Espectroscopia Em Massa da Espécie Metastable durante o Processamento do Plasma

Por AZoNano

Índice

Introdução
Observações
Resultados
Conclusões
Sobre Hiden Analítico

Introdução

Entre os métodos de uso geral para estudos da espectrometria em massa de processar plasmas, do “o método da ionização ponto inicial” (SI) para examinar a espécie neutra gerada no plasma foi especificamente útil. No passado, o método foi aplicado usando pressões da fonte no espectrómetro em massa de aproximadamente 10-6 Torr. Com a disponibilidade actual dos detectores da partícula, que podem ser operados em umas pressões consideravelmente mais altas, se pode estudar extensões prováveis do método do SI. Os dados actuais para pressões do espectrómetro em massa de até 4,10-4 Torr que usam as mistura de gases que incluem gáss raros demonstram átomos metastable claramente duradouros dos gáss inertes na fonte dos plasmas e no espectrómetro em massa.

Para gáss tais como o oxigênio, a geração de espécie metastable na fonte do espectrómetro em massa é observada igualmente. A interpretação dos dados experimentais da ionização do ponto inicial é discutida igualmente. As medidas permitem avenidas novas da pesquisa para a análise de gás e os diagnósticos de plasma para os gáss que têm estados duradouros, metastable.

Observações

Com a disponibilidade dos detectores da partícula que podem ser usados em pressões até 4 x 10Torr-4, os espectrómetros em massa podem ser operados nas pressões que são muita mais perto daquelas usadas em muitos sistemas de processamento do plasma. Isto permite a amostra melhorada da espécie neutra e ionizada dos reactores do plasma. Mais, o espectrómetro em massa do quadrupole Analítico de Hiden (QMS) pode operar-se em um modo onde a energia dos elétrons emissores dentro da fonte da ionização seja variável. Este modo é sabido como a Espectrometria Em Massa da Ionização do Ponto Inicial ou o TIMS. Os elementos Diferentes especificaram as energias de ionização necessários para eliminar um elétron de órbita. Esta energia é dependente do orbital do elétron, isto é os elétrons do escudo exterior geralmente têm umas energias de ionização mais fracas devido à distância maior e abaixam forças electrostáticas do núcleo. Isto causa as curvas da eficiência da ionização de impacto do elétron mostradas em Figura 1.

Figura 1. curvas da eficiência da ionização de impacto do Elétron.

O processo da ionização de partículas neutras começa no mínimo a energia de ponto inicial dos elétrons de impacto. Esta energia mínima é dependente e exclusiva a qualquer espécie actual na matriz do gás, tendo por resultado um “identificador espectral” ou a impressão digital para toda a espécie atômica ou molecular. Para a espécie neutra, por exemplo, uma aplicação particular da técnica de TIMS foi determinar precisamente a determinação de relações do deutério do hélio durante a fusão do plasma, onde a cinza do hélio é o subproduto. Normalmente, esta quantificação é feita ao usar um QMS em um modo espectral em massa tradicional devido às assinaturas espectrais em massa complicadas de sobreposição de ambo o D2 e do Ele no amu 4 (a separação em massa real é apenas 0,02 amu). Quando operar o Hiden QMS Analítico em figura 2 do modo de TIMS mostrar os espectros de energia do elétron para o Deutério (D2) e o Hélio (He) com inícios da ionização o eV 15,4 no eV e 24,5 respectivamente.

Figura 2. espectros de energia do Elétron para o Deutério (D2) e o Hélio (He) com inícios da ionização eV 15,4 no eV e 24,5 respectivamente.

Quando estes dois gáss estam presente junto, o espectro de energia resultante do elétron está mostrado em figura 3. Pode-se ver que há uma desconvolução clara das duas espécies nos espectros de TIMS tais que a presença do D2 pode exactamente ser detectada no Hélio para baixo às partes por milhão (ppm) níveis da detecção. Os espectrómetros em massa equipados TIMS Analíticos de Hiden são usados agora regularmente e na operação actual no JATO a facilidade experimental da fusão nuclear de Toro Europeu Comum, Oxford, REINO UNIDO.

Figura 3. espectro de energia do Elétron de uma mistura do hélio e do deutério.

Resultados

O potencial de ionização do hélio é o eV 24,6. A secção AB da curva é devido à formação de átomos metastablem de He*, que têm uma vida longa contra a deterioração espontânea. Têm a energia considerável para gerar contagens do pulso ao impactar no detector. Para energias de elétron acima do eV 24,6 a secção BC da curva inclui contribuições metastable e ionizadas do hélio. Os dados Similares foram obtidos em outras experiências para o néon, o crípton e o argônio. Os Dados para o crípton são incluídos em Figura 4. O formulário das curvas mostradas em figura 4 pode ser compreendido em função de figura 5.

Figura 4. espectro de energia do Elétron para o crípton.

Figura 5. Explicação de como a curva em figura 4 veio aproximadamente.

Os dados de figura 4 foram adquiridos usando o sistema mostrado esquematicamente na figura 6. plasma do RF podem ser mantidos no reactor entre um eléctrodo e o orifício da amostra do espectrómetro em massa. Os Eléctrodos atrás do orifício podem ser usados para controlar a entrada dos íons do reactor no espectrómetro em massa de Hiden. O detector da partícula pode ser usado para pressões de 4,10-4 Torr. Os Gáss foram permitidos no reactor ou directamente na fonte do espectrómetro em massa. He*m foi detectado no plasma quando o plasma operado no hélio com a fonte interna da ionização do espectrómetro em massa fora e de seu grupo do sistema da amostra para impedir que todos os íons do plasma a incorporem. O sinal metastable é proporcional à potência do plasma e à pressão de gás no reactor, segundo as indicações de figura 7. Quando o plasma do hélio foi substituído pelo plasma do oxigênio, nenhuma partícula energética do plasma foi detectada, desde que as espécies metastable do oxigênio, embora duradouros, têm a insuficiente energia a ser gravada pelo detector.

Figura 6. Diagrama Esquemático do sistema.

Figura 6. pressão de Gás no reactor.

Com plasma e funcionamento da fonte do espectrómetro em massa, e o sistema da amostra ajustado outra vez para rejeitar íons do plasma, os sinais gravados para uma mistura do hélio e o oxigênio eram segundo as indicações de figura 7. Para a curva do hélio, a secção mostra BC os íons gerados do hélio do terra-estado provado do reactor, quando os íons das mostras do AB da secção produziram do hélio metastable provado. Haverá uma contribuição pequena devido aos átomos metastable do hélio gerados na fonte entre o eV 20 e 25. A energia de ponto inicial (não mostrada) é esperada ser em torno de 5eV segundo as indicações de Figura 4.

Figura 7. Sinais para o hélio e o oxigênio.

Para o oxigênio, não havia nenhuma evidência de Encerrar a ionização na fonte interna. Para o oxigênio puro, o plasma de 15 W no mTorr 30 e uma pressão da fonte do espectrómetro em massa de 2,10-4 Torr forneceram os dados mostrados em Figura 8. A região abaixo do eV 16 parece ter dois componentes com potenciais do início que diferem por aproximadamente 1 eV. Esta deve ser esperada se ou o oxigênio provado inclui o oxigênio 1metastableg de Δ, ou se os últimos estiveram produzidos na fonte do espectrómetro em massa. Para a experiência actual, o processo da fonte dominado.

Figura 8. espectros do Oxigênio que não mostram nenhum sinal de Encerrar a ionização.

Conclusões

Minimizando o diferencial de pressão entre um reactor do plasma e um espectrómetro em massa anexado tal como o espectrómetro em massa de Hiden permite a detecção directa de espécie metastable produzida no plasma se estes têm vidas longas e a energia interna considerável. A Detecção de uma mais baixa energia, mas ainda a espécie duradouro, metastable e outros produtos do plasma são simplificados igualmente, tais medidas podem ajudar a considerar o papel da espécie neutra energética no processamento do plasma das superfícies.

Sobre Hiden Analítico

Hiden Analítico é um fabricante principal de espectrómetros em massa do quadrupole para a pesquisa e para a engenharia de processo. Seus produtos Nossos produtos endereçam uma escala diversa de incluir das aplicações:

  • Análise de gás da Precisão
  • Diagnósticos de Plasma pela medida directa de energias dos íons e do íon do plasma
  • Pontas de prova de SIMS para a ciência da superfície de UHV
  • Quantificação do desempenho da Catálise
  • estudos Thermo-Gravimétricos

Estes instrumentos analíticos são projectados trabalhar sobre uma amplitude da pressão que estende de 30 processos da barra para baixo a UHV/XHV.

Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por Hiden Analítico.

Para obter mais informações sobre desta fonte, visite por favor Hiden Analítico.

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

Last Update: 15. July 2013 16:28

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