[發明專利]一種脈沖式離子源、質譜儀及產生離子的方法

有效

• 申請號: 201310461050.5
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103531432A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 龍濤;包澤民;王培智;曾小輝;張玉海;劉敦一
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院地質研究所
• 主分類號: H01J49/16
• 分類號: H01J49/16;H01J49/26
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 郭潤湘

技術領域

本發明涉及離子質譜分析技術領域，尤其涉及一種脈沖式離子源、質譜儀及利用脈沖式離子源產生離子的方法。

背景技術

二次離子質譜(Secondary?Ion?Mass?Spectrometry，SIMS)是目前靈敏度最高的表面化學分析手段之一，可以用于分析樣品化學成分及其含量，被廣泛應用于分析化學、半導體技術、環境保護、食品安全及地球化學等領域。SIMS擁有高空間分辨率、高靈敏度特點，可以在微區范圍內進行樣品深度成份分析、三維離子成像以及元素同位素豐度測定。

飛行時間二次離子質譜儀（Time?of?Flight?Secondary?Ion?Mass?Spectrometry，TOF-SIMS）需要采用脈沖一次離子的形式，脈沖一次離子經過加速聚焦轟擊樣品表面，濺射出二次離子，二次離子被提取進入質量分析器進行檢測。因此一次離子是產生二次離子的重要工具，其性能將直接影響TOF-SIMS的分析結果。因為不同種類的離子轟擊樣品產生的二次離子差異較大（離子動量不同、且到達樣品時間有差異）、不利于二次離子提取、分析等后期處理，所以需要盡可能地保證一次離子種類的單一性。目前TOF-SIMS一次離子生成過程中會伴隨產生大量不同種類的離子，為了減少這些離子對測量結果的影響，需要進行離子選擇，把非目標離子濾除，使單一成分的一次離子轟擊樣品，有利于提高SIMS分析性能。目前主要采用Wien-Filter、四級桿、離子井等部件實現離子濾除。這些部件無一例外地結構復雜、加工工藝復雜。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種脈沖式離子源、質譜儀及利用脈沖式離子源產生離子的方法，用以解決現有技術中TOF-SIMS離子源存在結構復雜、加工工藝復雜的問題。

本發明實施例提供了一種脈沖式離子源，該離子源包括：

由開有一孔的加速電極板隔開的離子生成腔室和離子處理腔室；

離子處理腔室內設置有第一偏轉板組、第二偏轉板組、用于匯聚離子的至少一個離子透鏡、開有一孔的第一遮擋板和開有一孔的第二遮擋板；

加速電極板上的孔、第一遮擋板的孔、第二遮擋板的孔和上述用于匯聚離子的離子透鏡位于同一軸線上；

第一偏轉板組位于所述加速電極板與第一遮擋板之間，在靠近加速電極板的一側沿上述軸線兩側相對分布；

第二偏轉板組位于第一遮擋板與第二遮擋板之間，在靠近第一遮擋板的一側沿上述軸線兩側相對分布；

第一偏轉板組與第一脈沖電源連接，第二偏轉板組與第二脈沖電源連接，加速電極板與加速電源連接；

上述用于匯聚離子的離子透鏡位于加速電極板與第一遮擋板之間；

第一脈沖電源和第二脈沖電源分別與用于延時觸發第一脈沖電源和第二脈沖電源的延時發生器連接。

上述第一偏轉板組可以由兩個第一偏轉板構成，這兩個第一偏轉板可以沿上述軸線兩側相對分布（可以對稱分布，也可以非對稱分布，可以平行設置也可以非平行設置）。當然也可以由大于兩個（最好是偶數個）的第一偏轉板構成，分成兩組沿上述軸線兩側相對分布。上述第二偏轉板組可以由兩個第二偏轉板構成，這兩個第二偏轉板可以在上述軸線兩側相對分布（可以對稱分布，也可以非對稱分布，可以平行設置也可以非平行設置）。當然也可以由大于兩個（最好是偶數個）的第二偏轉板構成，分成兩組沿上述軸線兩側相對分布。上述第二偏轉板組可以與第一偏轉板組有相同的設置，也可以為不同的設置。上述第一偏轉板組的具體結構可以是平面結構、也可以是曲面結構，還可以是折面結構；上述第二偏轉板組的具體結構可以是平面結構、也可以是曲面結構，還可以是折面結構。

上述離子源使離子在經過加速電極板后產生較大的能量，又因為離子剛剛通過陽極板上的孔，所以束斑直徑很小，當離子通過第一偏轉板組，在第一脈沖電源的控制下，離子實現脈沖化。

由于離子荷質比的不同，而使得離子從第一偏轉板組到第二偏轉板組的時間不同，所以當離子通過第二偏轉板組時，在第二脈沖電源的控制下，只有目標離子能夠通過第二遮擋板上的孔，從而實現離子種類選擇，并且該離子源具有結構簡單、加工工藝簡單的特點。

由于離子在上述實現離子脈沖化和后期進行成分選擇時都需要飛行很長的距離，所以離子透鏡對長時間飛行的離子起到聚攏的作用，防止離子發散造成損耗。

較佳的，加速電極板可以采用錐形口結構，這樣有利于離子束的提取。