MassenSpektroskopie von Metastabilen Spezies während des Plasma-Aufbereitens

Durch AZoNano

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Beobachtungen
Ergebnisse
Schlussfolgerungen
Über Hiden Analytisch

Einleitung

Unter den Methoden, die für Massenspektrometriestudien des Aufbereitens von Plasmenn allgemein verwendet sind, ist die „Schwellwertionisierungs“ (TI) Methode für das Prüfen der neutralen Spezies, die im Plasma erzeugt werden, speziell nützlich gewesen. In der Vergangenheit ist die Methode unter Verwendung des Quelldrucks im Massenspektrometer von ungefähr 10 Torr-6 angewendet worden. Mit der aktuellen Verfügbarkeit von Partikeldetektoren, die mit beträchtlich höherem Druck bedient werden können, kann man wahrscheinliche Ausdehnungen der TI-Methode studieren. Die anwesenden Daten für Massenspektrometerdruck von bis 4,10-4 Torr unter Verwendung der Gasgemische, die Edelgase umfassen, zeigen offenbar langlebige metastabile Atome der Edelgase in der Quelle der Plasmen und im Massenspektrometer.

Für Gase wie Sauerstoff, wird Generation von metastabilen Spezies in der Massenspektrometerquelle auch beobachtet. Die Interpretation der experimentellen Schwellwertionisierungsdaten wird auch behandelt. Die Maße aktivieren neue Alleen der Forschung für Gasanalyse und -Plasmadiagnostik für die Gase, welche die langlebigen, metastabilen Zustände haben.

Beobachtungen

Mit der Verfügbarkeit von Partikeldetektoren, die mit Druck bis zu 4 x 10Torr verwendet werden können-4, können Massenspektrometer mit Druck betrieben werden, der viel näher an denen sind, die in vielen Verarbeitungssystemen des Plasmas verwendet werden. Dieses aktiviert das verbesserte Musterstück von neutralen und ionisierten Spezies von den Plasmareaktoren. Weiter kann das Analytische Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) Hiden in einem Modus funktionieren, in dem die Energie der Elektronen, die innerhalb der Ionisierungsquelle ausgestrahlt werden, variabel ist. Dieser Modus bekannt als Schwellwert-Ionisierungs-Massenspektrometrie oder TIMS. Verschiedene Elemente haben die Ionisierungsenergie festgelegt, die benötigt wird, um ein umkreisendes Elektron zu beseitigen. Diese Energie ist vom Elektron Orbital abhängig, d.h. haben äußere Hüllenelektronen im Allgemeinen die schwächere Ionisierungsenergie wegen des größeren Abstandes und senken elektrostatische Kräfte vom Kern. Dieses verursacht die ElektronStoßionisations-Leistungsfähigkeits-Kurven, die in Abbildung 1. gezeigt werden.

Abbildung 1. ElektronStoßionisations-Leistungsfähigkeits-Kurven.

Der Ionisierungsprozeß von neutralen Partikeln fängt an der minimalen Schwellwertenergie der auswirkenden Elektronen an. Diese minimale Energie ist abhängig und zu allen möglichen Spezies exklusiv, die in der Gasgrundmasse, mit dem Ergebnis einer Spektral„Kennung“ oder des Fingerabdruckes für alle Atom- oder molekularen Spezies vorhanden sind. Für neutrale Spezies zum Beispiel ist eine bestimmte Anwendung der TIMS-Technik, die Bestimmung von Heliumdeuteriumverhältnissen während der Plasmafusion genau mengenmäßig zu bestimmen gewesen, in der Heliumasche die Nebenerscheinung ist. Normalerweise ist diese Quantifikation bei der Anwendung eines QMS in einem traditionellen Massenspektralmodus wegen der überlappenden gewundenen Massenspektralunterzeichnungen beider D2 und Er bei amu 4 erfolgt (die tatsächliche Massentrennung ist gerade 0,02 amu). Wenn zeigt der Betrieb des Hiden Analytisches QMS in TIMS-Modusabbildung 2 die Elektronenergiespektren für Deuterium (D2) und Helium (He) mit Ionisierungsanfängen bei eV 15,4 eV und 24,5 beziehungsweise.

Abbildung 2. Elektronenergiespektren für Deuterium (D2) und Helium (He) mit Ionisierungsanfängen bei eV 15,4 eV und 24,5 beziehungsweise.

Wenn diese zwei Gase zusammen anwesend sind, wird das resultierende Elektronenergiespektrum in Abbildung 3. gezeigt. Es kann gesehen werden, dass es eine klare Entwindung der zwei Spezies in den TIMS-Spektren so gibt, dass das Vorhandensein von D2 im Helium zu den Teilen pro Million Befundstufen genau unten (ppm) entdeckt werden kann. Analytische TIMS ausgerüstete Massenspektrometer Hiden werden jetzt regelmäßig und in der aktuellen Operation am JET der experimentelle Kernfusionsteildienst des Gemeinsamen Europäischen Torus, Oxford, GROSSBRITANNIEN verwendet.

Abbildung 3. Elektronenergiespektrum einer Mischung des Heliums und des Deuteriums.

Ergebnisse

Das Ionisierungspotential des Heliums ist eV 24,6. Das Kapitel AB der Kurve liegt an der Entstehung von metastabilen He*-Atomenm , die eine lange Lebenszeit gegen spontanen Zerfall haben. Sie haben die beträchtliche Energie, zum von Impulszahlen beim Auswirken auf dem Detektor zu erzeugen. Für Elektronenergie über eV 24,6 umfaßt das Kapitel BC der Kurve die metastabilen und ionisierten Heliumbeiträge. Ähnliche Daten wurden in anderen Experimenten für Neon, Krypton und Argon erhalten. Daten für Krypton werden in Abbildung 4. umfaßt. Das Formular der Kurven, die in Abbildung 4 gezeigt werden, wird mit Hinweis auf Abbildung 5. verstanden möglicherweise.

Abbildung 4. Elektronenergiespektrum für Krypton.

Abbildung 5. Erklärung von, wie die Kurve in Abbildung 4 geschah.

Die Daten von Abbildung 4 wurden unter Verwendung der Anlage erworben, die schematisch in der Abbildung 6. HF-Plasma gezeigt wurde, können im Reaktor zwischen einer Elektrode und der Musterstücköffnung des Massenspektrometers gewartet werden. Elektroden hinter der Öffnung können verwendet werden, um den Eingang von Ionen vom Reaktor in das Massenspektrometer Hiden zu steuern. Der Partikeldetektor kann für Druck von 4,10 Torr-4 verwendet werden. Gase wurden in den Reaktor oder direkt in die Quelle des Massenspektrometers erlaubt. He*m wurde im Plasma als das Plasma entdeckt, das im Helium mit der internen Ionisierungsquelle des Massenspektrometers weg und seines Musterstückanlagensets bedient wurde, um zu verhindern, dass alle Plasmaionen sie eintragen. Das metastabile Signal ist zur Plasmaleistung und zum Gasdruck im Reaktor, wie in Abbildung 7. gezeigt proportional. Als das Heliumplasma durch Sauerstoffplasma ausgetauscht wurde, wurden keine Energiepartikel vom Plasma entdeckt, da metastabile Sauerstoffspezies, obgleich langlebig, die unzureichende durch haben den Detektor aufgezeichnet zu werden Energie.

Abbildung 6. Diagramm der Anlage.

Abbildung 6. Gasdruck im Reaktor.

Mit Plasma und Massenspektrometerquellbetrieb und die Musterstückanlage, die wieder eingestellt wurde, um Plasmaionen, die aufgezeichneten Signale für eine Mischung des Heliums und Sauerstoff zurückzuweisen, waren wie in Abbildung 7. gezeigt. Für die Heliumkurve zeigt das Kapitel BC die Ionen, die von Bodenzustand Helium erzeugt werden, das vom Reaktor geprüft wird, während Showionen des Kapitels AB aus geprüftem metastabilem Helium produzierten. Es gibt einen kleinen Beitrag wegen der metastabilen Heliumatome, die in der Quelle zwischen eV 20 und 25 erzeugt werden. Die Schwellwertenergie (nicht gezeigt) wird erwartet, um um 5eV wie in Abbildung 4. gezeigt zu sein.

Abbildung 7. Signale für Helium und Sauerstoff.

Für Sauerstoff gab es keinen Beweis des Einsperrens von Ionisierung in der internen Quelle. Für reinen Sauerstoff lieferten 15 W-Plasma bei mTorr 30 und ein Massenspektrometerquelldruck von-4 2,10 Torr die Daten, die in Abbildung 8. gezeigt wurden. Die Region unterhalb eV 16 scheint, zwei Bauteile mit Anfangpotentialen zu haben, die durch ungefähr 1 eV sich unterscheiden. Dieses soll erwartet werden, wenn entweder der geprüfte Sauerstoff metastabilen Δ- 1Sauerstoffg enthält oder wenn die letzteren in der Massenspektrometerquelle produziert wurden. Für das anwesende Experiment der Quellprozeß beherrscht.

Abbildung 8. Sauerstoffspektren, die kein Zeichen des Einsperrens von Ionisierung zeigen.

Schlussfolgerungen

Indem die Minderung der Druckdifferenz zwischen einem Plasmareaktor und einem befestigten Massenspektrometer wie dem Massenspektrometer Hiden, erlaubt den direkten Befund von metastabilen Spezies produziert im Plasma, wenn diese lange Lebenszeiten und beträchtliche innere Energie haben. Befund der niedrigeren Energie, aber noch langlebige, metastabile Spezies und andere Plasmaprodukte wird vereinfacht auch, solche Maße helfen möglicherweise, die Rolle von energischen neutralen Spezies im Plasmaaufbereiten von Oberflächen zu betrachten.

Über Hiden Analytisch

Analytisches Hiden ist ein führender Hersteller von Quadrupol-Massenspektrometern für Forschung und für Verfahrenstechnik. Ihre Produkte Unsere Produkte adressieren eine verschiedene Benutzungsmöglichkeit einschließlich:

  • Präzisionsgasanalyse
  • Plasmadiagnostik durch direktes Maß von Plasmaionen- und -ionenenergie
  • SIMS-Fühler für UHV-Oberflächenwissenschaft
  • Katalysenleistungsquantifikation
  • Thermo-Gravimetrische Studien

Diese analytischen Instrumente werden konstruiert, um über einer Druckreichweite zu arbeiten, die sich unten von 30 Gerichtsprozessen auf UHV/XHV ausdehnt.

Diese Informationen sind Ursprungs- angepasst gewesen, wiederholt und von den Materialien, die von Analytischem Hiden bereitgestellt werden.

Zu mehr Information über diese Quelle, Analytisches bitte besuchen Sie Hiden.

Date Added: Jan 20, 2012 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:03

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