Brevet FR2610138A1 — publié le 19880729

SOURCE IONIQUE SELECTIVE A HAUTE INTENSITE Pour de nombreuses applications de l'électronique. [spectrographe de masse. analyse de surface. implantation d'ions etc.) des sources intenses d'ions monoénergétiques sont requises. Les meilleures sources existantes ne réalisent qu'un compromis plus ou moins heureux entre l'efficacité d'ionisation. la collection des ions et la dispersion en énergie de ces ions. La nouvelle source décrite ici permet au contraire d'allier une efficacité maximum d'ionisation à une collection quasi totale des ions. avec une dispersion en énergie négligeable. Elle permet en outre une extraction sélective des ions légers. en particulier de Ht L'ensemble de la source baigne dans un champ d'induction magnétique uniforme B . crée par un circuit magnétique convenable. L'adent ionisation est constitué par les électrons .Ces électrons sont injectés dans la chambre d'ionisation parE@ parallèle à #. Une nappe d'électrons est ainsi formée et reste confinée dans un plan défini par le filament @ la direction de #. A l'intérieur de la chambre, une électrode de déflection, parallèle à la nappe électronique, crée un champ uniforme #i, perpendiculaire à B. Le mouvement des particules chargées dan; un tel système de champs croisés est la somme d'un mouvement circulaire et d'un mouvement rectiligne uniforme de vitesse égale à E" perpendiculaire au planEi,B.Le mouvement résultant est une cycloîde. Le rayon du mouvement circulaire est donné par ou e/# = rapport charge-masse tire vitesse initiale dans plan 1 cL B Pour les électrons avec les valeurs usuelles de Ei 8 B ,u.la valeur de R est toujours très petite. de l'ordre au plus de 0.1 mm. La nappe électronique (espace d'ionisation) a pratiquement l'épaisseur du filament émetteur, soit environ 0.5 mm et peut être cnnfondue avec une surface équipotentielle du champ Et. Les ions de même masse vont décrire. à partir de cette surface. des cycloïdes identiques dans des plans perpen ulnaires à B et sorti latéralement de la source. Théoriquement. la totalité des ions créés sont extraits. Toutefois. le rayon R des cycloîdes est proportionnel à la masse m des ions.Pour des valeurs données de Ei et B. il existe une masse critiquemc. Pourm > mcles ions sont captés par l'électrode de déflection. La source constitue donc en fait un filtre passe-bas. ajustable avec E. On peut en particulier mettre à profit cette propriété pour. avec un choix convenable de E, B, n'extraire que les ions et H5. Un diaphragme à la sortie de la source permet d'ailleurs d'arrêter les ions H+. On dispose ainsi d'un détecteur d'hélium très sensible. simple et de dimensions très réduites. L'invention sera mieux comprise avec la descr@ L. @'un mode particulier de réalisation [ fig. I. vue latérale [a] et frontale [b]]. La source est placée entre les pôles d'un circuit magnétique M. Le filament [f] est tendu parallèlement aux fentes (a) aménagées dans la chambre d'ionisation [b]. Les électrons émis par le filament sont accélérés parallèlement à l'induction par une champ électrique Ee Ils décrivent des hélices très serrées autour des lignes d'induction : les trajectoires sont encore allongées par réflexion dans l'espace ou règne le champ Et. II se forme ainsi dans la source une nappe plane d'électron [e]. confondue avec une surface équipotentielle du champ déflecteur Eicrée par l'électrode [b].Sous l'action des champs croisés B, E. les ions créés dans (e) décrivent des cycloîdes [c3. Les ions de masse Le système assure. en raison du confinement serré des électrons une ionisation élevée dans une région quasi équipotentielle. L'extraction des ions par champs croisés permet la collection totale des ions de masse REVENDICATIONS 1. Source ionique constituée par un circuit magnétique M. un filament chauffé émetteur d'électrons tf3 et une chambre d'ionisation [b) : le filament [f] est tendu perpendiculairement à l'induction magnétique B. face à une fente (a) ménagée dans [b] : une différence de potentiel convenable entre [f] et [b] injecte les électrons dans [b] sous torme d'un nappe plane. confinée par B .La source est caractérisée par le fait qu'une électrode de déflection [h] est placée dans la source parallèlement à S à la fente (a) et donc à la nappe électronique: par le fait qu'une différence de potentiel ajustable est appliquée entre [b] et [h3. produisant un champ Ei : par le fait que la nappe électronique dans [b] coincide avec une surface équipotentielle de Ei . Sous l'influence des champs magnétiques a. et électriques Ei croisés les ions décrivent des cycloîdes dans des plans perpendiculaires à B . Les ions de masse supérieure à une masse critique mc,proportionnelle à B sont captés par l'électrode (h). Les ions de masse inférieure à mc sortent latéralement de la source. Le faisceau d'ions. tous en provenance d'une même équipotentielle. est monoénergétique. 2. Source ionique suivant la revendication 1. caractérisée par le fait qu'une électrode auxiliaire tk] forme. avec l'électrode de déflection [h]. un diaphragme définissant une bande passante mc ,mc-#mc: par le fait que. dans la région où agit le champ EL , cette électrode est plane. parallèle à [h) et placée au potentiel correspondant à sa position. Elle matérialise donc une équipotentielle de la distribution et ne perturbe pas celle-ci. Cette source est sélective et constitue en elle-même un spectographe de masse.