一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于材料表面检测技术领域，公开了一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置，试验台固定在超高真空腔内，内部固定有离子源发生装置

【技术实现步骤摘要】
一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置


[0001]本技术属于材料表面检测
，尤其涉及一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置
。

技术介绍

[0002]目前，材料表面检测手段是采用低能离子束分析技术对材料表面做纳米尺度的表征分析，主要装置聚焦在二次离子质谱分析
(secondary ion mass spectroscopy,SIMS)
中产生离子束的核心装置
‑
离子源，主流金属蒸汽离子源是热蒸发型或溅射型的碱金属离子源，如
Cs
+
离子源
。
气体离子源大多用潘宁离子源，能产生比较稳定的惰性气体
Ar
+
，
Ne
+
离子束和活性气体
O
2+
离子束等
。
将这两种离子源组合起来，在
10keV
能量范围内，引出
Cs
+
，
Ar
+
等离子束，轰击到材料表层几纳米至数百纳米的深度，对材料表面的元素及含量
、
深度分布等信息给出比较直观的分析
。
[0003]然而由于半导体行业摩尔定律的失效，造成材料表面的超浅层注入或成分分析将面临极大的挑战，现有所采用的单离子束探针技术针对材料表面的元素甄别和定量化分析不成熟，在有限入射能量下，覆盖从材料表面到某一深度处的检测范围不宽，难以实现宽域化的离子探针检测
。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的单粒子探针技术针对材料表面的元素甄别和定量化分析不成熟，在有限入射能量下，覆盖从材料表面到某一深度处的检测范围比较窄，难以实现宽域化的离子束探针检测
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置
。
[0006]本技术是这样实现的，一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置设有：试验台
、
离子束引出终端
、
质量
/
能量分析谱仪探头等都处于一个材质为
304
不锈钢的高真空腔内，该真空腔是一个三通“T”结构腔，最下端接超高真空机组系统，一端连接放样品的舱门，另一端连接能实现“前后左右”二维运动的试验台的外部引线等部件
。
在圆柱形腔壁上的不同位置分别布置5个窗口，4个窗口分别用来固定潘宁气体离子发生器离子束引出端
、Cs
+
离子发生器离子束引出端
、
气体团簇离子源发生器离子束引出端和质量
/
能量分析谱仪探头，1个窗口安装石英玻璃作为观察窗，位于真空腔内的石英玻璃一侧加不锈钢挡板，挡板通过腔外的拨片来实现对石英玻璃内侧的保护和外部的观察
。
所述试验台固定在超高真空腔内，是一个通过步进电机控制能实现“前后左右”运动的金属平台，从腔体一段接入的步进电机电引线
、
电极和密封材料必须是能适用于高真空环境的真空材料
。
[0007]三种离子源设备都是独立的的装置，将其产生的离子束通过吸极
(
加速极
)
分别引入上述超高真空腔室的3个窗口中，离子束终端产生的电离气体离子束
、Cs
+
离子束和气体团簇离子束能独立对放置在试验台金属平台上的样品的不同位置进行辐照试验
。
[0008]三种离子源的吸极
(
接负电位，对正离子加速
)
共用一套外部独立的可调节直流高压电源，电压调节范围0～
20kV。
经加速电场后的荷能离子束经过
10
～
20mm
的距离后进入漂移管，再经过电四极透镜聚焦，通过一个中心圆孔为
1mm
的石墨光阑，中心孔的开启通过腔室外的拨片来控制，当不开启时，石墨光阑上的真空电引线连接腔室外的束流积分仪，可以监控打在石墨光阑中心的离子束流强度，调节电四极透镜电源的
X、Y
方向的电压大小，能改变离子束路径包络，当束流强度足够大时，通过外部拨片开启光阑孔，聚焦的离子束穿过孔轰击到金属平台上的样品上
。
三种离子源可共用一套外部独立的电四极透镜系统
。
当使用一种离子源产生的离子束对样品进行分析时，离子束的能量可以调节直流高压电源输出的电压进行控制，离子束的准直和流强大小由电四极透镜系统来控制
。
[0009]质量
/
能量分析谱仪的探头通过上述超高真空腔的4号窗口接入，探头位置固定在试验台的正上方
。
该装置可以直接使用英国
Hiden Analytical
公司生产的
Hiden EQS1000Mass Energy Analyser
产品
。
[0010]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0011]第一
、
针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细
、
深刻地分析本技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果
。
具体描述如下：
[0012]本技术实施例通过设有试验台固定在“T”型超高真空腔内，腔体两端分别接步进电机电引线和放置样品的舱门，腔壁4个窗口分别固定离子源产生的离子束引出终端和质量
/
能量分析谱仪探头
、1
个窗口用石英玻璃进行真空静密封连接形成试验观察窗，质谱分析仪固定在试验台正上方，团簇离子束发生器位于试验台左端，气体潘宁源发生器和
Cs
+
离子源发生器位于试验段右端，试验台中间固定有样品
。
能实现材料最外表面层的元素甄别和定量化分析，能实现高灵敏度的复杂无机物
、
有机物
(
包括生物样品
)
混合系统的
SIMS
元素示踪和图像化分析
。
[0013]第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
[0014]本技术实施例结构紧凑，效果明显，通过离子源发生装置能实现半导体超浅
P
‑
N
结以及纳米复合多层结构薄膜的深度剖面分析
。
[0015]第三，作为本技术的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
[0016](1)
本技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置，其特征在于，所述用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置包括：试验台；所述试验台固定在超高真空腔内，内部固定有离子源发生装置
、
质谱分析仪和调节装置，所述离子源发生装置和质谱分析仪通过调节装置固定在试验台上端，质谱分析仪固定在试验台正上方，试验台中间固定有样品
。2.
如权利要求1所述的用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置，其特征在于，所述离子源发生装置设有潘宁气体离子源发生器
、Cs
+
离子源发生器和气体团簇离子源发生器
。3.
如权利要求2所述的用于材料表面纳米尺度分析的多功能离子源装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽松，吐沙姑，
申请(专利权)人：珠海鑫泽瑞科技有限公司，
类型：新型
国别省市：