裝有貝塞爾盒型能量分析儀的電離規和四極質(zhì)譜計的研制
貝塞爾盒型能量分析儀由三部分組成: 一個(gè)圓筒形電極、一個(gè)中心圓盤(pán)和兩個(gè)帶中心孔的側板, 該分析儀結構簡(jiǎn)單、結實(shí), 十分適用于電離規和四極質(zhì)譜計上。
對電離規而言, 分析儀被放置于電離器及離子收集器之間。在柵型電離器中所產(chǎn)生的離子被分離并注入到能量分析儀中。分析儀依據其激發(fā)的能量把電離器中產(chǎn)生的氣相離子和柵網(wǎng)表面上脫附的電子激勵解吸的離子分離開(kāi)。如果應用一個(gè)法拉第杯型離子收集器和一個(gè)靈敏的直流放大器來(lái)進(jìn)行離子流測量的話(huà), 那么該電離規測量范圍在10-10～ 10-3 Pa 之間。當二次電子倍增器采用脈沖計數方法時(shí), 所測量的壓力范圍在10-11～ 10-6 Pa 之間(A xTRAN , ISX2,ULVAC 公司). 其典型靈敏度對氮氣而言為(6. 7±0. 2) ×10-3 Pa-1和對氫而言為(2. 3±0. 04) ×10-3 Pa-1。
對四極質(zhì)譜計而言, 能量分析儀被置于在電離器和四極濾質(zhì)器之間。裝有該分析儀的質(zhì)譜計, 給出了沒(méi)有電子激勵解吸離子的簡(jiǎn)單質(zhì)譜。該分析儀能使四極質(zhì)譜計的離子收集器免受從柵網(wǎng)表面發(fā)射的X 射線(xiàn)的輻射, 和從電離器中的離子以及被激發(fā)的分子在退激勵過(guò)程中釋放的紫外線(xiàn)的輻射。這種屏蔽作用改善了在10-3 Pa 范圍內的氣體中微量雜質(zhì)的檢測極限, 使之降至億分之幾。
1、導言
電離規測量壓力范圍的下限主要取決于三個(gè)因素: 軟X 射線(xiàn)效應, 電子激勵解吸效應和量規中的出氣效應。為減少此三個(gè)因素的作用, 業(yè)已研制出多種類(lèi)型的電離規。其中, 裝有能量分析儀的電離規在從電子激勵解吸的離子中把氣相離子分離開(kāi)方面具有許多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該分析儀的結構也十分有效地使離子檢測器免受X 射線(xiàn)的直接輻射, 這些問(wèn)題的細節已于前面報告中予以闡述過(guò)。
近來(lái), 我們提出了一種新型電離規, 軸對稱(chēng)透射規(AT規)。在該量規上裝有由于結構簡(jiǎn)單而被選用的貝塞爾盒型能量分析儀。如果采用二次電子倍增器以脈沖計數模式來(lái)測量離子電流的話(huà), 該電離規十分適于進(jìn)行極高真空范圍內壓力的測量,可測的壓力低至10-12 Pa。采用法拉第杯型離子收集器直流測量方法代替脈沖計數測量法可使壓力測量上限延伸至10-3 Pa。裝有靈敏的直流放大器的量規可適用于測量10-10～ 10-3 Pa 范圍的壓力。
貝塞爾盒型能量分析儀被成功地應用到總壓力測量的壓力規之后, 該分析儀試圖用于四極質(zhì)譜計上。在別處也提出過(guò)類(lèi)似種類(lèi)的能量分析儀用到四極質(zhì)譜計上 , 但是本文所述的新型四極質(zhì)譜計顯示出更優(yōu)越的實(shí)用特點(diǎn)。常規的四極質(zhì)譜計所測得的質(zhì)譜常常包含著(zhù)電離器柵網(wǎng)表面上解吸的電子激勵解吸的離子的許多峰值。電子激勵解吸的離子的峰值與同樣質(zhì)荷比(m/z ) 的氣相離子的峰值相互重疊, 會(huì )與在超高真空至極高真空范圍內分壓值的測量相干擾, 并也與在工業(yè)過(guò)程中的活性氣體的分壓值的測量相互干擾。參照離化過(guò)程和碎片化過(guò)程對質(zhì)譜峰值的離子信號強度圖形的分析, 將用于這些工藝過(guò)程的研究之中。
在四極質(zhì)譜計中的貝塞爾盒型能量分析儀也可以降低質(zhì)譜上的本底噪聲, 這對于在殘余氣體或實(shí)際工作氣體中的微量雜質(zhì)的測量是極為重要的。
2、全壓真空規: 軸對稱(chēng)透射真空規(AT規)
圖1 為ULVAC 公司生產(chǎn)的A T 規(A xTRAN , ISX2 型) 的示意圖, 該規是由一個(gè)B-A真空規型電離器、一個(gè)貝塞爾盒型能量分析儀和一個(gè)法拉第杯型離子收集器構成的。全部安裝在直徑為70mm 的Conf latR 型法蘭上。以脈沖計數方式的二次電子倍增器作為離子檢測器的該真空規, 最初是為了測量極高真空(XHV ) 而研制開(kāi)發(fā)的。由本底波動(dòng)所決定的壓力測量下限估計大約在10-11 Pa左右。但是二次電子倍增器測得的離子數值適于10-5 Pa 以上的較高壓力測量。為擴大測量上限,研制出裝有法拉第杯型離子收集器的真空規以測量更廣范圍的壓力。
電離器是由一個(gè)柵型電子收集器和一個(gè)熱燈絲型的電子發(fā)射器構成。該柵網(wǎng)由鍍鉑鉬絲制成直徑為12mm 高為15mm 的圓筒形, 上下用六根細直絲相互連接著(zhù)兩個(gè)端環(huán)。柵網(wǎng)頂端不覆蓋電極, 因為這種有開(kāi)口的柵網(wǎng)會(huì )很容易地使氣相離子與電子激勵解吸的離子分離開(kāi)。此結果被計算機離子軌跡模擬所證實(shí)。安裝在柵網(wǎng)外邊的電子發(fā)射器是一個(gè)涂覆氧化釔的銥絲制成的環(huán)形燈絲。
貝塞爾盒型能量分析儀是由下列部分構成: 一個(gè)帶有直徑為3mm 中心圓盤(pán)的圓筒形電極和兩個(gè)帶有53mm中心孔的端板。不銹鋼圓筒形電極直徑為1 mm , 高度為35mm。用鉬片制成的中心圓盤(pán), 用來(lái)自圓筒形電極的鎢絲, 垂直于圓筒形軸線(xiàn)懸掛著(zhù)。該中心圓盤(pán)能屏蔽從柵網(wǎng)發(fā)射的X 射線(xiàn)對離
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