Brevet FR2169071A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne un dispositif produisant des ions au moyen d'un multiplicateur électronique à canal rectiligne, dispositif dans lequel les ions sont produits par ionisation d'un ;az qui, en fonctionnement, se trouve à lTintrieur du canal dans une atmosphère gazeuse raréfiée. De tels dispositifs ont déjà été décrits, par exemple dans nNuclear Instruments and Methods", vol. 8È (197ri), p. 99-104 et vol. 94 (1971), p. 429-433. L'davantage particulier de ces sources d'ions consiste en ce qu'elles sont très robustes et insensibles dans leur emploi, qu'elles sont simples à manipuler, et qu'elles produisent un faisceau relativement bien concentré, et dont 11 intensité peut store réglée entre de larges limites au moyen de la tension appliquée et de la pression de ltatmosphère gazeuse environnante. De plus, de telles sources ioniques comportent une limite supérieure des ions produits qui est nettement marquée (et qui correspond à la tension de service appliquée), ce qui est important pour certaines applications. irais cette source ionique déjà connue comporte deux inconvénients : d'une part l'intensité du faisceau ne peut pas hêtre ré glée indépendamment de la pression dans le local de travail ctest-h-dire dans le compartiment dans lequel le faisceau ionique obtenu doit être employé); d'autre part, pour cette raison, l'intensité disponible est souvent insuffisante, en particulier dans des recherches dans lesnuelles la pression doit hêtre très faible dans la compartiment de travail. Un objectif de la présente invention consiste à améliorer le dispositif déjà connu de façon à fournir une intensité du faisceau ionique supérieure à ce qu'on obtenait jusqu'ici, et à permettre de régler cette intensité indépendamment de la pression dans le compartiment de travail. Un autre objectif de l'invention consiste à améliorer la caractéristique de distribution angulaire des ions sortant du canal de décharge du multiplicateur électronique à canal. Le générateur dtions prévu par cette invention utilise un multiplicateur électronique à canal rectiligne contenant un gaz produisant les ions désirés par ionisation, et emploie sous la forme drun faisceau ionique les ions qui sortent du canal de dé- charge du multiplicateur slectronique à canal, et ce dispositif est caractérisé en ce que les deux extrémités du canal de décharge débouchent dans des compartiments séparés et quion prévoit un moyen pour maintenir une chute de pression partielle du gaz généra rateur des ions entre les deux compartiments précités. On décrira maintenant plus complètement un exemple de réal' sation de la présente invention à l'aide de la figure-Jointe. On voit sur cette figure un compartiment de travail 1 dans lequel on peut faire le vide par l'intermédiaire des conduits de pompage 22 et utiliser d'une façon quelconque le faisceau ionique qui sera produit. I1 peut s'agir par exemple de recherches de spectrométB de masse concernant les ions produits, de mesures concernant les interactions entre ces ions et une atmosphère gazeuse entretenue dans le compartiment de travail, du bombardement d'une surface par des ions en vue d'obtenir des ions secondaires, etc. Ltusinage d'une surface par un faisceau ionique pour obtenir par exemple une surface ayant une microstructure désirée ou pour ensemencer des ions dans cette surface constituent des domaines d'application devenant de plus en plus importants pour les installations généra trices de faisceaux ioniques. A titre d'exemple des applications possibles d'un faisceau ionique, la figure montre une cible 3, c'est-à-dire une surface qui doit titre bombardée par le faisceau ionique 4. Four produire ce faisceau ionique, on emploie d'une façon de- jà connue un appareil appelé multiplicateur électronique rectiligne à canal. Un tel appareil a habituellement la forme d'un tube 5 dont chacune des extrémités, qui sont ouvertes, est connectée à une électrode 6, 7 amenant la tension de fonctionnement. Cette tension arrive par les lignes 7 et 9. On emploie généralement des tensions de fonctionnement de quelques milliers de volts. On ne décrira pas davantage ici la constitution d'un multi plicateur électronique à canal, car elle est déjà connue On polir ra trouver des détails à ce sujet dans les publications spéciali ses, On indiquera simplement que la paroi intérieure du canal de décharge 10 a une surface qui est bien adaptée pour une émission d'électrons secondaires.Si, pendant le fonctionnement, un élec- tron est émis sur le c8té négatif du canal 10, ce qui peut Titre provoqué par exemple, continuellement ou par pulsations, par une source électronique indiquée schématiquement en 14 ou bien par des quanta de lumière en lumière ultraviolette par exemple), cet électron est accéléré dans le champ électrique intérieur au canal, et libère lui-mEme des électrons secondaires à son impact sur la paroi; ces électrons secondaires sont à leur tour accélérés et déclenchent eux-mêmes d'autres électrons secondaires, et ainsi de suite, si bien qu'on obtient finalement une avalanche dtélectrons à l'extrémité positive du canal.Les ions produits par cette avalanche d'électrons, par ionisation du gaz principalement à ltex- trémité positifs du canal de décharge, sont accOlérés vers l'entrée mité négative du tube où ils forment un faisceau ionique. Jusqu'ici, un tel multiplicateur électronique à canal a été employé pour produire des ions uniquement dans le compartiment de gaz à partir duquel on voulait obtenir des ions, et les cotés entrée et sortie se trouvaient sous la mEme pression gazeuse. Mais suivant la présente invention, on prévoit un dispositif pour maintenir une chute de pression du gaz générateur d'ions entre les deux extrémités du canal de décharge. Ces deux extrémités doivent donc déboucher dans des compartiments qui se trouvent à des pressions partielles différentes du gaz dont on veut produire les ions. Comme on le voit par l'exemple reprEsenté, le dispositif le plus simple consiste à prévoir à l'extrémité positive 6 du canal de décharge une canalisation 11 amenant le gaz qui, sous la tension de fonctionnement, fournit les ions désirés conformément à sa possibilité d'ionisation, cette extrémité 6 étant d'autre part fermée vers le compartiment de travail 1. Cette arrivée de gaz peut-être reliée à un réservoir 12 du gaz générateur d'ions, par l'intermédiaire d'une soupape de réglage. En fonctionnement, on fait le vide dans le compartiment de travail 1, on applique la tension de fonctionnement au canal dè décharge, et l'on envoie par ce canal un courant du gaz produit sant les ions désirés. Par suite de la résistance opposée à lté- coulement, il s'établit entre les deux extrémités 6 et 7 une chute de pression, si bien que la densité du gaz est beaucoup plus forte (par exemple 10 à 1000 fois plus forte) sur le côté entrée que sur le côté sortie 7 des ions. Par pompage pendant le fonctionnement, on peut obtenir que, malgré cela, le vide maintenu dans le compas timent de travail soit beaucoup plus élevé que ce qui était possible jusqu'ici, ce qui est important pour de nombreuses applications. L'angle maximal compris entre la trajectoire d'un ion sortant en 7 et l'axe du canal de décharge dépend du point où cet ion a été produit à l'intérieur de ce canal. Dans cette invention, la propo11on des ions produits sur le côté entrée du gaz, relativement au nombre des ions produits plus loin vers l'extrémité négative, est fortement majorée, ce qui améliore la caractéristique de distribution angulaire. On signalera encore en terminant que, comparativement au dispositif déjà connu, le dispositif de la présente invention permet d'entretenir dans le compartiment de travail 1 une atmosphère constituée par un autre gaz, ce qui procure plus de liberté dans des recherches concernant les interactions entre des ions et d'autres gaz, ainsi que dans d'autres applioations. I1 faut encore signaler qu'il est nécessaire qu'à l'intérieur du canal de décharge, et avant la sortie dans le compartiment de travail, on dispose d'une distance d'accélération suffisamment longue pour les ions. C'est dans ce sens que la description de 1 t invention emploie la dénomination "multiplicateur électronique à canal rectiligne". Sur le côté entrée du gaz au contraire, le canal de décharge pourrait titre courbe ce qui peut Outre parfois avantageux pour des raisons de fabrication. RVNDICaTIûNS 1) Dispositif géntrateur d'ions utilisant un multiplicateur lectronique à canal rectiligne qui contient un gaz qui produit lss ions désirés par ionisation, et employant sous la forme diun faisceau ionique les ions qui sortent du canal de décharge du multiplicateur électronique à canal, ce dispositif étant caractérisé en ce que les deux extrémités du canal de décharge débouchent dans des compartiments séparés et qu'on prévoit un moyen pour maintenir une chute de pression partielle du gaz générateur d'ions entre les deux compartiments précités. 2) Dispositif conforme à la revendication 1, caracterisé en ce que l'extrémité positive du canal de décharge est pourvue d'une canalisation amenant le gaz générateur d'ions, et que l'extrémité négative du canal de décharge débouche dans le compartiment de travail, où les ions sont employés.