Капилларитрон

Капилларитрон — устройство для создания ионных и атомных лучей.

Механизм

Капилларитрон с кварцевым капилляром в работе в вакуумной камере: слева светящийся капилляр с плазмой до экстракционного катода и справа за ним голубоватый светящийся ионный пучок.

Капилларитрон, основная концепция которого была опубликована в 1981 году, состоит из тонкого металлического капилляра , по которому течет газ в качестве анода , и концентрического экстракционного катода с выходным отверстием. Поток газа через капилляр извлекается , когда высокое напряжение (обычно несколько киловольт ) ионизируется свободными электронами и вторичными электронами , которые ускоряются к аноду (см. также ударную ионизацию ). Положительно заряженные ионы ускоряются в электрическом поле и образуют ионный пучок за отверстием экстракционного катода. ^{[ 1 ]} Благодаря процессам рекомбинации и перезарядки в плазме пучок частично состоит и из незаряженных атомов . ^{[ 2 ]}

Капилляр обычно состоит из устойчивых материалов, например вольфрама . Дальнейшей разработкой 1992 года стал кварцевый капилляритрон. Здесь капилляр состоит из кварца , электроизоляционного материала , в который вставлена металлическая проволока для создания анодного потенциала. ^{[ 3 ]} Преимущество заключается в более простом, гибком и дешевом производстве кварцевых капилляров с заданным внутренним диаметром , которые, в отличие от металлических капилляров, не нужно сверлить , а можно электрохимически травить или изготавливать стеклодувом . ^{[ 3 ]}

Как правило, инертный газ в качестве рабочего газа используется , поскольку он подвергается лишь незначительной химической реакции с другими задействованными материалами. Однако капилляритрон работает и с водородом , с азотом или даже с воздухом . ^{[ 4 ]}

С помощью ионных пучков капилляритронов плотности тока до 10 килоампер на квадратный миллиметр и токи пучков в несколько миллиампер. достигаются ^{[ 5 ]}

Благодаря фокусировке с помощью ионной оптики лучи с высокой плотностью мощности можно генерировать в высоком вакууме , что также можно использовать для выборочной обработки поверхностей. ^{[ 6 ]}

Приложения

Капилляритроны имеются в продаже. ^{[ 7 ]}

Ионные и атомные пучки можно использовать для распыления поверхностей на больших площадях, а распыленный материал можно использовать для осаждения тонких пленок . ^{[ 8 ]}^{[ 6 ]} Атомные пучки также можно использовать для обработки изоляционных поверхностей. При использовании ионных пучков такие поверхности станут более электростатически заряженными, что замедляет движение ионов до того, как они достигнут поверхности. ^{[ 9 ]}

Кроме того, капилляритрон как источник атомов можно использовать для масс-спектрометрии . ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Капилляритроны также подходят для применения в ускорителях . ^{[ 12 ]}

Дальнейшее чтение

Джон Ф. Махони, Юлиус Перель, А. Теодор Форрестер: Капилларитрон: новый универсальный источник ионов. В: Прикл. Физ. Летт. 38, 1981, С. 320–322 ( дои : 10.1063/1.92355 ).
Юлиус Перель, Джон Ф. Махони, Бернард Каленшер: Исследование источника ионов капилляритрона для электродвижения , AIAA , 15-я Международная конференция по электродвижению, 1981 г., Лас-Вегас, США, опубликовано в Интернете 17 августа 2012 г. ( дои : 10.2514/6.1981-747 ).
Юлиус Перель: Источник ионов для полезной нагрузки ракеты , 6-й квартальный отчет о состоянии, Лаборатория геофизики ВВС, Пасадена, США, август 1983 г.
Роланд Ханке, Хельмут Кнапп, Детлеф Рюбесаме, Стефан Веге, Хайнц Нидриг: Капилляритронный источник ионов в виде триодной системы в сочетании с линзой Эйнцеля. , В: Ядерные приборы и методы в физических исследованиях , Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами , тома 59–60, часть 1, 1 июля 1991 г., страницы 135–138 ( дои : 10.1016/0168-583X(91)95193-H ).
Маркус Бауч, Патрик Варадинек, Стефанвеге, Хайнц Лоу: компактный и недорогой кварцевый капилляритронный источник. В: Дж. Вак. наук. Тех. А. 12, № 2, 1994, стр. 591–593 ( дои : 10.1116/1.578839 ).

Ссылки

^ Лион, Филип А. (1985). Десорбционная масс-спектрометрия: SIMS и FAB — одно и то же? . Американское химическое общество. п. 127-135. ISBN 978-0-8412-0942-8 .
^ Черепин, В.Т. (28 апреля 2020 г.). Вторичная ионная масс-спектроскопия поверхностей твердых тел . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4665-6373-5 .
^ Перейти обратно: ^а ^б DE 4242616 , Маркус Бауч, Патрик Варадинек, Стефан Веген, «Процесс изготовления капилляров и их использование в устройстве для генерации пучка ускоренных ионов и/или атомов», опубликовано 13 июня 1996 г., выдано 14 декабря 1992 г.
^ Бауч, Маркус (1993). «2.3 Ионная эмиссия из капилляров». Сканирующая туннельная микроскопия металлов, распыленных аргоном (на немецком языке). Берлин: Verlag Köster (опубликовано 1 декабря 1993 г.). стр. 14–18. ISBN 3-929937-42-5 .
^ Бауч, Маркус (1993). «4 Строение и свойства кварцевого капилляртрона». Сканирующая туннельная микроскопия металлов, распыленных аргоном (на немецком языке). Берлин: Verlag Köster (опубликовано 1 декабря 1993 г.). стр. 59–67. ISBN 3-929937-42-5 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Чао, Лян-Чиун; Лин, Сюань-Джух; Чанг, Ван-Чун (01 мая 2010 г.). «Рост, характеристика и влияние смещения подложки на ZnO, приготовленный методом реактивного капиллярно-ионно-лучевого осаждения» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Б . 268 (10): 1581–1584. Бибкод : 2010NIMPB.268.1581C . дои : 10.1016/j.nimb.2010.03.012 . ISSN 0168-583X .
^ Гейне, Курт Эйнар (1990). Разработка и оптимизация матриц для бомбардировки быстрыми атомами и масс-спектрометрии с термической бомбардировкой быстрыми атомами . Мичиганский государственный университет. Кафедра химии. п. 23-24.
^ «Система ионно-лучевого распыления капилляритрона и метод производства тонких пленок - Патент US-2009236217-A1 - PubChem» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 22 февраля 2024 г.
^ Роуз, Мэн (31 октября 2007 г.). Масс-спектрометрия: Том 8 . Королевское химическое общество. ISBN 978-1-84755-665-3 .
^ Махони, Джон Ф.; Гебель, Дэн М.; Перель, Юлиус; Форрестер, А. Теодор (1 февраля 1983 г.). «Уникальный источник быстрых атомов для масс-спектрометрии» . Биологическая масс-спектрометрия . 10 (2): 61–64. дои : 10.1002/bms.1200100203 . ISSN 0306-042X .
^ Фаулл, К.Ф.; Бархас, доктор медицинских наук; Кеньон, Китай; Гудли, ПК (1 января 1983 г.). «Масс-спектрометрия индуцированной десорбции частиц с помощью квадрупольного прибора ГХ/МС» . Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики . 46 : 347–350. Бибкод : 1983IJMSI..46..347F . дои : 10.1016/0020-7381(83)80123-5 . ISSN 0020-7381 .
^ Бхаттачарья, Р. (4 июля 2009 г.). «Местные источники ионов для обработки материалов» . Оборонный научный журнал . 59 (4): 377–394. дои : 10.1021/bk-1985-0291.ix002 .

[1] Лион, Филип А. (1985). Десорбционная масс-спектрометрия: SIMS и FAB — одно и то же? . Американское химическое общество. п. 127-135. ISBN 978-0-8412-0942-8 .

[2] Черепин, В.Т. (28 апреля 2020 г.). Вторичная ионная масс-спектроскопия поверхностей твердых тел . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4665-6373-5 .

[DE4242616-3] Перейти обратно: ^а ^б DE 4242616 , Маркус Бауч, Патрик Варадинек, Стефан Веген, «Процесс изготовления капилляров и их использование в устройстве для генерации пучка ускоренных ионов и/или атомов», опубликовано 13 июня 1996 г., выдано 14 декабря 1992 г.

[4] Бауч, Маркус (1993). «2.3 Ионная эмиссия из капилляров». Сканирующая туннельная микроскопия металлов, распыленных аргоном (на немецком языке). Берлин: Verlag Köster (опубликовано 1 декабря 1993 г.). стр. 14–18. ISBN 3-929937-42-5 .

[5] Бауч, Маркус (1993). «4 Строение и свойства кварцевого капилляртрона». Сканирующая туннельная микроскопия металлов, распыленных аргоном (на немецком языке). Берлин: Verlag Köster (опубликовано 1 декабря 1993 г.). стр. 59–67. ISBN 3-929937-42-5 .

[Chao-6] Перейти обратно: ^а ^б Чао, Лян-Чиун; Лин, Сюань-Джух; Чанг, Ван-Чун (01 мая 2010 г.). «Рост, характеристика и влияние смещения подложки на ZnO, приготовленный методом реактивного капиллярно-ионно-лучевого осаждения» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Б . 268 (10): 1581–1584. Бибкод : 2010NIMPB.268.1581C . дои : 10.1016/j.nimb.2010.03.012 . ISSN 0168-583X .

[7] Гейне, Курт Эйнар (1990). Разработка и оптимизация матриц для бомбардировки быстрыми атомами и масс-спектрометрии с термической бомбардировкой быстрыми атомами . Мичиганский государственный университет. Кафедра химии. п. 23-24.

[8] «Система ионно-лучевого распыления капилляритрона и метод производства тонких пленок - Патент US-2009236217-A1 - PubChem» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 22 февраля 2024 г.

[9] Роуз, Мэн (31 октября 2007 г.). Масс-спектрометрия: Том 8 . Королевское химическое общество. ISBN 978-1-84755-665-3 .

[10] Махони, Джон Ф.; Гебель, Дэн М.; Перель, Юлиус; Форрестер, А. Теодор (1 февраля 1983 г.). «Уникальный источник быстрых атомов для масс-спектрометрии» . Биологическая масс-спектрометрия . 10 (2): 61–64. дои : 10.1002/bms.1200100203 . ISSN 0306-042X .

[11] Фаулл, К.Ф.; Бархас, доктор медицинских наук; Кеньон, Китай; Гудли, ПК (1 января 1983 г.). «Масс-спектрометрия индуцированной десорбции частиц с помощью квадрупольного прибора ГХ/МС» . Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики . 46 : 347–350. Бибкод : 1983IJMSI..46..347F . дои : 10.1016/0020-7381(83)80123-5 . ISSN 0020-7381 .

[12] Бхаттачарья, Р. (4 июля 2009 г.). «Местные источники ионов для обработки материалов» . Оборонный научный журнал . 59 (4): 377–394. дои : 10.1021/bk-1985-0291.ix002 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]