192181. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szilárd testek vizsgálatára a szekunder részek energia szerinti elemzésével
1 192 181 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés szilárd testek felületi tulajdonságainak vizsgálatára a felületből kivált szekunder részek energia szerinti elemzésével. Az anyagok felületi vizsgálatára úgy tudományos, mint ipari technológiai célokra gyakran használják a szekunder ion tömegspektrométeres (SIMS) eljárást, melynek során a vákuumban elhelyezett vizsgálandó szilárd minta felületéből primer ionokkal történő „bombázás” hatására kilépő szekunder ionokat elemzik. A hagyományos SIMS vizsgálatok kimenő eredménye egy spektrum, amely a fajlagos tömeg és a hozzá tartozó szekunder ion intenzitása között ad kapcsolatot, miközben a berendezés automatikusan tömegről tömegre lépve végigpásztázza a teljes periódusos rendszert, pl. 0-300 tömegszám tartományban. Egy SIMS berendezés fontos jellemzője az m/Am feloldás, amely tulajdonképpen azt adja meg, hogy a kiválasztott m0 tömeg mellett még mennyi m0-tól Am-mel eltérő tömeg halad át a szóban forgó beállításnál. Ismeretes, hogy ezen m/Am feloldás a legtöbb tömegszétválasztó rendszernél a vizsgált szekunder ionok energiaszórásától erősen függ: nevezetesen nagy tömeg szerinti feloldást csak kis energiaszórással érkező tömegeknél lehet elérni és fordítva is igaz. A napjainkban általában elterjedt standard felépítésű SIMS berendezések tömegszétválasztó rendszerként quadrupolos szétválasztót használnak, melynek alkalmazását többek között az is indokolja, hogy a mintegy 100-200 m/Am feloldás még viszonylag nagy energiaszórás mellett is különösebb nehézség nélkül elérhető. Ezen oknál fogva a standard felépítésű SIMS berendezések, a minta és quadrupole bemenet között energiaanalizátort nem alkalmaznak. A pontosabb és részletesebb elemzések, elvi meggondolások, éppúgy, mint kísérleti mérési eredmények azonban arra mutatnak, hogy amennyiben megfelelően méretezett - nem túlságosan nagy energia szerinti felbontású, de még elegendő nagy transzmissziójú - energiaanalizátort helyezünk a minta és a quadrupole bemenete közé, akkor az adott SIMS berendezés által szolgáltatott spektrum jel/zaj viszonya észrevehetően megjavul. Éppen ezért jelenleg már használnak a minta és a quadrupole bemenete között valamilyen energiaanalizátort, melynek jellemző értékeit a SIMS vizsgálat folyamán a spektrum felvétele közben nem változtatják. Ismeretes, hogy a SIMS vizsgálatok során, a földhöz képest feszültségen lévő mintát 1-10 keV energiájú primer ionokkal bombázzuk, majd a belőle kilépő szekunder ionokat energiaanalizátoron átvezetve a földhöz képest feszültségen lévő quadrupole tömegszétválasztóval elmezzük a fajlagos tömegintenzitás vonatkozásban. Lényegesen továbbjavítja az ily módon a mintáról nyert információ fizikai értékét azonban a szekunder ionok energiaeloszlás szerinti elemzése. Az információk jobb megértését 3 db ábra segíti :- az 1. ábra a berendezés felépítését,- a 2. ábra az eljárás megvalósításához szükséges idő függvényeket,- a 3. ábra egy lehetséges konkrét megvalósítási módot mutat be. A cél érdekében alkalmazott eljárásnál a 7 minta és a 4 quadrupole közé 3 energiaanalizátort helyezünk el, központi digitális 8 CPU vezérlőegységgel úgy vezérlünk 10 D/A digitál analóg átalakító egységeken keresztül 10.1, 10.2 tápegységeket, hogy az általunk szolgáltatott, a 3 energiaanalizátor fém elektródáira kapcsolódó 12 Eszektor feszültség vonatkozó 14 idődiagramnak megfelelően az idő függvényében minimális és maximális Emi„, Emax energiaértékek között meghatározott x periódus idővel, az időben fűrész függvény szerint változik, ezzel kialakítjuk az energiaanalizátor megkívánt pillanatnyi Esz(t) áteresztési energiáját, egyidejűleg központi digitális 8 CPU vezérlőegységgel úgy vezérlünk 11 D/A digitál analóg átalakító egységeken keresztül megfelelő 11.1 tápegységeket, hogy az általa szolgáltatott, a 7 minta és a föld között fellépő 6 Utarget feszültség a vonatkozó 15 idődiagram szerint az idő függvényében meghatározott x periódus idővel fűrészfog szerint változik, egy UTo maximális érték körül adott Emax-Emin amplitúdóval, ezzel kialakítjuk a 7 minta megkívánt pillanatnyi UT(t) feszültségét a földhöz képest, és a központi digitális 8 CPU vezérlőegységgel úgy vezérlünk 4 quadrupolt tápláló 9.1, 9.2 tápegységeken keresztül, hogy a 4 quadrupole kialakuló 5 UAXIS tértengelyfeszültség kielégítse az UT(t) + Esz(t) — UAXIS = E^ összefüggést, ahol E^ meghatározott energia (pl. 3 eV) a 4 quadrupole bemenő A pontján, valamint egyidejűleg a 4 quadrupole által elemzésre kerülő tömeget a vonatkozó 13 idődiagramnak megfelelően szinkron változtatjuk az idő függvényében oly módon, hogy a x periódus időn át a pillanatnyi m0 tömegértéken tartjuk, miközben az Esz(t), UT(t) feszültségeket a kísérletileg előzetesen meghatározott és központi CPU RAM területén tárolt függvénynek megfelelően automatikusan változtatjuk és rögzített m0 tömeg mellett energiaintenzitás vonatkozásban elemzünk. A berendezés egyik lehetséges megvalósításának módját a 3. ábrán láthatjuk, amely ultravákuum térben elhelyezett 7 mintát, a 7 mintát bombázó szabályzóit intenzitású, energiájú és összetételű 1 primer ionokat megfelelő gázból (pl. Ar) elektron ütközéssel előállító primer ion ágyút, valamint a 7 mintából a bombázás hatására kilépő 2 szekunder ionokat fajlagos tömegintenzitás vonatkozásában elemző 4 quadrupolt tartalmaz. A 7 minta és a 4 quadrupole között 10.1, 10.2 tápegységekhez kapcsolódó adott geometriájú (pl. 127°-os szektor) fémelektródákat magába foglaló 3 energiaanalizátor helyezkedik el, hogy a 9.1, 9.2, 10.1, 10.2, 11.1 tápegységek 9, 10, 11 D/A digitál analóg átalakító egységeken keresztül szinkron üzemű 8 CPU vezérlőegységgel állnak összeköttetésben. A találmány szerinti megoldással kiegészített SIMS berendezés kimenő adatai az alábbiak szerint módosulnak : 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
