SOURCE IONIQUE SELECTIVE A HAUTE INTENSITE
Pour de nombreuses applications de l'électronique. [spectrographe de masse. analyse de surface. implantation d'ions etc.) des sources intenses d'ions monoénergétiques sont requises.HIGH INTENSITY SELECTIVE ION SOURCE
For many electronics applications. [mass spectrograph. surface analysis. ion implantation etc.) strong sources of monoenergetic ions are required.
Les meilleures sources existantes ne réalisent qu'un compromis plus ou moins heureux entre l'efficacité d'ionisation. la collection des ions et la dispersion en énergie de ces ions. La nouvelle source décrite ici permet au contraire d'allier une efficacité maximum d'ionisation à une collection quasi totale des ions. avec une dispersion en énergie négligeable. Elle permet en outre une extraction sélective des ions légers. en particulier de Ht L'ensemble de la source baigne dans un champ d'induction magnétique uniforme B . crée par un circuit magnétique convenable. L'adent ionisation est constitué
par les électrons .Ces électrons sont injectés dans la chambre d'ionisation parE@ parallèle à #. Une nappe d'électrons est ainsi formée et reste confinée dans un plan défini par le filament @ la direction de #. A l'intérieur de la chambre, une électrode de déflection, parallèle à la nappe électronique, crée un champ uniforme #i, perpendiculaire à B. Le mouvement des particules chargées dan; un tel système de champs croisés est la somme d'un mouvement circulaire et d'un mouvement rectiligne uniforme de vitesse égale à E" perpendiculaire au planEi,B.Le mouvement résultant est une cycloîde.The best existing sources only achieve a more or less successful compromise between the efficiency of ionization. the collection of ions and the energy dispersion of these ions. On the contrary, the new source described here makes it possible to combine maximum ionization efficiency with an almost total collection of ions. with negligible energy dispersion. It also allows selective extraction of light ions. in particular of Ht The whole of the source is bathed in a uniform magnetic induction field B. created by a suitable magnetic circuit. Adent ionization is made up
by electrons. These electrons are injected into the ionization chamber by E @ parallel to #. An electron sheet is thus formed and remains confined in a plane defined by the filament @ the direction of #. Inside the chamber, a deflection electrode, parallel to the electronic sheet, creates a uniform field #i, perpendicular to B. The movement of charged particles dan; such a system of crossed fields is the sum of a circular motion and a uniform rectilinear motion of speed equal to E "perpendicular to the plane Ei, B. The resulting motion is a cycloid.
Le rayon du mouvement circulaire est donné par
ou e/# = rapport charge-masse
tire vitesse initiale dans plan 1 cL B
Pour les électrons avec les valeurs usuelles de Ei 8 B ,u.la valeur de R est toujours très petite. de l'ordre au plus de 0.1 mm. La nappe électronique (espace d'ionisation) a pratiquement l'épaisseur du filament émetteur, soit environ 0.5 mm et peut être cnnfondue avec une surface équipotentielle du champ Et. Les ions de même masse vont décrire. à partir de cette surface. des cycloïdes identiques dans des plans perpen ulnaires à B et sorti latéralement de la source. Théoriquement. la totalité des ions créés sont extraits. Toutefois. le rayon R des cycloîdes est proportionnel à la masse m des ions.Pour des valeurs données de Ei et B. il existe une masse critiquemc. Pourm > mcles ions sont captés par l'électrode de déflection. La source constitue donc en fait un filtre passe-bas. ajustable avec E. The radius of the circular motion is given by
or e / # = charge-mass ratio
draws initial speed in plane 1 cL B
For electrons with the usual values of Ei 8 B, u. The value of R is always very small. of the order of 0.1 mm at most. The electronic sheet (ionization space) has practically the thickness of the emitting filament, ie about 0.5 mm and can be fused with an equipotential surface of the Et field. Ions of the same mass will describe. from this surface. identical cycloids in planes perpendicular to ulnar at B and exited laterally from the source. Theoretically. all of the ions created are extracted. However. the radius R of the cycloids is proportional to the mass m of the ions. For given values of Ei and B. there is a critical mass m. For m> mcles ions are captured by the deflection electrode. The source therefore constitutes in fact a low-pass filter. adjustable with E.
On peut en particulier mettre à profit cette propriété pour. avec un choix convenable de E, B, n'extraire que les ions et H5. Un diaphragme à la sortie de la source permet d'ailleurs d'arrêter les ions H+. On dispose ainsi d'un détecteur d'hélium très sensible.This property can in particular be used for. with a suitable choice of E, B, extract only the ions and H5. A diaphragm at the outlet of the source also makes it possible to stop the H + ions. This provides a very sensitive helium detector.
simple et de dimensions très réduites.simple and very small.
L'invention sera mieux comprise avec la descr@ L. @'un mode particulier de réalisation [ fig. I. vue latérale [a] et frontale [b]]. La source est placée entre les pôles d'un circuit magnétique M. Le filament [f] est tendu parallèlement aux fentes (a) aménagées dans la chambre d'ionisation [b]. Les électrons émis par le filament sont accélérés parallèlement à l'induction par une champ électrique Ee Ils décrivent des hélices très serrées autour des lignes d'induction : les trajectoires sont encore allongées par réflexion dans l'espace ou règne le champ Et. II se forme ainsi dans la source une nappe plane d'électron [e]. confondue avec une surface équipotentielle du champ déflecteur Eicrée par l'électrode [b].Sous l'action des champs croisés B, E. les ions créés dans (e) décrivent des cycloîdes [c3. Les ions de masse < mcsont captés par l'électrode [b3. Les ions de masse < mcquittent latéralement la source en (d) où ils peuvent être collectés ou utilisés.The invention will be better understood with the description of a particular embodiment [fig. I. lateral [a] and frontal [b]] view. The source is placed between the poles of a magnetic circuit M. The filament [f] is stretched parallel to the slots (a) made in the ionization chamber [b]. The electrons emitted by the filament are accelerated parallel to the induction by an electric field Ee They describe very tight helices around the induction lines: the trajectories are further lengthened by reflection in space where the Et field reigns. thus forms in the source a plane sheet of electron [e]. confused with an equipotential surface of the deflector field Eicrée by the electrode [b]. Under the action of the crossed fields B, E. the ions created in (e) describe cycloids [c3. Ions of mass <mc are captured by the electrode [b3. Ions of mass <m laterally exit the source at (d) where they can be collected or used.
Le système assure. en raison du confinement serré des électrons une ionisation élevée dans une région quasi équipotentielle. L'extraction des ions par champs croisés permet la collection totale des ions de masse < mcsans dispersion d'énergie. D'autre part. elle permet l'extraction sélective des ions de masse choisie. Dans ce but. une électrode auxiliaire k permet de de l"lr a-c (h) un diaphragme et donc une bande passante dont la limite supérieure 'c peut être choisie en variant Ei. L'éle@trode [k] est plane dans la région où agit le champ et placée parallèlement à [h] : elle coincide donc avec une surface équipotentielle de E,. Polarisée au potentiel correspondant, elle ne perturbe pas la distribution uniforme du champ. La source constitue en elle-même un véritable spectrograDhe de masse. très sensible et de dimensions réduites. particulièrement bien adaptée à la détection de l'hélium. par exemple The system provides. due to the tight confinement of electrons high ionization in a near equipotential region. The extraction of ions by crossed fields allows the total collection of ions of mass <mcs without energy dispersion. On the other hand. it allows the selective extraction of ions of chosen mass. For this purpose. an auxiliary electrode k enables a diaphragm and therefore a bandwidth, the upper limit 'c, to be chosen by varying Ei. The electrode [k] is planar in the region where the field and placed parallel to [h]: it therefore coincides with an equipotential surface of E. Polarized at the corresponding potential, it does not disturb the uniform distribution of the field. The source itself constitutes a true mass spectrograph. and small in size, particularly well suited to the detection of helium, for example
