De Spectroscopie van de Massa van Metastabiele Species tijdens de Verwerking van het Plasma

Door AZoNano

Inhoudstafel

Inleiding
Observaties
Resultaten
Conclusies
Ongeveer Analytische Hiden

Inleiding

Onder de methodes algemeen voor de studies van de massaspectrometrie van verwerkingsplasma worden gebruikt, is de methode „van de drempelionisatie“ (TI) om de neutrale die species te onderzoeken in plasma worden geproduceerd dat specifiek nuttig geweest. In Het Verleden, is de methode toegepast gebruikend brondruk in de massaspectrometer van ongeveer 10-6 Torr. Met de huidige beschikbaarheid van deeltjesdetectors, die bij aanzienlijk hogere druk kan worden in werking gesteld, kan men waarschijnlijke uitbreidingen van de methode van TI bestuderen. De onderhavige gegevens voor de druk van de massaspectrometer van zelfs 4.10-4 Torr die gasmengsels gebruiken die zeldzame gassen omvatten tonen de metastabiele atomen duidelijk van lange duur van de inerte gassen in zowel de bron van het plasma als de massaspectrometer aan.

Voor gassen zoals zuurstof, wordt de generatie van metastabiele species in de bron van de massaspectrometer ook waargenomen. De interpretatie van de experimentele gegevens van de drempelionisatie wordt ook besproken. De metingen laten nieuwe wegen van onderzoek voor zowel van het gasanalyse als plasma diagnostiek voor gassen toe die staten van lange duur hebben, de metastabiele.

Observaties

Met de beschikbaarheid van deeltjesdetectors die bij druk tot 4 x 10Torr kan worden gebruikt-4, kunnen de massaspectrometers bij druk worden in werking gesteld die veel dichter is aan die gebruikt in vele systemen van de plasmaverwerking. Dit laat de betere bemonstering van zowel neutrale als geïoniseerde species van plasmareactoren toe. Verder die, kan de Analytische quadrupole Hiden massa (QMS)spectrometer op een wijze werken waar de energie van de elektronen binnen de ionisatiebron veranderlijk is worden uitgezonden. Deze wijze is genoemd geworden Spectrometrie van de Massa van de Ionisatie van de Drempel of TIMS. De Verschillende elementen hebben ionisatieenergieën nodig gespecificeerd om een cirkelend elektron te elimineren. Deze energie is afhankelijk van de elektronenorbit, d.w.z. hebben de buitenshell elektronen over het algemeen zwakkere ionisatieenergieën toe te schrijven aan de grotere afstand en de lagere elektrostatische krachten van de kern. Dit leidt tot de krommen die van de de ionisatieefficiency van het elektroneneffect in Figuur 1 worden getoond.

Figuur 1. Van de het effectionisatie van het Elektron de efficiencykrommen.

Het ionisatieproces van neutrale deeltjes begint bij minimumdrempelenergie van de beïnvloedende elektronen. Deze minimumenergie is afhankelijk en exclusief aan om het even welke species huidig in de gasmatrijs, die in een spectraal „herkenningsteken“ of vingerafdruk voor alle atoom of moleculaire species resulteert. Voor neutrale species, bijvoorbeeld, heeft een bepaalde toepassing van de techniek TIMS de bepaling van de verhoudingen van het heliumdeuterium tijdens plasmafusie moeten precies kwantificeren, waar de heliumas het bijproduct is. Normaal, wordt deze getalsmatige weergave gedaan terwijl het gebruiken van een QMS op een traditionele massa spectrale wijze toe te schrijven aan de overlappende ingewikkelde massa spectrale ondertekeningen van zowel D2 en Hij bij amu 4 (de daadwerkelijke massascheiding is enkel 0.02 amu). Wanneer het in werking stellen van Hiden Analytische QMS in TIMS wijzefiguur tonen 2 de spectrums van de elektronenenergie voor Deuterium (D2) en Helium (He) met ionisatiebegin bij eV 15.4 en respectievelijk eV 24.5.

Figuur 2. De energiespectrums van het Elektron voor Deuterium (D2) en Helium (He) met ionisatiebegin bij eV 15.4 en respectievelijk eV 24.5.

Wanneer deze twee gassen samen aanwezig zijn, wordt het resulterende spectrum van de elektronenenergie getoond in figuur 3. Men kan zien dat er het duidelijk ontrollen van de twee species in de spectrums is TIMS dusdanig dat de aanwezigheid van D2 nauwkeurig in Helium neer aan delen per miljoen opsporingsniveaus (ppm) kan worden ontdekt. Worden de Analytische TIMS uitgeruste de massaspectrometers van Hiden nu gebruikt regelmatig en in huidige verrichting bij JET de Gezamenlijke Europese experimentele de kernfusiefaciliteit van de Torus, Oxford, het UK.

Figuur 3. De energiespectrum van het Elektron van een mengsel van helium en deuterium.

Resultaten

Het ionisatiepotentieel van helium is eV 24.6. De sectie AB van de kromme is toe te schrijven aan de vorming van metastabiele atomenm He*, die een lang leven tegen spontaan bederf hebben. Zij hebben aanzienlijke energie om impulstellingen te produceren terwijl het beïnvloeden de detector. Voor elektronenenergieën boven eV 24.6 omvat de sectie van de kromme zowel BC metastabiele als geïoniseerde heliumbijdragen. De Gelijkaardige gegevens werden verkregen in andere experimenten voor neon, krypton en argon. De Gegevens voor krypton zijn inbegrepen in Figuur 4. De vorm van de krommen in figuur 4 worden getoond kan zich met betrekking tot figuur 5 begrijpen die.

Figuur 4. De energiespectrum van het Elektron voor krypton.

Figuur 5. Verklaring van hoe de kromme in figuur 4 gebeurde.

De gegevens van figuur 4 werden verworven gebruikend het systeem in figuur 6 schematisch wordt getoond die. Het plasma van RF kan in de reactor tussen een elektrode en de bemonsteringsopening van de massaspectrometer worden gehandhaafd. De Elektroden achter de opening kunnen worden gebruikt om de ingang van ionen van de reactor in de Hiden massaspectrometer te controleren. De deeltjesdetector kan voor druk van 4.10 Torr-4 worden gebruikt. De Gassen werden toegestaan in de reactor of direct in de bron van de massaspectrometer. He* werdm ontdekt in het plasma toen het plasma in helium met de interne ionisatie weg bron van de massaspectrometer werkte en zijn die bemonsteringssysteem wordt geplaatst om alle plasmaionen te verhinderen het in te gaan. Het metastabiele signaal is evenredig aan de plasmamacht en aan de gasdruk in de reactor, zoals aangetoond in figuur 7. Toen het heliumplasma door zuurstofplasma werd vervangen, werden geen energieke deeltjes van het plasma ontdekt, aangezien de metastabiele zuurstofspecies, hoewel van lange duur, ontoereikende energie dat door de detector moet worden geregistreerd hebben.

Figuur 6. Schema van het systeem.

Figuur 6. Gasdruk in de reactor.

Met zowel plasma als de bron die van de massaspectrometer, en het bemonsteringssysteem plaats opnieuw aan de ionen van het weigeringsplasma werken, waren de geregistreerde signalen voor een mengsel van helium en zuurstof zoals aangetoond in figuur 7. Voor de heliumkromme die, toont de sectie BC ionen van grond-staat helium worden geproduceerd van de reactor wordt bemonsterd, terwijl de sectie AB ionen toont uit bemonsterd metastabiel helium worden geproduceerd. Er zal een kleine bijdrage toe te schrijven aan metastabiele die heliumatomen zijn in de bron tussen eV 20 worden geproduceerd en 25. De getoonde niet drempelenergie () zou rond 5eV zoals aangetoond in Figuur 4 moeten zijn.

Figuur 7. Signalen voor helium en zuurstof.

Voor zuurstof, was er geen bewijsmateriaal van het Opsluiten van ionisatie in de interne bron. Voor zuivere zuurstof die, verstrekten het plasma van 15 W bij mTorr 30 en een van de bron massaspectrometer druk van-4 2.10 Torr de gegevens in Figuur 8 worden getoond. Het gebied onder eV 16 schijnt om twee componenten met beginpotentieel te hebben dat door ongeveer 1 eV verschilt. Dit moet worden verwacht als of de bemonsterde zuurstof metastabiele zuurstof 1Δg omvat, of als de laatstgenoemden in de bron van de massaspectrometer werden veroorzaakt. Voor het huidige experiment, het bron overheerste proces.

Figuur 8. De spectrums die van de Zuurstof geen teken van het Opsluiten van ionisatie tonen.

Conclusies

Door het drukverschil tussen een plasmareactor en een massaspectrometer in bijlage zoals de Hiden massaspectrometer te minimaliseren staat directe opsporing van metastabiele die species toe in het plasma wordt veroorzaakt als deze lange levens en aanzienlijke interne energie hebben. De Opsporing van lagere energie, maar species nog van lange duur, de metastabiele en andere plasmaproducten worden ook vereenvoudigd, kunnen dergelijke metingen helpen de rol van energieke neutrale species in de plasmaverwerking van oppervlakten overwegen.

Ongeveer Analytische Hiden

Analytische Hiden is een belangrijke fabrikant van quadrupole massaspectrometers voor zowel onderzoek als voor procestechniek. Hun producten Onze producten richten een diverse waaier van toepassingen met inbegrip van:

  • Het gasanalyse van de Precisie
  • De diagnostiek van het Plasma door directe meting van plasmaionen en ionenenergieën
  • Sondes SIMS voor UHV oppervlaktewetenschap
  • De prestatiesgetalsmatige weergave van de Katalyse
  • Thermogravimetrische studies

Deze analytische instrumenten worden ontworpen om over een drukwaaier te werken die van 30 barsprocessen zich neer tot UHV/XHV uitbreiden.

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door Hiden Analytical aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron, te bezoeken gelieve Analytische Hiden.

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

Last Update: 15. July 2013 15:54

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit