ES2479894B1 - Dispositivo electroóptico y método para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía - Google Patents

Abstract

Dispositivo electroóptico y método para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía.#Se describe un dispositivo electroóptico formado por tres elementos consecutivos: una primera lente Einzel, un elemento cilíndrico y una segunda lente Einzel, cuyo uso permite enfocar y frenar haces iónicos de gran densidad y energía. Esto se lleva a cabo mediante la utilización de pulsos de voltaje aplicados al elemento cilíndrico mientras es atravesado por los iones. Paralelamente, el uso de las dos lentes Einzel permite enfocar el haz de iones y asegurar una gran densidad de corriente en el plano imagen.#Este dispositivo resulta de gran utilidad en aplicaciones espectroscópicas y analíticas para detectar especies iónicas con gran resolución y sensibilidad, así como en otros usos más tecnológicos como el grabado o la implantación iónica en la industria de semiconductores u otras similares.

Description

Dispositivo clectroóptico y méwdo para obtener haces jónicos de gran densidad y baja energía.

Sector dc 1.:1 técnica Esta invención se encuadra en el sector de la tecnologías para análisis instrumental, Illás concretamente en el de fabric<lción de aparatos para el manejo de haces jónicos.

Eslmlo dc la técnic~l Desde el comienzo de la cspeclromctría de masas los cicntWlcos han mostrado una cierta fascinación por estudiar la estructura, energía y rcactividad de los iones, tanto positivos (cationes) como negativos (aniones). Sin embargo, los estudios espectroscópicos de estas especies han presentado serias dificultades; por tina parte debido a la baja densidad de las fuentes y de aira, debido a las condiciones extremas en las que normalmente habia que producirlos.

Este escenario hizo que los primeros estudios tuvieran lugar midiendo los especlros de emisión de las descargas cuya complejidad, baja densidad y variedad de estados exc itados hacía diticil la asignación de bandas y la subsiguiente idenlilicación de las especies presentes. Estas dilicul1adcs estimularon el dcs<1rrollo de técnicas sofisticadas para producir iones específicos COll altos rendimientos, lo que sin duda ha conducido a que hoy día la espectrusl:opia iúnil:<I Sl:a llll campu delllífico de gran rdevand a.

En la actualidad el estudio de iones moleculares y su interacción con gases o matcria condcnsada constituye un c","po científico de gran inlcres tanto cn investigación básica como en diversas aplicaciones tccnológicas.

Áreas cicntíficas tan diversas como: la Espectroscopia Molecular y la Química Analítica, la Astrofísica, la Física de plasmas, la Biofísica o la Implantación de iones en la industria de semiconductores, son claros ejemplos donde la experimentación con iones resulta imprescindible para el aumento del conocimiento y su desarrollo tecnológico.

El dcsaJTollo de la espectroscopia de iones de aila sensibilidad descansa en tres aspectos esenciales para tal fin: a) la fuente de iones, b) la se!ccción de la masa de los iones y e) su detección óptica.

5 El primer requisito implica la preparación del ion a estudiar con una gran densidad. En general todos los esquemas de producción de iones producen una mezcla de iones, por lo que la selección de su masa es imprescindible para su identificación. Sin embargo, la selección de la masa de los iones debe preservar su densidad, lo que demanda guiar los iones de una manera adecuada hacia la zona donde tiene lugar la medida con técnicas de

lOgran sensibilidad.

En algunos esquemas experimentales se usa la espectroscopia ¡{¡ser para garan tizar I~l grnn sensibilidad del método, mientras que en otros esquemas los iones se almacenan, por ejemplo, en trampas para integrar la densidad o aumentar el tiempo de interacción.

15 En general, dos han sido las técnicas más empIcadas para la producción de uniones: u) el bombardeo electrónico y b) la descarga eléctrica, bien continua o pulsada, de alto voltaje, generalmente en haz molecular y. cspeciJicamente, en la zona de expullsión supersónica. Estos métodos han sido aplicados por diversos grupos cicntílicos, como por ejemplo, entre

20 otros, los de Linenberger (Ervin K.M. and Lineberger W.e., Adw/I1cr::) in Gas Pitase 10l1s Cltell1i~"fry, Ed. Adams, N.O. and I3abcock, L.M. 1992), Neumark (Neurnark D.M., J. Chem. /'hys., 2006,125. 132303) Y McCarthy (MeCarthy M.C. el al, !1slhophys. J, 2006, 652, L141 , McCarthy M.e. et al 1. Cllem. Pltys.,2008, 129,054314) que han realizado contribuciones muy notables no solo en la espectroscopin de aniones, aislados o

25 solvatados, es decir en forma de c\usters, sino también en el eslUdio dc su dinámica de rotodisociación.

En lo que concierne a los métodos de detección, la técnica de espectroscopia de fOlOcleclrones ( Plloto-Elee/roll Spee/roseopy PES) es la mas convencional y usae]¡) para

30 analizar la estructura molecular de los aniones. En ella el anión es excitado mediante un ratón láser que extrae el electrón.

La técnica PES se ha usado para el estudio de una gran variedad de sistemas como átomos, moléculas orgánicas, complejos metal-ligando así como una gran variedad de cJustcrs y especies aniónicas.

5 Por otra parte recientemente se ha desarrol lado la técnica MALOI (Malrix-Assisled Lasa Desurpf¡on lunizalion) para el análisis químico dc biollloléculas y polímeros que, conectada a [a espcctrometría de masas por transformada de Fouricr acoplada a [a resonancia de ion ciclotrón, ha supuesto un gran avance en el análisis químico de estos compuestos. El inconveniente más notorio de estas técnicas es la gran dificultad en atrapar

10 eficientemente los iones de mayor masa.

Los últimos años han visto un incremento notable de la investigación con baccs de iones de baja energía debido a su papel relevante en Astrofísica, su creciente aplicación cn grabados cn seco, en el crecimiento de películas y en la implantación de ioncs.

15 El método más adecuado para obtener haces iónicos intensos es extraerlos de una fuente adecuada usando un voltaje óptimo que garantice su intcnsidad. Normalmente la separación de las especies iónicas de distinta masa se lleva a cabo usando un filtro magnético. Posteriormcnte la encrgía cinética dc los iones se cambia al valor deseado

20 mediante el liSO de lentes eléctricas, para acelerar o desacclcrar los iOllcs según la aplicación requerida.

Al objeto de maximizar la interacción entrc, por ejemplo, Ull láser y la nubc de iones, si sc trala de realizar una medida espectroscópica, el esquema cxperimcntal más usado consistc

25 en guiar el haz jónico con una gran energía para evitar pérdidas por repulsión de carga espacial y, tras aplicar un filtro para seleccionar la masa del ion a estudiar, aplicar algún método para dcsacelcrur el haz antes de quc entrc en la zona dc interacción COIl la racliílción láser.

30 La desaceleración de un haz iónico para rcducir su energía cinética no es un tcma trivial ya que el campo desaeelcrador actlla también como una lente cambiando, por tanto, la forma espacial del haz.

El ensanchamiento del diúmctro del haz jónico debido a la repulsión de la carga cspaciul durante su propagación es un grave inconveniente en cualquier aparato donde se trabaje con estos haces de baja energía.

Dicho ensanchamiento reduce la intensidad del haz y su densidad de corriente al incidir sobre el objeto donde se quiere aplicar o al atmvcsar la zOlla de interacción donde se efectúa la medida correspondiente. Puesto que el grado de ensanchamiento aumenta con el cociente entre la velocidad radial y la velocidad axial del mencionado haz resulta necesario el uso de óptica electrostática con e1lin de reducir la divergencia de estos haces.

Un método normalmente usado para desacelerar un haz de iOlles es el empleo de un electrodo de varios elementos, por ejemplo tres, llamado "lente zoom" (Liebl et al, Re. Sci. InslrulJI., 1987,58 (10), 1830) en el cual el cociente de desaceleración vienc determinado por el cociente entre los voltajes del tercer y primer electrodo, mientras el segundo elemento, el intermedio, se usa para ajustar la distancia de la imag.en, es decir, como elemcnto de cnfoque.

En la bibliografta se han publicado diversos tipos de lentcs dcsaceleradoras CIllrc las que se

pueden citar las de Hennan de 13 electrodos (Herman el al, Rev. Sei. 111.\"11'/1111. , 1969, 40,

538) que logra desacelerar haces iónicos hasta 30 eV, y la de Liebl el al (Rev. Sci l/1slrlllll. ,

1987,58 (10), 1830), ambas con tres elemcntos, retrasando haces iónicos hasta energías dc 50 eV y 100 eV, respectivamente. También hay que citar la patentc US 2002/0100880A I donde se describe c[ LISO de UIl juego de electrodos que enfocan y liltran los iones scgún su cnergía. Esle desarrollo estú disei'íado para reducir la energía de los iones hasta energías por debajo de I keV (típicamente 0,5keV) consiguiendo eliminar la contaminación de energía de las partículas ncutras y controlar la implantación de iones en la industria de scmiconductores.

Anúlogos desarrollos se han llevado a cabo para implantar iones cn [a preparación de semiconductores, procedimientos adecuados para bajas dcnsidadcs de ioncs, como sc protege en la patente US 6441382131.

En la patente US 5196706 se describe un dcs<lcelerador de iones formndo por dos lentes, cada ulla de tres electrodos, que permite optimizar la energia de los iones bajo determinadas condiciones para llevar u cabo la deposición de los iones, aunque en CSIa invención no se describe la eficiencia en la eliminación de las partículas neutras que viajan con los iones.

Recientemente se ha desarrollado un nuevo método de desaceleración de iones adecuado para su acoplmnicl1lo en la espectroscopia de resonancia de ion ciclotrón por transformada de rourícr (Frankcvich V. el al, Rapid COII/IIIIII1. Mass Speclroll'l. 2001, 15,2035) que utiliza una célula cilíndrica abicrla siluuda antes de la cavidad de entrada a la célula del cspectrofotómetro. Este nuevo método ha resultado eficaz para el análisis dl: iOlles de gran peso molecular producidos por MALDI.

El liSO de varios electrodos cilíndricos se ha utilizado con gran éxito en la técnica de crecimiento de películas mediante el empIco de haces iónicos de baja energía. De hecho Shimizu S. et al (Rev. Sci. II1SII'lIllI. , 1996, 67 (10), 3664,) dl:sarrollaron esta técnica para producir haces iónicos seleccionados en masa y de gran densidad de corriente optimizado pnra la deposición de haces iónicos.

Una venl<lja importante dc la presente invención con respecto a los desarrollos anteriores es que usa de nUll1era combinada, pero independiente, UIl electrodo cilíndrico y varias Icntes tipo Einzcl lo quc permite realizar y optimizar, de manera independiente, no solo el frenado sino también el enfoque del haz iÓllico. Con ello se obtienen haces jónicos de b'Ua energía y gran densidad característica. diliciles de alcanzar con el liSO de forma individual de los componcntes que forman el presentc dispositivo.

Este dispositivo compacto puede ser acoplado a cualquier técnica donde se utilicen haces jónicos, bien para realizar espectroscopia, bien para realizar grabado o implantación de iones.

Descripción de la in"ención La presente invención se rclicre n un dispositivo c)cctroóptico combinado de tres elementos (Iig. 1): una lenfc EinzcJ (1), un elemento cilíndrico (2) y una segunda lente Einzcl (3); cuyo uso permite desacelerar haces jónicos de gran energía gracias al liSO de pulsos de voltaje aplicados al elemento cilíndrico (2), mientras es atravesado por los iones. Paralelamente, el uso de las dos lentes Einzcl (1) y (3) extremas pennitc enfocar el haz de iones y asegurar una gran densidad de corriente en el plano imagen. El dispositivo debe instalarse a continuación de la fuente de iones mediante fijación mecánica.

La solución propuesta, Lente EinzcJ-Electrodo Cilíndrico-Lente Einzcl (LECILE), resulta de gran utilidad para llevar a cabo estudios espectroscópicos y analiticos de gran resolución y sensibilidad de especies jónicas, así como en otros usos mús tecnológicos como el grabado o la implantación iónica en la industria de scmiconductores.

La fuente de iones y el delectar no forman parte de la invención y puede usarse cualquier dispositivo, bien ad'luiriéndolos comercialmente o bien construyéndolos en los talleres disponibles en las empresas o laboratorios donde vaya a usar la técnica global. El único requisito es que la distancia entre ellos se ha de mantener constante.

El primer elemento es una lente Einzel (1) formada por tres discos (11), (12) Y (13), figum 2 b), cuyos diámetros externo, dI, e interno se pueden optimizar según la aplicación correspondiente, tan lO cielltíJica de lJboratorio C01110 técnica. Esta lenle sirve pam enfocar los iones extraídos de la fuente hacia el interior del cilindro. Estos discos cSlilll f".:tbricados en duralum inio, acero inoxidable o cualquier airo malerial conductor.

El elemento cilíndrico (2) está situado entre las dos lentes Einzel (1) y (3) Y sirve para frenar el haz 'lue incide con una energía inicial El hasta una energía nnal E2 (Jigura 3). Este elemento intermedio del dispositivo eSlá I~lbricado en duraluminio, acero inoxid¡lble o cualquier material otro conductor (ligura 2 a).

La lente Einzel linal (3) es similar a la lenle (1) y está realizada en el mismo material de duraluminio, acero inoxidable o cualquier otro material conductor. Estn constituida por tres discos (31), (32) Y (33) de sección circular, de dimensiones ligeramente diferentcs de las de la lente (1), scgún se dClalla en la figu ra 2 c).

El disco (32) tiene una longitud Ln. Los discos (3 1) Y el (33) son simétricos enlre sí y nuís lnrgos, ya que constan de dos picz,¡s cilíndricas. de longitudes L31 y LJ2; donde el diámetro interior d 32 se mantiene constante pero los diámetros exteriores d)1 y d)) son distintos. La función de esta segunda lente es rccnrocar el haz de iones que ha sido frenado en el elemento cilíndrico en un punto posterior según la apl icación deseada. Así se evita su divergencia tras su desaceleración por el elemento t.:ilíndrico.

Los discos de cada lenle van aislados con abalorios de cerámica o macar al objeto de que [os tres elementos estén eléctricamente aislados. Cada uno de los tres discos tiene un pequeño agujero roscado en su parle superior p<lrc:J conectarlos, mediante un cable eléctrico, a un determinado potencial.

Todos los elementos mcncionados ticnen una sccción circular con cuatro agujeros a 90° grados por donde se introducen sendas varillas roscadas que los engarzan para darle solidez y garantizar su alineamiento axial a lo largo de la dirección de propagación del haz de iones «(¡gura 2 b).

Dichas varillas van roscadas en la cara externa de la ruente de iones, o bien a un disco paralelo a ella que garantice el alineamiento de este elemento LEC1LE con el haz inicial de iones rormado en la fue nte. Debe, por tanto, garantizarse que la dirección del haz dc iones esté bien alineada a lo largo del eje central del dispositivo.

En esta descripción se hace uso de la incorporación de las varillas roscadas como metodo de fijación, pero su aplicación no queda limitada a esta solución sino que cualquier otro procedimicnto de fijación es igualmente válido.

El funcionamiento del disposilivo es el siguiente:

Se varía el voltaje del disco (12), la de enroque, de la primera lente Einzcl (1), con el tin de conseguir la máxima seilal de iones en el detector. Nonnalmelllc, en la mayoría de los instrumentos estos detectores están formados por placas con micro· canales qllC, sometidas a un vahaje positivo, amplifican la sei'ial de iones

•

(negmivos) en unos tres órdenes de magnitud por cada placa, así el vahaje al que

cada una de ellas está sometida es del orden de mil voltios o más.

s

El voltaje se hace variar hasta consegui r el enfoque múximo, la máx ima seiial, en el detector sin variar ningún otro parámetro del dispositi vo cuyo disciio y operación motivan esta patente. Un ejemplo de opl imi7..aci6n de enroque de esta primcfl:I It::n1C se ilustra en la fi gura 4.

10 15

Una vez alcanzada esta primera fase se opti miza la operación del elemento cilíndrico intermedio para frenar la energía de los iones. Para ello hay que tener en cuenta que, cuando Jos iones con una energía ci nética El están dentro del elemento cilíndrico, éste se conCCl a a un vollajc V inferior él El tal que los iones continúan moviénd ose dentro del cilindro con una cncrgia Ez dada por: E2::; E,-eV donde e es la carga del electrón pues en este desarrollo nos referimos a iones con una sola carga. El desarrollo es igualmente valido para iones con múltiples cargas, solo que en este caso en la ecuación anterior hay que multiplicar por el númcro de cargas el factor cV.

20

En un momento dado, y antes de que los iones abandonen el elemento ci línd rico, el voltaje se lleva a cero, el cili ndro se lleva a masa, con lo ellal el ion sale del elemento cilíndrico eOIl una energía inferior E2 dada por la relación anterior (figura 3).

25

P¡lra llevar a cabo esta realización sc recomienda usar un osciloscopio digital que permita medi r no sólo la intensi dad del haz y su tiempo de llegada, SillO tam bién grabar los pulsos que se deseen para poder realizar medidas eomparmivas disminuyendo notablemente el ruido que pueda tener una sola medida.

30

Hay que tener en eueJlla que e l voltaje V ha de ser positivo si el haz q ue se pretende frenar esta formado por eati oll es y negativo si el haz estuviera forrnado por aniones.

El Ji"cnado del haz de iones es bastante efectivo pero tiene el inconveniente de que el haz saliente y de menOr energía adquiere una divcrgcnci¿l mucho mayor que la del b~lZ in<:idcntc.

Para corregir este problema se ha diseñado la segunda lente Einzel (3). Este tercer elemento del disposilivo, tras la aplicólción de un voltaje a optimizar en su disco (32) y estando los disco (31) Y (33) conectados a I ierra, consigue cnfocar de nuevo el haz de iones en el punto imagen deseado, es decir en el detector, sin que se haya frenado o acelerado la energía del haz reSlJltantc.

Este dispositivo se utiJi7..a para haces de iones tanto pulsados como continuos.

Modo de rCllliz~lción de ha invención Una vez formado el haz jónico mediante descarga de corona de la mezcla deseada, a COnlinuacióll se optimiz¡\ la densidad y velocidad del haz usando el dispositivo objeto de esta invención.

Tanto las lentes Einzel (1) y (3) como el elemento cilíndrico (2) se han w llstruido en duralU111 ¡nio.

Las dimensiones utilizadas son para la lente Einzel (1): L = 30 111111 Y di = 40 mm. Estú IOrBmda por trcs discos (11), ( 12) Y (13) del mismo diámctro di y un espesor e de 6 I11Ill cada llllO. Cada disco es atravesado por cuatro cilindros de macar, de diillllctro d2 de 4 m111, para aislarlos entre sí y que se colocan entre los cuatro agujeros de los discos como se ve en la figura 2 b). El diámctro el] de los agujeros es de 7 mm.

Dentro de las varillas cilíndricas de macor se alojan cuatro varill,ls cilíndricas de acero inoxidable quc al ajustarse le dan solidez a lodo el dispositivo. Y Jx.:rmite su engarce cn cmdquier placa o elemenlo de sujeción externo donde vaya finahnclllc colocad. El elemento cilíndrico tiene una longitud L de 70 mm; un diámetro exterior d~.~l de 36 mm y un diámetro interior c\¡11l de 34 mm. (Figura 2 a) La lente Einzcl (3) tiene una longitud total de 63 mm y un di{lIm:tro externo d31 de 36 mm. Las longitudes utilizadas de lo:) discos son: L31= 10111 111 Y L]2= J5tnlll. Los diámetros exteriores son: d31= 38 mm y d)3= 34 mm, manteniéndose el diámetro interior d32 en 26 mm.

5 Para aislar las lentes se han utilizado piezas de macar. Todo el conjunto licne una longitud total de 163 m111.

Inicialmente se trabaja con la primera lente Einzcl manteniendo lo::; potenciales de los

10 discos a tierra y vmiando sólo el potencial del disco que actúa de roco. Un potencial típico COIl bllena señal en la descarga de nitrógeno suele ser 700V, aunque éste se Jluede variar ligerame nte segun las distintas condiciones de presión. Este ajuste lino se hace de manera suave tratando de ver señal de iones en el detector colocado frontalmente al linal del dispositivo. Una vez se ha visto sei'íal, se trata de maximizar la intensidad de la seJial

15 variando suavemente el pOlencial del disco.

Optimizada la señal usando solo la descarga de Nitrógeno para mayor facilidad, se mide un espectro de tiempo de vuclo de iones Nf producidos en una descarga de gases N2 y posteriormente extraídos con un potencial positivo (figura 4). En ordenadas se muestra la

20 intensidad de la señal en unidades arbitrarias. En el eje dc las abscisas se rcgislra cl liclllPO de vuelo: el ticmpo que tardan los iones en llegar al detector desde que se eOIlCl:ta la primera lente Einzel (1), con el disco intermedio (12) que hace de roco, a un potencial ncgalÍvo.

La traza superior más bien plana corresponde a un espectro de tiempo de vuelo donde no hay apenas sClial pues no se ha aplicado potencial alguno a la primera lente Einze!. La traza inferior corresponde al espectro medido cuando se Ila aplicado un potencial de -600V al foco (l2) de la primera lente Einzcl (1). Nótese el pico de señal que aparece justo dcbido al enfoque logrado cuando el disco central que hace de foco de la primera lente Einzcl (1)

30 es conectado a -600V.

Experimentos llevados a cabo recientemente con haces de aniones producidos al expandir nitrógeno con bcnzonitrilo IllUcstnlll la clicacia de este nuevo método, tal y COIllO se ilustra en los espectros de las liguras 5 y 6.

En la figura 5 se describe un espectro de tiempo de vuelo tomado tras la ionización de un haz que contiene nitrógeno. En dicha tigura se observan dos picos correspondientes a este anión. El primero, el de In izquil!rda, que ocurn! a menos tiempo y por 1a11l0, dado que la distancia entre la fuente y el detector es fija, tiene mas energía cinética corresponde a la situación donde no se usa el elemento cilíndrico (2). Es decir, este elemento esta concctado a tierra. En este caso se lisa la primera lente Einzcl para enrocar los iones en el detector. El pico que aparece a la derecha es el obtenido cuando se hacc actuar el elemento cilíndrico (2) para retardar los iones. Nótese como en este caso el tiempo de vuelo del anión Nitrógeno aumenta en 14,1 microscgllJldos, es dcci r de aproximadamente de 19~1s pasa a 33, 1 ~ts.

La Figura Ó muestra dos espectros de tiempo dc vuelo realizados con el mismo haz iónico. En el primero se usan la lente Einzel (1) Y el elemento cilíndrico (2) en las misnws condiciones que las señaladas anteriormente (figura 5). En un segundo experimento los potcnciales de la primera [ente Einzel (1) y del elemento cilíndrico (2) son [os mismos. La única direrencia entre los dos eSpC(lros, cn cuanto a parámetros e.xpcrimclltalcs, cs quc, mientras en primer espc(tro, el que liclJ\! el primer pico de mayor intensidad, no se ha usado la segunda lente Einzel (3), en d segundo cspectro, el que tiene el segundo pico con mayor intensidad, sí.

La comparación de ambos espectros indit.:i;l daramente quc cuando se lISU [a segunda lente Einzel (3) la señal correspondiente a los iones más lentos (mayor tiempo de vl1elo) aumenta, mientras que la correspondiente al menor tiempo de vuelo disminuye. Es decir la segunda lente Einzc1 (3) sirve para reenrocar los iones cuya energía se ha frenado por el clemento cilíndrico (2).

Obviamcnte este dispositivo y el modo de rcalización puedcn servir de ejemplo p;:lra su funcionamiento a pequcña csca[a. No obstante, los cxpcrtos en la técnica podnin encontrar

fácilmente las variaciones necesarias para aplicar este dispositivo a aIra escala, incluso a escala industrial.

Breve dcscrillción dc las Figunls 5 La ¡igura 1 muestra un esquema del dispositivo objeto de esta invención.

La figura 2 muestra esquemáticamente los tres elementos del dispositivo con Ulla vista frontal y lateral, a saber: a) Vista lateral y frontal del elemento cilíndrico;

10 b) Vista frontal y lateral de la lenle Einzcl 1; e) Vistas de la lente Einzcl 11: a la izquierda, la visla lateral izquierda; en el centro, la vista frontal y a la derecha, la visla lateral derecha.

La figura 3 muestra un diagrama energético simplilicado de la pérdida de energía cinética 15 del ion que entra en el clemento cilíndrico (2).

La figura 4 muestra un espectro de tiempo de vuelo de iones N2' producidos en una dcscarga de gases Nz y posteriormcnte extraídos con un potencial positivo.

20 La figura 5 muestra dos espectros de tiempo de vuclo correspondientes a un haz de N2, cuando se emplean la primera lente EinzeJ (1) Y el elemento cilíndrico (2).

La figura 6 muestra espectros de tiempo dc vuclo para el mismo haz jónico de la figura 5, cuando se emplea también la segunda lente Einzcl (3).

Aplicación industrial La presente invención resulta de gran utilidad para llevar a cabo estudios espectroscópicos y analíticos dc gran resolución y sensibilidad de especies iónicas así como en otros usos más tecnológicos como el grabado o implantación iónica en la industria de

30 semiconductores.

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo clcctroóptico para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía

   caracterizado porque comprende, al menos. a) una primera lente Einzel (1), b) un elemento cilíndrico intermedio (2), e) una segunda lente Einzcl (3), el) medios para sujetar y alinear los elementos entre sí y con el haz de iOlles.

2. 2.

   Dispositivo clcClroóptico para obtener haces jónicos de gran densidad y baja cnl:rgía según la reivindicación 1 caracterizado porque la primera lellle Einzel (1) cstú rormada por tres discos (11), (12) Y (13) cuyos diámetros externo e interno se optimizan según la aplicación en In que van a ser utilizados.

3. 3.

   Dispositivo cJcclroóptico para obtener haces jónicos de gran densidad y baja encrgía scgún la reivindicación 1 caractcrizado porquc cl clcmento cilíndrico intcrmcdio (2) csta situado entre Ins dos lentes Einzcl y porque está fabricado cn cualquier material conductor.

4. 4.

   Dispositivo elcctroóptico para obtcncr haccs iónieos dc gran dcnsidad y baja encrgía según la reivindicación 1 caractcrizado porque la segunda lente Einzc\ (3) estú !ormada por «e, di,cos (3\), (32) Y(33).

5. 5.

   Dispositivo e!cclroóplieo pma obtener haces jónicos de gran dcnsidad y baja energía según las reivindicacioncs I y 4 caracterizado porque los discos lateralcs (31) y (33) son simétricos entre sí y más largos quc el disco central.

6. 6.

   Dispositivo electroóptieo para obtener haccs iónicos dc gran densidad y baja cncrgía scgúll las reivindicacioncs 1,2,4 Y 5 caraclcrizado porquc los discos (11), (12,) (13), (31),

   (32) Y (33) de las lentes Einzcl (1) y (2) están fabriendos cn cualquier rnmcrial conductor.
7. 7. Dispositivo elcctroóptico para obtener hnccs iónicos dc gran densidad y baja energía según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 Y 6 caracterizado porque el malcrial conductor es du !'al umi nio.

   S. Dispositivo clcclroóptico para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía según las reiv indicaciones 1, 2, 4 )' 5 caracterizado porqlle los discos (11), (12.) (13), (31).

   (32) Y (33) de las lentes EinzcJ (1) y (2) están aislados eléctricamente entre sí por medio de picZ<ls de cualquier material aislante.

   'J. Dispositivo clcctl'Oóptico para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía según las reivindicaciones 1, 2, 4, 5 Y 8 caracterizado porque el material aislante es cl.! rúln ica.

8. 10.

   Dispositivo elcctroóptico para obtener haces jónicos de gran densidad y baja energía según las reivindicaciones 1, 2,4,5 Y 8 caracterizado porque el material aislante es macor.

9. 11.

   Dispositivo elcctroóptico para obtcner haces iónicos de gran dcnsidad y baja encrgía scgún las rcivindicacioncs l. 2, 4 Y 5 caracterizado porquc los discos (11). (12,) (13), (31),

   (32) Y (33) de las lentes Einzcl (1) y (2) tienen un agujero roscado en su parte superior para wllcctarlos. mediantc un cable eléctrico, a un detenn inado potencial.

10. 12.

    Dispositivo eleetroóptieo para obtencr haces iónicos dc gran dcnsidad y baja cncrgía scgún la reivindicación I caracterizado porque todos los elementos tienen cuatro agl~ieros n 90(1 grados por donde sc introducen los medios prtra sujetar y alinear los elcmentos entre sí y con e[ haz de iones y porquc estos mcdios son ClJatro varillas roscadas introducidas cn dicllos agujeros.

11. 13.

    Dispositivo c1eetroóptieo para obtener haces iónicos de gran densidad y baja energía según las reivindicaciones 1 y 12 caracterizado porque las varillas van roscadas a la fucntc dc iones y porque Se garantiza que la dirección del haz de iones está bien alineado a lo I¡¡rgo del eje central del dispositi vo.

12. 14.

    Método para obtener haces iónicos de gran densidad y baja cnergía uti liZ<'lndo el dispositivo eleetroóptieo sei'íalado en de las reivindicaciones 1-13 que comprende al menos [as fases:

    -

    incidir un haz de iones en [a primera [ente Einzel (1) de[ dispositivo;

    vanar el voltaje del disco de enroque (12) de la primera lente Einzcl (1 ) hasta conseguir el enfoque mé.lximo, la máxi ma señal, en el delector de iones; incidir el haz de iones en el interior del elemento cilíndrico (2); aplicar un voltaje <kterminado al elemento cilíndrico (2); llevar el vahaje del elemento cilíndrico (2) a cero llevando éste a masa; frenar o dccelerar el haz de iones e11 el interior del elemento cilindrit:o (2); incidir Ull haz de iones en la segunda lente Einzel (3) del dispositivo; variar el voltaje del disco de cn loque (32) de la segunda lente Einzcl; enfocar el haz de iones saliente ell el plinto imagen deseado, disminuyendo SLI divergencia, medir la intensidad del haz )' grabar los pulsos para rC<llizar medidas comparativas.

13. 15.

    Método para obtencr haces jónicos de gran densidad y baja encrgía según In reivindicación 14 caracterizado rorque cuando lo ioncs con una energía cinética El están dentro del elemento cilíndrico (2) )' sc aplica un voltaje determinado, los iones continúan moviéndose dentro de él con una energía E2 y porque E2 es menor que El.

14. 16.

    Método para obtener haces jónicos de gran densidad y baja cncrgía según las reivindicaciones 14 y 15 caracterizado porque el voltaje aplicado es tal que, multiplicado por la carga del electrón, es igual a la difercncia entre la energía cinctica inicial El mellOS la energía energética ¡¡nal E2.

15. 17.

    Método para obtcner haces iónicos de gran densidad y baja encrgía según la reivindicación 14 caracterizado porque trabaja con haces de iones con una energía cinética comprendida entre Oy 10 KeV.

16. 18.

    Método para obtcner haces iónicos de gran densidad y baja energía según la rei vindicación 14 caracterizado porque trabaja con haces de iones tanto positivos como negativos.

17. 19.

    Método para obtener haces jónicos de gran dcnsidad y baja energía según las rei vindicaciones 14 y 18 caracterizado porque cuando el haz cstá formado por cationes el voltajc utilizado es positivo.

18. 20.

    Método para obtener haces jónicos de gran densidad y bajn energía seg.ún h.ls reivindicaciones 14 y 18 caracterizado porque cuando el haz esta formado por aniones el voltaje utilizado es negativo.

19. 21.

    Método paro oblener haces jónicos de gran densidad y bnja cncrgia según la reivindicación 14 caracterizado porque trabaja con haces ele iones tanto pulsados como continuos.