Spectroscopie De Masse de Substance Métastable pendant le Traitement de Plasma

Par AZoNano

Table des matières

Introduction
Observations
Résultats
Conclusions
Au Sujet de Hiden Analytique

Introduction

Parmi les méthodes utilisées généralement pour des études de spectrométrie de masse de traiter des plasmas, la méthode « d'ionisation de seuil » (TI) pour examiner la substance neutre produite dans le plasma a été particulièrement utile. Dans le passé, la méthode a été appliquée utilisant des pressions de source dans le spectromètre de masse d'environ 10-6 Torr. Avec la disponibilité actuelle des détecteurs de particules, qui peuvent être actionnés à des pressions considérablement plus élevées, on peut étudier des extensions probables de la méthode de TI. Les données actuelles pour des pressions de spectromètre de masse de jusqu'à 4,10-4 Torr utilisant les mélanges de gaz qui comprennent les gaz rares expliquent les atomes métastables de manière dégagée longévitaux des gaz inertes dans la source des plasmas et le spectromètre de masse.

Pour des gaz tels que l'oxygène, on observe également le rétablissement de la substance métastable dans la source de spectromètre de masse. La traduction des données expérimentales d'ionisation de seuil est également discutée. Les mesures activent les avenues neuves de la recherche pour l'analyse de gaz et les diagnoses du plasma pour des gaz ayant les conditions longévitales et métastables.

Observations

Avec la disponibilité des détecteurs de particules qui peuvent être utilisés aux pressions jusqu'à 4 x 10Torr-4, des spectromètres de masse peuvent être actionnés aux pressions qui sont beaucoup plus près de ceux utilisés dans beaucoup des systèmes de traitement de plasma. Ceci active l'échantillonnage amélioré de la substance neutre et ionisée des réacteurs de plasma. De Plus, le spectromètre de masse quadripolaire Analytique de Hiden (QMS) peut fonctionner en mode où l'énergie des électrons émis dans la source d'ionisation est variable. Ce mode est connu en tant que la Spectrométrie de Masse d'Ionisation de Seuil ou TIMS. Les Différents éléments ont spécifié des énergies d'ionisation requises pour éliminer un électron orbital. Cette énergie est à la charge de l'orbitale d'électron, c.-à-d. les électrons de coquille généralement ont de plus faibles énergies d'ionisation dues à la distance plus grande et abaissent les forces électrostatiques du noyau. Ceci provoque les courbures d'efficience d'ionisation d'incidence d'électron représentées sur le Schéma 1.

Le Schéma 1. courbures d'efficience d'ionisation d'incidence d'Électron.

Le procédé d'ionisation des particules neutres commence au seuil d'énergie minimum des électrons influençants. Cette énergie minimum est dépendante et exclusive à n'importe quelle substance actuelle dans la modification de gaz, ayant pour résultat un « identifiant » spectral ou l'empreinte digital pour toute la substance atomique ou moléculaire. Pour la substance neutre, par exemple, une application particulière de la technique de TIMS a été de mesurer avec précision la détermination des taux de deutérium d'hélium pendant la fusion de plasma, où le frêne d'hélium est le sous-produit. Normalement, cette quantification est faite tout en en utilisant un QMS dans un mode spectral de masse traditionnel dû aux signatures spectrales de masse compliquées superposantes des deux D2 et Lui à l'amu 4 (la séparation de masse réelle est juste 0,02 amu). Quand faire fonctionner le Hiden QMS Analytique sur le schéma 2 de mode de TIMS affiche les spectres d'énergie d'électrons pour le Deutérium (D2) et l'Hélium (He) avec des débuts d'ionisation l'eV 15,4 à l'eV et 24,5 respectivement.

Le Schéma 2. spectres d'énergie d'Électrons pour le Deutérium (D2) et l'Hélium (He) avec des débuts d'ionisation eV 15,4 à l'eV et 24,5 respectivement.

Quand ces deux gaz sont présents ensemble, le spectre donnant droit d'énergie d'électrons est affiché sur le schéma 3. Il peut voir qu'il y a une déconvolution dégagée des deux substances en spectres de TIMS tels que la présence de D2 peut être exactement trouvée en Hélium vers le bas aux parties selon million (ppm) de niveaux de dépistage. Des spectromètres de masse équipés par TIMS Analytiques de Hiden sont maintenant utilisés régulièrement et dans l'opération en cours à l'AVION À RÉACTION l'installation expérimentale de fusion nucléaire de Joint European Torus, Oxford, R-U.

Le Schéma 3. spectre d'énergie d'Électrons d'un mélange d'hélium et de deutérium.

Résultats

Le potentiel d'ionisation de l'hélium est l'eV 24,6. La partie AB de la courbure est due à la formation des atomes métastablesm de He*, qui ont une longue vie contre le délabrement spontané. Ils ont l'énergie considérable pour produire des comptes de pouls tout en influençant sur le détecteur. Pour des énergies d'électrons au-dessus de l'eV 24,6 la partie BC de la courbure comprend des cotisations métastables et ionisées d'hélium. Des données Assimilées ont été obtenues en d'autres expériences pour le néon, le krypton et l'argon. Des Données pour le krypton sont comprises sur le Schéma 4. La forme des courbures représentées sur le schéma 4 peut être comprise par référence au schéma 5.

Le Schéma 4. spectre d'énergie d'Électrons pour le krypton.

Le Schéma 5. Explication de la façon dont la courbure sur le schéma 4 est survenue.

Les données du schéma 4 ont été saisies utilisant le système représenté schématiquement sur le schéma 6. plasma de RF peuvent être mises à jour dans le réacteur entre une électrode et l'orifice d'échantillonnage du spectromètre de masse. Des Électrodes derrière l'orifice peuvent être utilisées pour régler l'entrée des ions du réacteur dans le spectromètre de masse de Hiden. Le détecteur de particules peut être utilisé pour des pressions de 4,10-4 Torr. On a permis des Gaz dans le réacteur ou directement dans la source du spectromètre de masse. He*m a été trouvé dans le plasma quand le plasma actionné en hélium avec la source interne d'ionisation de spectromètre de masse hors circuit et son positionnement de système d'échantillonnage pour empêcher tous les ions de plasma de l'écrire. Le signe métastable est proportionnel à l'alimentation électrique de plasma et à la pression de gaz dans le réacteur, suivant les indications du schéma 7. Quand le plasma d'hélium a été remplacé par le plasma de l'oxygène, aucune particule énergétique du plasma n'a été trouvée, puisque les substances métastables de l'oxygène, bien que longévitales, ont l'énergie insuffisante à enregistrer par le détecteur.

Le Schéma 6. Schéma du système.

Le Schéma 6. pression De Gaz dans le réacteur.

Avec le plasma et l'opération de source de spectromètre de masse, et le système d'échantillonnage de nouveau réglé pour rejeter des ions de plasma, les signes enregistrés pour un mélange d'hélium et l'oxygène étaient suivant les indications du schéma 7. Pour la courbure d'hélium, la partie affiche BC des ions produits de l'hélium de masse-condition échantillonné du réacteur, alors que les ions d'expositions de la partie AB produisaient à partir de l'hélium métastable échantillonné. Il y aura une petite cotisation due aux atomes métastables d'hélium produits dans la source entre l'eV 20 et 25. On s'attend à ce que le seuil d'énergie (non affiché) soit autour de 5eV suivant les indications du Schéma 4.

Le Schéma 7. Signes pour l'hélium et l'oxygène.

Pour l'oxygène, il n'y avait aucune preuve de Parquer l'ionisation dans la source interne. Pour l'oxygène pur, le plasma de 15 W au mTorr 30 et une pression de source de spectromètre de masse de 2,10-4 Torr ont fourni les données représentées sur le Schéma 8. La région en-dessous de l'eV 16 semble avoir deux composants avec les potentiels de début qui diffèrent par environ 1 eV. Ce doit être prévu si ou l'oxygène échantillonné comprend l'oxygène 1métastableg de Δ, ou si ce dernier étaient produits dans la source de spectromètre de masse. Pour l'expérience actuelle, le procédé de source dominé.

Le Schéma 8. spectres de l'Oxygène n'affichant aucun signe de Parquer l'ionisation.

Conclusions

En réduisant à un minimum la différence de pression entre un réacteur de plasma et un spectromètre de masse fixé tel que le spectromètre de masse de Hiden permet le dépistage direct de la substance métastable produite dans le plasma si ceux-ci ont de longues vies et énergie interne considérable. Le Dépistage de l'énergie inférieure, mais encore la substance longévitale et métastable et d'autres produits de plasma est également simplifié, de telles mesures peuvent aider à considérer le rôle de la substance neutre énergétique dans le traitement de plasma des surfaces.

Au Sujet de Hiden Analytique

Hiden Analytique est un premier constructeur de spectromètres de masse quadripolaires pour la recherche et pour l'ingénierie de procédés. Leurs produits Nos produits adressent un éventail varié d'applications comprenant :

  • Analyse de gaz de Précision
  • Diagnoses du plasma par la mesure directe des énergies d'ions et d'ion de plasma
  • Sondes de SIMS pour la science de surface d'UHV
  • Quantification de performance de Catalyse
  • Études Thermogravimétriques

Ces instruments analytiques sont conçus pour fonctionner sur un domaine de pression s'étendant de 30 procédés de barre vers le bas à UHV/XHV.

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par Hiden Analytique.

Pour plus d'informations sur cette source, visitez s'il vous plaît Hiden Analytique.

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

Last Update: 15. July 2013 15:59

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