionenquelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionenquelle mit einer im wesentlichen zylindrischen, einseitig offenen Käfiganode, einer die Käfiganode konzentrisch umgebenden Ringkathode und einer der offenen Seite der Käfiganode vorgelagerten Extraktionsblende.
In der Oberflächenanalysen-Technik sind, z. B. zum Beschuß von Proben, Ionenströme erwünscht, die - je nach Art des angewendeten Analyseverfahrens - hinsichtlich ihrer Energie, ihres Strahlungsdurchmessers und dgl. unterschiedliche Eigenschaften haben sollen. Mit ionenoptischen Linsensystemen sind diese Eigenschaften beeinflußbar und einstellbar.
Die Genauigkeit, mit der die gewünschten Werte einstellbar sind, hängt u. a. von der Qualität der Ionenquelle ab.
Erwünscht ist, daß der die Ionenquelle verlassende Ionenstrahl möglichst parallele Ionenbahnen (mit unendlich weit entferntem Brennpunkt) hat. Bei Ionenquellen, wie sie z. B.
aus den DE-OSen 23 19 681 und 25 06 644 bekannt sind, ist das nicht in dem gewünschten Maße der Fall-.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Ionenquelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Bereich ihrer Austrittsblende Ionenstrahlen mit exakt parallel len Ionenbahnen liefert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Extraktionsblende einen zentralen, konisch gestalteten, sich in Richtung Käfiganode verjüngenden und bis in den Innenraum der Käfiganode erstreckenden Abschnitt aufweist.
Bei einer Ionenquelle mit diesen Merkmalen können die Spannungsverhältnisse so eingestellt werden, daß die entstehenden Ionen derart in Richtung Extraktionsblende abgesaugt werden, daß sie mit exakt achsparallelen Bahnen durch die Extraktionsblende hindurchtreten. Die gewählten Spannungsverhältnisse hängen von den Abmessungen der einzelnen Elemente-der lonenguelle, dem Abstand der Durchtrittsöffnung der Extraktionsblende bzw. ihres konischen Abschnittes von der Ringkathode und vom Konuswinkel ab. Je nach Gasart können die einzustellenden Werte zur Erzielung paralleler Ionenbahnen mit elektronischen Rechnern bestimmt werden.
Als zweckmäßig hat sich erwiesen, den Abstand zwischen Extraktionsblende und Ringkathode veränderbar zu gestalten.
Dieses Ziel kann z. B. durch eine axial verschieb- und feststellbare Halterung der Ringkathode erreicht werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Die in der Figur im wesentlichen im Schnitt dargestellte Ionenquelle umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem Flanschanschluß 2, mit-dem die Quelle an einen Rezipienten oder an das Gehäuse eines sich anschließenden ionenoptischen Linsensystems anschließbar ist. Durch einen dem Flansch 2 gegenüberliegenden, nicht dargestellten Deckelflansch hindurch erfolgt die elektrische Versorgung der im Gehäuse 1 befindlichen, noch zu beschreibenden Elemente. Die weiteren Flanschanschlüsse 3 und 4 dienen der Zufuhr von zu ionisierenden Gasen und dem Anschluß von Vakuumpumpen. Die Achse des gesamten Systems ist mit 5 bezeichnet.
Die Entstehung der Ionen findet im wesentlichen im Innenraum der Käfiganode 6 statt. Diese ist zylindrisch gestaltet und hat eine offene, dem Flansch 2 zugewandte Stirnseite 7.
Konzentrisch zur Achse 5 und zur zylindrischen EGfisanade h ist eine Ringkathode 8 angeordnet, die an zwei achsparallelen Stiften 9 (nur einer ist dargestellt) mit Hilfe des auf den Stiften 9 arretierbaren Halterungsstückes 11 verschiebbar befestigt ist. Über die Stifte 9 erfolgt auch die Zuführung der Kathodenspannung. Mittels eines Isolators 12 sind die Stifte 9 in einer Trägerplatte 13 für das gesamte System gehaltert.
Käfiganode 6 und Ringkathode 8 sind noch von einer Reflexionselektrode 14 wageben, die mit einer solchen Spannung versorgt ist, daß die die lonisierung des Gases bewirkenden Elektronen mehr fach durch den Käfi ga nodenraum hindurchpendeln.
Die im Innenraum der Käfiganode 6 entstehenden Ionen werden mit Hilfe der Extraktorblende 15 in axialer Richtung aus dem Innenraum der Käfiganode 6 abgesaugt. Die Extraktionsblende 15 weist einen konischen Abschnitt 16 auf, der sich in Richtung Käfiganode 6 verjüngt und bis in ihren Innenraum hineinragt. Dadurch entsteht eine Feldverteilung, die bewirkt, daß alle durch den konischen Abschnitt 16 hindurchtretenden Icnen exakt achsparallele Bahnen haben. Dieser Ionenstrahl verläßt den Ionenerzeugungsbereich durch die Austrittsblende 17. Der Blende vorgelagert ist eine Elektrode 18, mit deren Hilfe bei entsprechender Spannungsversorgung bereits ein fokussierender Einfluß auf den Strahl genommen werden kann.
Der konische Abschnitt 16 der Extraktionselektrode 15 erstreckt sich durch eine öffnung 19 in der Reflexionselektrode 14 hindurch. Die Größe der Öffnung 19 ist so geholt, daß der verbleibende Ringspalt zwischen den beiden Elektroden möglichst klein ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Konuswinkel d 400. An den einzelnen Elementen können beispielsweise folgende Spannungen liegen: Kathode 80 4900 V Anode 6: 5000 V Reflexionsblende 14: 4800 V Extraktionsblende 15: 4180 V Mit diesen Spannungswerten und einem bestimmten Abstand der Ringkathode 8 von der Extraktionsblende 15 lassen sich die gewünschten Ionenstrahlen mit achsparallelen Ionenbahnen erzeugen. Bei Argon als zu ionisierendem Gas beträgt dieser Abstand ca. 10 mm. Dieser Abstand ist gleich der Höhe des konischen Abschnittes 16. - Leerseite

Claims

Ionenquelle ANSPRUCHE rn » Ionenquelle mit einer im wesentlichen zylindrischen, einseitig offenen Käfiganode, einer die Käfiganode konzentrisch umgebenden Ringkathode und einer der offenen Seite der Käfiganode vorgelagerten Extraktionsblende, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Extraktionsblende (15) einen zentralen, konisch gestalteter sich in Richtung Käfiganode (6) verjüngenden und bis in der Innenraum der Käfiganode erstreckenden Abschnitt (16) aufweist.
2. Ionenquelle nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z e ich ne t , daß die Ringkathode (8) axial verschieb- und feststellbar gehaltert ist.
3. Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kathode (8) und die Anode (6) innerhalb einer weitgehend geschlossenen, beispielsweise topfförmigen Reflexionselektrode (14) angeordnet sind und daß eine den konischen Abschnitt (16) der Extraktionseiektrode (15) möglichst dicht umschließende Öffnung (19) in der Reflexionselektrode vorgesehen ist.