Análisis de Plasmas Atmosféricas

Por AZoNano

Índice

Introducción
Equipo
Análisis de Gas
Caracterización del Plasma
Conclusiones
Sobre Hiden Analítico

Introducción

Un sistema de entrada de Hiden HPR-60 con un EQP indicador del analizador en masa de 1000 series fue utilizado para el análisis atmosférico del plasma. Esta entrada específica del muestreo fue diseñada para penetrar el compartimiento del plasma y activar la medición sensible del plasma en hasta la presión atmosférica. Para disminuir la presión de atmosférico para calibrar presiones compatibles, un sistema de tres conos con los pequeños orificios fue utilizado para dividir la entrada en tres escenarios. Cada escenario fue bombeado por separado. MASsoft fue utilizado para recopilar datos sobre especies neutrales, positivas y negativas con los modos disponibles a través del software que controlaba de MASsoft.

Equipo

El sistema de entrada de Hiden HPR-60 es un espectrómetro de masas del muestreo del haz molecular. Esto se desarrolla para el muestreo de proceso exacto para las aplicaciones tales como grabado de pistas y deposición del plasma, deposición de vapor químico, atmosféricos o agrupa la investigación, los estudios de la combustión y del nanoparticle y los reactores de flujo. En varias aplicaciones, la presión de proceso se debe reducir para ser compatible a la presión operatoria del espectrómetro de masas del tetrapolo. Esto se puede lograr por un diseño, por ejemplo en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Diagrama Esquemático del sistema del muestreo de la entrada con tallas del orificio y ubicaciones de bombeo.

La parte de muestreo comprende varios compartimientos separados por los orificios. Cada compartimiento se bombea por separado para obtener una caída de presión secuencial del área de muestreo a través de los compartimientos al indicador. Mientras Que usar una combinación óptima de las tallas del orificio y el bombeo de tipos, muestreando se pueden realizar en las presiones atmosféricas sin exponer el indicador a la sobrepresión. La caída de presión permite a la muestra permanecer como haz coherente, reduciendo colisiones entre la muestra y los gases de los antecedentes y eliminando acciones recíprocas con las superficies, mejorando exactitud considerablemente. Los orificios se pueden intercambiar y afectarán el enfoque de la modulación y del haz. La eficiencia de bombeo es maximizada por este diseño.

En esta aplicación específica, el espectrómetro de masas seleccionado para este sistema de entrada era el Hiden EQP-1000. Esto es un analizador y un espectrómetro de masas combinados de la energía del campo del sector 45° con las varillas del tetrapolo de 9m m. Las opciones en masa del rango se pueden elegir a partir del 300, 510, 1000, amu 2500, proporcionando al mejor funcionamiento a la aplicación relevante de la investigación. El filtro triple se ajusta como estándar, aumentando exactitud, sensibilidad y la discriminación en masa.

Análisis de Gas

El gas del Argón fue utilizado para evaluar el modo residual del análisis (RGA) de gas del software. Mientras Que el gas pasa a través de los tres escenarios, enfría hacia abajo rápidamente y los dimerises. Por Lo Tanto la señal analizada es el amu2 de AR 80 máximo, que se puede ver en el Cuadro 2. Incluso para esta especie inferior de la concentración, puede ser observado sin obstrucción que el tipo de la cuenta estaba constantemente sobre 50.000 cuentas por segundo.

Cuadro 2. Exploración para el gas de AR, modo de RGA.

La alineación del haz molecular fue evaluada como bueno desde el nivel de fondo, equivalente al haz el ser "OFF" estaba en un nivel de cuentas por segundo. Generalmente, esto será comparada con el pico más fuerte de AR 40 para examinar la cantidad de dimerización. Sin Embargo, este pico era demasiado intenso para la medición. Por Lo Tanto AR secundaria 36 enarbola fue medida en un nivel de aproximadamente 0,3% del del pico de AR 40. Las relaciones de transformación calculadas se resumen en el Cuadro 1. Las exploraciones se consideran en las Figuras 3a y 3b.

Relaciones de transformación Calculadas del Cuadro 1. para las especies de AR.

Ubicación de la Bomba

SEM/Cuentas s-1 Relación De Transformación a AR 80
AR 80
53.000
1: 1
AR 36 (0,3%)
2,1 x 106
40: 1
AR 40 (100%)
7,0 x 108 (extrapolado)
13.207: 1

Figura 3a. Exploración En Masa para Ar36, modo de RGA. 
Figura 3b. Exploración En Masa para Ar80, modo de RGA.

Por Lo Tanto la cantidad de dimerización y de la sensibilidad del haz a estos pequeños niveles de especies era calculada. Sobre Todo, solamente especies más pequeñas se miden usando el indicador. Sin Embargo, las especies de una masa más alta también se investigan. Para probar la sensibilidad de la alta masa del indicador, la señal de una muestra del heptacosafluorotributylamine, PFBTA (CFN1227), fue medida. Esto es una pasta grande con un pico intenso de la masa 219, que se puede considerar en la exploración en masa en el modo de RGA considerado en el Cuadro 4. El pico se considera sin obstrucción, demostrando que la calibración en masa del indicador extiende hasta las masas más altas.

Cuadro 4. exploración En Masa para PFBTA, modo de RGA.

Para probar los límites de detección del indicador, el aire fue muestreado. Los niveles de criptón, de Kr, y de Xenón, Xe, fueron extraídos buscando sus picos principales, en la masa 84 y 132 respectivamente. Los dos resultados de exploración se pueden considerar en las Figuras 5a y 5b.

Figura 5a. Exploración En Masa para Xe, modo de RGA.

Figura 5b. Exploración En Masa para el Kr, modo de RGA.

Los tipos de las cuentas ofrecen Otra Vez una indicación de la concentración en aire. Éstos son 700 y 2300, aproximadamente correspondiendo con las rarezas en aire atmosférico normal de 1 PPM y de 87 PPM respectivamente, después de que la sensibilidad relativa del indicador en masa se haya tenido en cuenta.

La energía del accesorio del electrón también fue medida para NO2 en modo de la ión negativo RGA. La exploración se considera en el Cuadro 6 con la señal más fuerte para los iones negativos del oxígeno, la masa 16, que es una fuente de este ión.

Cuadro 6. exploración del accesorio del Electrón para el modo de RGA.

Caracterización del Plasma

Para utilizar la capacidad del análisis del ión del indicador, la muestra fue cambiada del gas neutral al plasma. Para este experimento la “plasma atmosférica” fue producida bajo la forma de llama de propano. La punta de la llama fue colocada cerca del primer orificio del cono para el muestreo óptimo. Los voltajes de polarización fueron fijados en los conos y las lecturas de la presión tomados. Estas condiciones determinadas para el instrumento se resumen en el Cuadro 2.

El Cuadro 2. Condiciona para el experimento del gas de AR.

Escenario Diámetro/milímetro Polarizado/V Lectura/Torres de la Presión
Muestra
--
--
9,0 x 10-1 (atmósferas.)
Orificio 1
0,1
+30
7,5 x 10-1
Orificio 2
0,4
-6
4,9 x 10-4
Orificio 3
0,6
-30
2,0 x 10-7

Los voltajes fueron ajustados para obtener el haz requerido a través de la entrada del cono, no prohibida análisis detallado. La Optimización de los voltajes aumenta el efecto de la aceleración de la caída de presión y asegura el buen enfoque en la fuente.

Las Figuras 7a y 7b muestran los datos en masa y los datos de la energía respectivamente, obtenido del indicador en modo positivo del ión SIMS. Por Lo Tanto solamente los iones se producen en el plasma y se transportan abajo del camino de haz molecular serán analizados.

Figura 6a. Exploración En Masa para el plasma atmosférica.  
Figura 6b. Exploración de la Energía del Ión del plasma atmosférica.

La Figura 7a muestra sin obstrucción el pico de la masa 19. El índice de la cuenta de 18.000 sugiere el buen enfoque a lo largo del camino de haz molecular. Otros picos están en un nivel más pequeño, pero resuelto del ruido. La Figura demostraciones de 6b la energía se centra en los voltios cero con un pico de 15.000 cuentas por segundo. Las características del plasma por lo tanto se definen.

Conclusiones

El indicador funciona en todos los modos necesarios de RGA que detecta especies positivas, neutrales y negativas. Además, el sistema de entrada permiso que los iones secundarios del plasma son analizados en hasta el nivel atmosférico. También el potencial de aspecto, las energías del ión y la otra característica del plasma pueden ser estudiados. Así como reducir la presión a través de los escenarios del sistema de entrada, los tres conos pueden tener potenciales individuales aplicados a ellos. Esta característica es útil para los estudios del haz.

Sobre Hiden Analítico

Hiden Analítico es fabricante de cabeza de espectrómetros de masas del tetrapolo para la investigación y para la ingeniería de proceso. Sus productos Nuestros productos dirigen un rango de aplicaciones diverso incluyendo:

  • Análisis de gas de la Precisión
  • Diagnósticos de Plasma por la medición directa de las energías de los iones y del ión del plasma
  • Antenas de SIMS para la ciencia de la superficie de UHV
  • Cuantificación del funcionamiento de la Catálisis
  • Estudios Termogravimétricos

Estos instrumentos analíticos se diseñan para trabajar sobre un rango de presión que extiende a partir de 30 procesos de la barra hacia abajo a UHV/XHV.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por Hiden Analítico.

Para más información sobre esta fuente, visite por favor Hiden Analítico.

Date Added: Jan 21, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:51

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