ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аппаратура и методика измерений из "Молекулярный масс спектральный анализ органических соединений" Одной ИЗ главных методических трудностей при изучении вторичной ионной эмиссии из диэлектрических материалов является образование на их поверхности трудно контролируемого электрического заряда, что затрудняет сбор вторичных ионов. Рассмотрим основные процессы, которые приводят к образованию таких зарядов на поверхности диэлектрической мишени, если она находится в электрическом поле, способствующем эмиссии положительно заряженных ионов. Как известно, бомбардировка поверхности твердого тела ионами с энергией, превышающей несколько сотен электронвольт, приводит к эмиссии положительно и отрицательно заряженных ионов и вторичных электронов. На рис. 7.2 показаны потоки приходящих и уходящих с мишени заряженных частиц в этих условиях. [c.178] Наличие заряда на поверхности мишени может исказить вытягивающее электрическое поле и ухудшить эффективность сбора вторичных ионов. Кроме того, если диэлектрическая пленка имеет неодинаковую толщину, то, как следует из выражения (7.1), различные ее участки будут иметь разные потенциалы. Это приведет к увеличению разброса вторичных ионов по кинетическим энергиям и, следовательно, к ухудшению разрешающей способности масс-спектрометра. [c.179] Заряд мишени удается существенно снизить, если бомбардировку мишени осуществлять пучком ускоренных нейтральных атомов [253]. В этом случае устраняется основной источник заряда — интенсивный поток положительных ионов. Замена ионного пучка на атомный не изменяет вторично-эмиссионных масс-спектров зарядовое состояние бомбардирующих частиц практически не влияет на процессы, определяющие вторичную ионную эмиссию. [c.179] После перезарядной камеры в пучке присутствуют как ионы, так и быстрые атомы. Оставшиеся ионы легко удалить из пучка с помощью специального электрода, на который подается соответствующий тормозящий потенциал. Если же потенциал мишени выше ускоряющего напряжения ионной пушки, необходи- мость в тормозящем электроде отпадает. [c.180] При использовании пучков нейтральных атомов устраняется взаимосвязь между потенциалом мишени и ускоряющим потенциалом ионной пушки. Так, если потенциал мишени должен быть -ЬЗ кэВ и мишень бомбардируется положительными ионами с энергией 2 кэБ, то в пушке ионы должны быть ускорены до энергии 5 кэБ. При исследовании эмиссии отрицательных ионов энергия бомбардирующих частиц будет определяться суммой ускоряющего потенциала ионной пушки и потенциала мишени. Энергия же нейтральных атомов определяется только энергией ионов, из которых они получены. [c.180] При бомбардировке диэлектрической мишени пучком ускоренных нейтральных атомов ее потенциал также может меняться, в основном за счет эмиссии вторичных электронов. Однако при регистрации положительных вторичных ионов эмиссия вторичных электронов в значительной степени подавляется электрическим полем, которое создается для ускорения положительных вторичных ионов, тормозящих вторичные электроны. Поэтому единственным источником заряда поверхности остается эмиссия положительно заряженных вторичных ионов, которая не велика и, как правило, не приводит к заметным изменениям потенциала поверхности. Например, изменение потенциала на поверхности пленки политетрафторэтилена толщиной 0,6 мм, которая бомбардировалась пучком атомов аргона с энергией 2 кэБ и плотностью потока 10 ° атом/(см2-с), не превышало нескольких вольт. [c.180] Для нейтрализации положительного заряда мишени использовались электроны, создаваемые установленным вблизи мишени катодом энергия электронов не должна превышать 10 эБ во избежание ионизации остаточных газов и наложения их масс-, спектра на масс-спектр вторичных ионов. Кроме того, электроны, попадая на поверхность мишени, будут заряжать ее, и изменение потенциала будет тем больше, чем выше энергия электронов. [c.180] Для бомбардировки диэлектрических мишеней применялись также пучки отрицательных ионов [253, с. 3 254], которые, как оказалось, не создают больших зарядов на поверхности мишени. Однако их применение связано с определенными неудобствами, так как интенсивные пучки таких частиц могут быть получены из очень ограниченного круга веществ, которые к тому же отличаются высокой химической активностью. [c.181] В качестве ионных пушек могут быть использованы практически любые типы ионных источников. Главное требование, которое предъявляется к ионной пушке — большая величина ионного тока, и поскольку вторично-эмиссионные масс-спектры мало зависят от энергии бомбардирующих частиц, вполне допустим разброс бомбардирующих ионов по энергиям в пределах 10— 20%. При исследовании органических соединений (если не требуется послойный анализ) оптимальными являются газовые ионные источники с ионизацией электронным ударом, которые сравнительно легко позволяют получать ионные токи до 10 А при плотности потока бомбардирующих частиц 10 А/см . В тех случаях, когда послойный анализ необходим, т. е. нужно распылять образец с достаточно высокой скоростью, следует использовать более мощные ионные источники (дуаилазматрон, источник с осциллирующим электронным пучком, источник с высокочастотным разрядом и др.). При таких измерениях плотность тока в бомбардирующем пучке должна быть не ниже 10 А/см2. [c.181] Для исследования вторичной ионной эмиссии из низкомолекулярных летучих соединений использовался ВЭИ-источник, устройство которого показано на рис. 7.5 [255]. Мишень-подложка (1), изготовленная из меди или никеля, через изолятор (2) крепится к теплопроводящему медному стержню ( ), который в свою очередь прикреплен ко дну сосуда с жидким азотом (4). С задней стороны мишени установлен электрический нагреватель (5) и термопара 6). Такая конструкция позволяет менять температуру мишени в пределах от —180 до 4-500 °С. В ВЭИ-источник непрерывно напускаются пары исследуемого вещества, которые конденсируются на холодной поверхности подложки (/), образуя пленку твердого вещества. Толщину пленки можно менять в довольно широких пределах, изменяя температуру подложки и давление паров в области источника. [c.182] Эффективность ВЭИ-источников заметно ниже эффективности газовых ионных источников, применяемых при молекулярном анализе летучих веществ. Поэтому для регистрации вторично-эмиссионных масс-спектров необходимо использовать высокочувствительные системы измерения ионных токов. [c.182] В зависимости от свойств исследуемого вещества применяются три типа мишеней конденсационные, жидкостные и твердые. При работе с сильнолетучими веществами используются конденсационные мишени, которые приготавливаются в самом ВЭИ-источнике путем конденсации паров исследуемого вещества на охлажденную подложку. Если для исследования берется достаточно чистое вещество, то основным источником загрязнений мишени будут конденсирующиеся компоненты остаточного газа вакуумной системы. Степень загрязнения мишени в этом случае в основном определяется соотношением концентраций молекул исследуемого вещества и конденсирующихся молекул в остаточном газе. При исходном вакууме 10 Па и напуске паров исследуемого вещества до давления 10 Па (вода, аммиак, легкие спирты, бензол и др.) заметных загрязнений мишени не происходит. Этим способом могут быть приготовлены мишени, представляющие собой смесь нескольких веществ. Для этого в ВЭИ-источник напускается газовая смесь нужного состава. При этом надо иметь в виду, что не во всех случаях состав конденсационной мишени будет адекватно отражать состав газовой смеси вследствие различной скорости конденсации компонентов и возможной их кристаллизации, обусловливающей негомоген-ность пленки. [c.183] Вещества, которые при нормальных условиях являются жидкостями, наносят в виде капли на металлическую подложку вне вакуумной системы, замораживают, погружая подложки с каплей в жидкий азот и устанавливают подложку с замороженной каплей в ВЭИ-источник с охлажденным держателем мишени. [c.183] Если вещество при нормальных условиях является твердым, то мишень приготавливают путем нанесения тонкой пленки вещества на металлическую подложку. Необходимо стремиться к тому, чтобы пленка была по возможности тонкой и однородной по толщине оптимальной считается толщина 0,1—0,2 мм. В зависимости от свойств вещества такие пленки наносят на металлическую подложку следующими способами осаждением пленки из раствора, намазыванием разогретого вещества, напрессов-кой пленки из порошка, механическим закреплением готовой пленки. [c.183] Очистка поверхности мищеней, приготовленных из органических веществ, оказалась более простой, чем получение чистых металлических поверхностей. Даже в условиях относительно плохого вакуума (10 Па) нагрев мищени до температуры 150—200°С приводит к полной ее очистке от адсорбированных молекул. [c.184] Вернуться к основной статье