專利名稱：一種高價離子源的調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)譜離子源，離子刻蝕和材料表面處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子源是使中性原子或分子電離，并從中引出離子束流的裝置。電子轟擊(EI)電離源是通過熱陰極發(fā)射電子，將電子加速到一定能量形成電子束。然后用電子束轟擊氣體或者液體和固體樣品的蒸汽。當(dāng)電子的能量大于樣品分子的能量時，樣品分子因失去電子而電離成離子，從而實現(xiàn)樣品分子的離子化。這種電離源在同位素分析、有機分析和具有一點揮發(fā)性的液體樣品分析時，有著很廣泛的應(yīng)用。但他的缺點是樣品母體離子少，多數(shù)為碎片離子。電噴霧電離源(ESI)是通過噴針將樣品溶液噴出，在噴針針頭與施加電壓的電極之間形成強電場，該電場使液體帶電，帶電的溶液在電場的作用下向帶相反電荷的電極運動，并形成帶電霧滴。帶電的霧滴在電場作用下運動并迅速去溶，溶液中分子所帶電荷在去溶劑時被保留在分子上，最終使分子離子化。電噴霧電離源(ESI)屬于一種軟電離源，具有碎片離子少的優(yōu)點。此外還有激光電離源、放電離子源、射頻電離源和新型重離子源等等。每一種離子源都在分析某一方面的樣品具有優(yōu)勢和特定的應(yīng)用范圍。高價離子與傳統(tǒng)的一價離子相比具有高的電離勢，在與生物大分子相互作用過程中發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移和離子化的機理，與EI和ESI電離源有本質(zhì)的區(qū)別，高價離子既可以利用自身高的電離是將樣品分子離子化，也可以利用自身的能量與樣品分子發(fā)生碰撞使樣品分子離子化。團(tuán)簇由于自身的特性，在于激光相互作用過程中能夠產(chǎn)生高價離子、高能量電子、X射線，甚至引發(fā)核聚變。激光與團(tuán)簇相互作用是能夠產(chǎn)生高能的離子是一個非常普遍的現(xiàn)象，有關(guān)文獻(xiàn)報道，離子的能量可以達(dá)到幾千電子伏、氙元素的價態(tài)高二十。然而對激光與團(tuán)簇作用過程中產(chǎn)生的高價離子和高能電子的應(yīng)用卻很少。此外高價離子在光刻蝕方面也有很大的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)的分辨率與波長的有關(guān)，而光的波長是由限制的光刻的分辨率，紫外光的分辨率一般在0.1ym已達(dá)到極限。而離子刻蝕可以通過電場聚焦可以取得很高的分辨率，這也是未來半導(dǎo)體制造業(yè)的主要技術(shù)之一。高價離子用于光刻蝕，在進(jìn)行曝光的同時，可以進(jìn)行腐蝕工藝操作，也可以應(yīng)用在淹沒版制造和針對器件缺陷的檢驗和修復(fù)。由于團(tuán)簇與激光相互作用產(chǎn)生的高價離子空間發(fā)散性大，離子能量高，不能直接進(jìn)行應(yīng)用。本裝置是對激光與團(tuán)簇形成的高價離子進(jìn)行調(diào)制，將調(diào)制后的離子束作為一種新的質(zhì)譜離子源，或者用于材料表面的處理和離子刻蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對激光與團(tuán)簇相互作用后產(chǎn)生的高離子的不足，提供了一種高價離子源的調(diào)制裝置，對激光與團(tuán)簇相互作用過程中產(chǎn)生的高價離子進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種高價離子源的調(diào)制裝置，包括依次排列的高價離子引出電極組、聚焦透鏡、調(diào)速電極組和樣品靶；高價離子引出電極組為二板平行、相互間隔設(shè)置的金屬板狀電極，一為推斥電極、另一為加速電極，于一加速電極中部設(shè)有貫穿電極板體的孔；離子聚焦透鏡由2-5個同軸、相互間隔設(shè)置的金屬圓筒狀電極構(gòu)成；調(diào)速電極組為2-5個同軸、相互間隔設(shè)置的金屬圓筒狀電極，或為2-5塊平行、相互間隔設(shè)置的金屬板狀電極，電極中部設(shè)有貫穿電極板體的孔；一為屏蔽電極、其余為調(diào)速電極構(gòu)成；所述的加速電極的孔、離子聚焦透鏡、調(diào)速電極組的孔同軸設(shè)置，加速電極和屏蔽電極靠近離子聚焦透鏡設(shè)置；遠(yuǎn)離離子聚焦透鏡的調(diào)速電極外側(cè)設(shè)置有樣品靶，樣品靶設(shè)置于調(diào)速電極的孔的軸線上。所述的推斥電極的電勢高于加速電極的電勢。離子聚焦透鏡由2-5個的金屬圓筒狀電極，中間電極到兩邊的電極的電勢依次升高或依次下降。所有極片的電極均低于推斥電極的電勢。屏蔽電極與靠近聚焦透鏡的電極電勢相近。調(diào)速電極的電勢都低于推斥電極的電勢。所述的高價離子由激光與高壓氣體團(tuán)簇的相互作用形成，其結(jié)構(gòu)為，于加速電極的孔與推斥電極間的區(qū)域引入由激光光源發(fā)出的激光，同時在此區(qū)域經(jīng)管道通入高壓氣體，并于管道的出口處設(shè)置一電磁脈沖閥，電磁脈沖閥經(jīng)脈沖發(fā)生器與外電源相連，高壓氣體通過電磁脈沖閥后由管道的出口噴出，形成氣體團(tuán)簇。高價離子在推遲電極和引出電極的作用下從電離區(qū)引出，相對于加速電極的孔的推斥電極極板處設(shè)有一圓錐形凹槽，可以使通地加速電極孔的離子的通過率提高5 10%。所述的高價離子在通過引出極的中心孔離開電離區(qū)進(jìn)入聚焦透鏡。高價離子在轟擊材料表面前添加了調(diào)速電極，可以根據(jù)自己的需要選擇轟擊樣品的離子能量。激光和團(tuán)簇相互作用的過程中產(chǎn)生高價離子的同時也伴隨有大量的電子，引出的不僅可以是高價離子，也可以通過改變高價離子引出電極組電壓引出電子，離子和電子可以相互切換。通過改變高價離子引出電極組電壓，電子也可以引出來用于轟擊樣品。所述的離子的最終速度取決于離子產(chǎn)生位置的電勢、離子的初始能量和調(diào)速電極的電勢。推斥拉出電極、聚焦透鏡和調(diào)速電極采用了同軸設(shè)計。與現(xiàn)有高價離子束裝置相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點是:1.高價離子源與電子回旋共振離子源(ECR)、電子束離子源(EBIS)相比體積小。2.團(tuán)簇不斷更新，產(chǎn)生的高價離子穩(wěn)定，參數(shù)易控。3.高價離子能量容易調(diào)節(jié)。4.結(jié)構(gòu)簡單。


圖1為高價離子源的調(diào)制裝置示意圖；1-高價離子源；2_推斥引出電極組；3-高價離子聚焦透鏡；4_調(diào)速電極；5_樣品靶；6_推斥電極；7_加速電極；8_屏蔽電極；9-調(diào)速電極。圖2為圖1的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明用于對激光與團(tuán)簇產(chǎn)生的高價離子的調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制后的高價離子，具有低的動能，可以直接用做質(zhì)譜的離子源。如圖1所示，高價離子I通過激光與團(tuán)簇的相互作用產(chǎn)生。在推斥極6和加速極7的作用下，高價離子離開電離區(qū)。由于高價離子產(chǎn)生過程中高價離子的初始運動方向分散比較寬，離子的接受效率，推斥極6采用錐形結(jié)果，離子的接受效率可以提高5 10%左右。離子離開加速區(qū)以后進(jìn)入由2 5個筒電極構(gòu)成的離子聚焦透鏡3，聚焦透鏡中間電極的電勢同時高于或低于兩側(cè)電極的電勢。離子經(jīng)過聚焦透鏡3后離子束被壓細(xì)，通過調(diào)節(jié)聚焦透鏡中間電極的電壓，可以將離子聚焦到樣品靶5上面，從而在空間單位體積內(nèi)可以獲得高密度的高價離子束。由于激光產(chǎn)生的高價離子的能量比較高，高的能達(dá)到幾千電子伏，低的也有幾十電子伏。高價離子的能量需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其根據(jù)我們的目的達(dá)到合適的能量。需要樣品母體離子的碎片信息時，降低高價離子的能量。需要樣品碎片離子信息時，提高高價離子的能量。在聚焦透鏡3和樣品靶5之間添加了調(diào)速電極組4，用于調(diào)節(jié)高價離子的能量。為了提高高價離子的傳輸效率和提高高價離子的空間密度，推斥引出電極組2、離子聚焦透鏡3、調(diào)速電極4位于同一軸心線上。高價離子的最終速度取決于離子產(chǎn)生位置的電勢、離子的初始能量和調(diào)速電極的電勢。
權(quán)利要求
1.一種高價離子源的調(diào)制裝置，其特征在于:包括依次排列的高價離子引出電極組(2)、聚焦透鏡(3)、調(diào)速電極組⑷和樣品靶(5)； 高價離子引出電極組(2)為二板平行、相互間隔設(shè)置的金屬板狀電極，一為推斥電極(6)、另一為加速電極(7)，于一加速電極(7)中部設(shè)有貫穿電極板體的孔， 離子聚焦透鏡(3)由2-5個同軸、相互間隔設(shè)置的金屬圓筒狀電極構(gòu)成； 調(diào)速電極組(4)為2-5個同軸、相互間隔設(shè)置的金屬圓筒狀電極，或為2-5塊平行、相互間隔設(shè)置的金屬板狀電極，電極中部設(shè)有貫穿電極板體的孔；一為屏蔽電極(8)、其余為調(diào)速電極(9)構(gòu)成； 加速電極(7)的孔、離子聚焦透鏡(3)、調(diào)速電極組(4)的孔同軸設(shè)置，加速電極(7)和屏蔽電極(8)靠近離子聚焦透鏡(3)設(shè)置； 于遠(yuǎn)離離子聚焦透鏡(3)的調(diào)速電極(9)外側(cè)設(shè)置有樣品靶(5)，樣品靶(5)設(shè)置于調(diào)速電極(9)的孔的軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 推斥電極(6)的電勢高于加速電極(7)的電勢； 離子聚焦透鏡(3)由2-5個的金屬圓筒狀電極，中間電極到兩邊的電極的電勢依次升高或依次下降；所有極片的電極均低于推斥電極的電勢； 屏蔽電極⑶與靠近聚焦透鏡的電極電勢相近；調(diào)速電極的電勢都低于推斥電極的電勢。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:高價離子(I)由激光與高壓氣體團(tuán)簇的相互作用形成，其結(jié)構(gòu)為，于加速電極(7)的孔與推斥電極(6)間的區(qū)域引入由激光光源發(fā)出的激光，同時在此區(qū)域經(jīng)管道通入高壓氣體，并于管道的出口處設(shè)置一電磁脈沖閥，電磁脈沖閥經(jīng)脈沖發(fā)生器與外電源相連，高壓氣體通過電磁脈沖閥后由管道的出口噴出，形成氣體團(tuán)簇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 相對于加速電極(7)的孔的推斥電極(6)極板處設(shè)有一圓錐形凹槽，可以使通地加速電極(7)孔的離子的通過率提高5 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:高價離子引出電極組(2)、聚焦透鏡(3)和調(diào)速電極(4)為同軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高價離子源的調(diào)制裝置，包括高價離子源、聚焦透鏡、調(diào)速電極組、高價離子引出電極組、樣品靶。高價離子通過激光與團(tuán)簇相互作用產(chǎn)生，利用聚焦透鏡將高價離子會聚于樣品靶上，同時利用調(diào)速電極對高價離子的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號H01J49/10GK103165391SQ20111042725
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者李海洋, 趙無垛, 曲丕丞, 王衛(wèi)國, 花磊 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所