一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源的制作方法
【專利摘要】一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，該離子源包括腔體、氬進氣管、氦進氣管、金屬靶材和噴口。金屬靶材位于靠近飛行時間質譜的一側，氬進氣管和氦進氣管在金屬靶材的兩端，腔體與飛行時間質譜相鄰的一側有1個凸向腔體的噴口。本發(fā)明將磁控濺射離子源與飛行時間質譜相結合，測試樣品時，氬氣經(jīng)進氣管進入腔體后被電離，電離的氬氣離子快速的轟擊金屬靶材表面，產(chǎn)生金屬等離子體，金屬等離子體由氦氣載帶，由噴口噴出形成團簇離子，進入高分辨飛行時間質譜，最后探測器探測得到尺寸范圍很寬的離子團簇飛行時間質譜圖。本發(fā)明可適用于各種金屬大尺寸團簇離子的成分分析。
【專利說明】—種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于離子源領域，具體涉及一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源。

【背景技術】
[0002]原子團簇或分子團簇是介于單個原子或分子與凝聚態(tài)之間的物質層次，研究不同尺寸團簇的物理和化學性質，具有重要的理論和實踐意義。飛行時間質譜具有分析速度快、分析質量范圍寬，分辨率高，無質量上限等優(yōu)點，是研究團簇的有力手段，隨著對團簇性質以及結構研究的深入，對團簇離子源的要求越來越高，急需一種具有穩(wěn)定高效的離子源。
[0003]磁控濺射離子源可用于金屬團簇離子的檢測，其原理是在被濺射的靶極(陰極)與陽極之間加一個正交磁場和電場，在高真空室內(nèi)充入惰性氣體(気氣)，磁鐵在祀材表面形成磁場，同高壓電場組成正交電磁場。在電場的作用下，氬氣電離成正離子和電子，靶上加有一定的負高壓，從靶極發(fā)出的電子受磁場的作用與工作氣體的電離幾率增大，在陰極附近形成高密度的等離子體，氬離子在洛倫茲力的作用下加速飛向靶面，以很高的速度轟擊靶面，使靶上濺射出來的原子遵循動量轉換原理以較高的動能脫離靶面，產(chǎn)生大量的團簇原子。但是對于這種連續(xù)源，傳統(tǒng)的做法是利用四級桿分析器或者離子阱分析器，由于普通的四級桿分析器或者離子阱分析器的分辨能力和分析的質量上限有限(質量分辨小于1000,質量上限小于2000),分析團簇尺寸較小(一般O?20個原子),對于大尺寸團簇原子的分析還存在不足。要想獲得高的分辨能力(大于2000)和特別高的質量(質量上限10000左右)的話，對于四級桿分析器或者離子阱分析器是非常困難，而且成本非常昂貴，不易得到廣泛應用。在這里我們把這種磁控濺射離子源與飛行時間質譜相結合，充分利用了飛行時間質譜的分析速度快、分析質量范圍寬，分辨率高(本發(fā)明的飛行時間質譜分辨約為2000)，無質量上限的優(yōu)點，可以精確分析大尺寸金屬團簇離子的成分。更重要的一點是，飛行時間質譜結構簡單，易操作，成本很低，易推廣應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，解決了以往產(chǎn)生金屬團簇尺寸較小的問題和同類型磁控濺射成分無法精確分析的不足，本發(fā)明可用于各種金屬大尺寸團簇離子的成分分析。
[0005]本發(fā)明提供了一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，該離子源包括腔體
(I)、氬進氣管(2)、氦進氣管(3)、金屬靶材(4)、噴口(5)；
[0006]金屬靶材(4)位于靠近飛行時間質譜的一側，氬進氣管(2)和氦進氣管(3)在金屬靶材(4)的兩端，腔體(I)與飛行時間質譜相鄰的一側有I個凸向腔體的噴口(5)。
[0007]本發(fā)明提供的用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，所述離子源與飛行時間質譜的質量分析器緊密相連，測試時產(chǎn)生的金屬團簇離子直接進入質譜儀器中，減少了離子在飛行過程中的損耗。
[0008]本發(fā)明提供的用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，所述離子源可應用于尺寸可控的原子團簇的表面沉積。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明把磁控濺射離子源和高分辨的飛行時間質譜相結合，可適用于各種大尺寸金屬團簇離子成分的精確分析。為尺寸可控的原子團簇表面沉積提供精確的成分分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；其中，I——腔體，2——氬進氣管，3——氦進氣管，4-DS 革巴木?，5-Bff 口 ；
[0011]圖2是本發(fā)明與飛行時間質譜聯(lián)用的連接示意圖，其中，I——腔體，6——飛行時間質譜；
[0012]圖3是利用本發(fā)明電離的Agn+和AgnO+ (η=1-34)飛行時間質譜圖；
[0013]圖4是利用本發(fā)明電離的Agn+ (η=10-120)飛行時間質譜圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結合圖1和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0015]本發(fā)明一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，如圖1所示，包括腔體
(I)、冷卻管(2)、氬進氣管(3)、氦進氣管(4)、金屬靶材(5)和噴口(6)。
[0016]冷卻管(2)位于腔體(I)中心，金屬靶材(5)位于靠近飛行時間質譜的一側，氬進氣管(3)和氦進氣管(4)在金屬靶材(5)的兩端，腔體(I)與飛行時間質譜相鄰的一側有I個凸向腔體的噴口(6)。
[0017]實施例1:
[0018]靶材為直徑50.8毫米，厚度4毫米的銀靶，磁控濺射頭通上冷卻水，通上30毫升每分鐘的氬氣，并且通上120毫升每分鐘的氦氣。打開磁控濺射的直流電源，電壓300V，電流0.2Α，產(chǎn)生的離子直接進入飛行時間質譜分析器，采集頻率10000Hz，累加500秒得到Agn+和Agn0+(n=l-34)的飛行時間質譜(如圖3所示)，表明利用飛行時間質譜可以精確分析Ag1+和Ag1O+到Ag12+和Ag12O+同位素峰，精度達到I道爾頓(Da)。優(yōu)化磁控濺射離子源條件，使之產(chǎn)生大尺寸的銀團簇和銀氧化物團簇，采集條件同上，如圖4所示，飛行時間質譜測量范圍達到10000以上，可以分析達到120個銀原子團簇的質量，表明我們的磁控濺射源可以產(chǎn)生大于100以上的大尺寸的金屬團簇，質譜的取樣分析能力達到10000以上?？傊?，通過飛行時間質譜監(jiān)測磁控濺射離子源產(chǎn)生的金屬團簇，我們可以做到尺寸可控的金屬團簇。
【權利要求】
1.一種用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，其特征在于:該離子源包括腔體(I)、氬進氣管(2)、氦進氣管(3)、金屬靶材(4)、噴口(5)； 金屬靶材(4)位于靠近飛行時間質譜的一側，氬進氣管(2)和氦進氣管(3)在金屬靶材(4)的兩端，腔體(I)與飛行時間質譜相鄰的一側有I個凸向腔體的噴口(5)。
2.按照權利要求1所述用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，其特征在于:所述離子源與飛行時間質譜的質量分析器緊密相連，測試時產(chǎn)生的金屬團簇離子直接進入質譜儀器中，減少了離子在飛行過程中的損耗。
3.按照權利要求1所述用于飛行時間質譜的磁控濺射團簇離子源，其特征在于:所述離子源可應用于尺寸可控的原子團簇的表面沉積。
【文檔編號】H01J49/10GK104282526SQ201310291516
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權日:2013年7月11日
【發(fā)明者】唐紫超, 秦正波, 張世宇 申請人:中國科學院大連化學物理研究所