[發(fā)明專利]一種新型的固體表面分析儀器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 91104966.5
• 申請(qǐng)日: 1991-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1068892A
• 公開(kāi)（公告）日: 1993-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉武;任多敏;黃光明;胡秉誼;劉立民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N30/00
• 分類號(hào): G01N30/00
• 代理公司: 華中師范大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 張昌旭,鄭中付

本發(fā)明屬于固體表面分析技術(shù)領(lǐng)域。

經(jīng)國(guó)際聯(lián)機(jī)檢索《國(guó)際專利索引》和《科學(xué)文摘》文庫(kù)，目前尚未報(bào)道。

本發(fā)明的目的在于對(duì)凝聚態(tài)，特別是固體材料及其表面性能的研究;固體表面物理、化學(xué)過(guò)程的研究分析;樣品周?chē)h(huán)境氣體的分析，提供了一種新的測(cè)試方法和手段。

本發(fā)明由真空系統(tǒng)、高增益探測(cè)器（如多微通道板探測(cè)器）、負(fù)高壓脈沖發(fā)生器、飛行時(shí)間質(zhì)譜記錄儀、脈沖激光發(fā)生器、配氣系統(tǒng)和必需的電源等組成，如圖所示。并可配置磁或電偏轉(zhuǎn)裝置、可調(diào)樣品裝架、樣品（加熱、制冷）控溫系統(tǒng)、可調(diào)探測(cè)孔、及系統(tǒng)控制微機(jī)、等等，來(lái)擴(kuò)大其功能。

本發(fā)明將所研究的樣品制成針形，在超高真空條件下通過(guò)對(duì)樣品加熱進(jìn)行熱脫附和加正高壓產(chǎn)生場(chǎng)蒸發(fā)等手段清潔樣品表面后，再充入一定氣壓的所要求氣體。由于化學(xué)吸附作用和表面化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下（如熱激發(fā)、光激發(fā)、電激發(fā)）樣品表面有離子產(chǎn)生。再給樣品加以一定幅度納秒寬的負(fù)脈沖高壓，或在一定直流負(fù)偏壓的條件下用納秒或亞納秒激光脈沖瞬間加熱樣品表面將促進(jìn)固體表面負(fù)離子形成，并使之從表面脫附;經(jīng)過(guò)外電場(chǎng)加速，獲得一定的能量。經(jīng)電場(chǎng)加速的不同負(fù)離子具有與其電荷成正比、質(zhì)量成反比的速度，它們飛過(guò)一定的距離到達(dá)探測(cè)器，產(chǎn)生幅度與同時(shí)到達(dá)離子數(shù)成正比例的輸出脈沖。由于不同質(zhì)量電荷的負(fù)離子飛過(guò)同樣的距離所需要的時(shí)間不一樣;由同一脈沖“同時(shí)”產(chǎn)生的各種負(fù)離子按其質(zhì)荷比的大小，將先后不同地到達(dá)探測(cè)器，從而得到其飛行時(shí)間質(zhì)譜。在負(fù)離子發(fā)射時(shí)伴隨大量電子發(fā)射的情況，可采用磁或電偏轉(zhuǎn)的方法使電子偏轉(zhuǎn)出探測(cè)范圍，或是在電子到達(dá)期間使探測(cè)器不工作，以保護(hù)探測(cè)器。由于它的基本結(jié)構(gòu)和質(zhì)譜的方法與現(xiàn)有的原子探針場(chǎng)離子顯微鏡（Atom-Probe????Field-Ion-Microscope）大同小異，亦可稱為“負(fù)離子原子探針”。

本發(fā)明與比現(xiàn)有的原子探針場(chǎng)離子顯微鏡相比，具有以下特點(diǎn)：（1）負(fù)離子形成的機(jī)理與原子探針中正離子的形成不同，因此本儀器工作基于完全不同的機(jī)理。（2）能夠得到后者所沒(méi)有的負(fù)離子譜，從完全不同的方面去分析材料表面;（3）工作中樣品上所需電壓僅為后者的十分之一，不但使實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本擺脫了外加高場(chǎng)的影響，而且擴(kuò)大了可研究材料的范圍，這是后者自今未能解決的困難;（4）能在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，后者一般只工作在低溫下;（5）與后者相結(jié)合，能獲取更豐富的研究信息，如負(fù)離子的形成與固體表面成分和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，負(fù)離子產(chǎn)生對(duì)樣品表面的影響，等等。

圖1.樣品分析真空室，2.探測(cè)器，3.照（攝）相機(jī)，4.質(zhì)譜記錄儀，5.脈沖激光發(fā)生器，6.負(fù)高壓脈沖發(fā)生器。7.直流高壓電源，8.配氣系統(tǒng)。

采用本發(fā)明，可由負(fù)離子飛行時(shí)間譜的時(shí)間和豐度，可鑒定負(fù)離子種類及產(chǎn)額;由負(fù)離子飛行時(shí)間譜的分布和形狀，可以獲得負(fù)離子在樣品表面的狀態(tài)、負(fù)離子的平均壽命、和能態(tài)的有關(guān)信息;由獲取特定負(fù)離子譜的實(shí)驗(yàn)條件，可獲得有關(guān)負(fù)離子生成機(jī)理的信息，從而達(dá)到上述研究的目的。