Brevet FR2942349A1 — publié le 20100820

DISPOSITIF D'ANALYSE DE MASSE A LARGE ACCEPTANCE ANGULAIRE COMPRENANT UN REFLECTRON La présente invention concerne un dispositif d'analyse de masse à large acceptance angulaire comprenant un réflectron. Pour la suite, le terme d'acceptance angulaire s'entend comme la capacité pour le dispositif intégrant le réflectron, de traiter des ions émis depuis une source telle que la surface d'un échantillon à analyser, avec une grande dispersion angulaire. La présente invention s'applique notamment au domaine de la spectrométrie à temps de vol, et plus particulièrement aux dispositifs d'analyse de masse tels que des spectromètres de masse et des sondes atomiques à temps de vol équipés de miroirs électrostatiques, ou réflectrons. Un spectromètre de masse à temps de vol ou TOF selon l'acronyme anglo-saxon pour Time-Of-Flight, permet de déterminer la masse d'ions arrachés d'un échantillon en mesurant le temps de vol des ions depuis une position déterminée, réelle ou virtuelle, de la source ionique, jusqu'à leur impact sur un détecteur, au travers d'une chambre d'analyse. Le temps de vol d'un ion au travers d'un champ électrostatique est proportionnel à la racine carrée du rapport masse sur charge de cet ion pour une énergie cinétique donnée. La résolution en masse d'un spectromètre à temps de vol dépend, outre de la précision avec laquelle les instants de départ et d'impact des ions peuvent être mesurés, de la dispersion en énergie des ions ; en effet des ions d'un rapport masse sur charge identique mais avec des rapports énergie sur charge différents présentent des temps de vol différents depuis la source ionique jusqu'au détecteur. Une méthode connue permettant d'éliminer, au moins en première approximation, la dépendance du temps de vol d'un ion à son énergie, et ainsi d'améliorer la résolution en masse d'un spectromètre à temps de vol, est d'incorporer dans la chambre d'analyse du spectromètre de masse un dispositif de type miroir ionique. Cette méthode a été proposée pour la première fois par Alikhanov, et mise en oeuvre par Mamyrin. On peut se référer aux articles respectifs correspondants : Alikhanov, Soviet Physics Journal of Experimental and Theoretical Physics (JETP), 4 (1956) 452 et Mamyrin et al., Soviet Phys. JETP, 37 (1973) 45. Les ions les plus énergétiques pénètrent plus profondément dans le champ électrostatique généré par le miroir ionique, le chemin qu'ils parcourent et leur temps de vol dans la chambre d'analyse sont ainsi plus longs que pour les ions de plus faible énergie. Par conséquent, l'allongement du temps de vol des ions les plus énergétiques par rapport aux ions les moins énergétiques au sein du champ électrostatique généré par le miroir ionique, compense le fait que le temps de vol est moindre pour les ions les plus énergétiques, dans la zone de la chambre d'analyse se situant hors du champ généré par le miroir. Ainsi le temps total de vol au sein de la chambre d'analyse est rendu indépendant de l'énergie des ions. On désigne communément les analyseurs de masse - c'est-à-dire notamment les spectromètres de masse et les sondes atomiques - équipés de miroirs électrostatiques, des analyseurs de masse à réflectron. Les miroirs ioniques utilisés dans des analyseurs de masse à temps de vol à réflectron intègrent typiquement des champs électrostatiques retardateurs homogènes ou bien homogènes par morceaux, c'est-à-dire homogènes dans des zones spatiales déterminées. Les miroirs ioniques sont communément constitués d'une électrode principale, d'une géométrie particulière et excitée par un potentiel électrique, et d'une électrode-grille d'une géométrie similaire et excitée par un potentiel électrique différent. Le champ électrostatique généré par ces électrodes est contenu dans l'espace séparant ces électrodes, et ses caractéristiques peuvent par exemple être ajustées en fonction des potentiels d'excitation. Différents types de spectromètres de masse reposent sur des méthodes diverses d'émission ionique telles que la désorption de champ, la désorption laser ou l'émission d'ions secondaires, en elles-mêmes connues de l'état de la technique. Une caractéristique des faisceaux ioniques résultant de ces techniques réside en une forte dispersion angulaire des ions émis, pouvant attendre des valeurs de l'ordre de 90° ou plus. Il est important de ne pas restreindre des faisceaux d'ions à large dispersion angulaire, afin de maximiser la sensibilité du spectromètre de masse. En outre, l'analyse d'ions émis avec une large dispersion angulaire peut présenter un intérêt majeur par ailleurs, dans certaines applications telles que par exemple les sondes atomiques, encore nommées microscopes à sonde atomique, dans lesquels une augmentation de l'acceptance angulaire est synonyme d'un élargissement du champ de vision du microscope, étant donné que différents angles d'émission correspondent à différentes positions sur la surface de l'échantillon auquel les ions sont arrachés. Il est à noter que toutes les méthodes d'émission d'ions, et tout particulièrement la désorption de champ, sont caractérisées par des dispersions énergétiques significatives ; il est ainsi particulièrement indiqué d'utiliser des miroirs ioniques afin d'améliorer les performances des dispositifs d'analyse de masse à temps de vol. Les miroirs ioniques des réflectrons classiques à champ électrostatique homogène par morceaux ne peuvent pas accepter une dispersion angulaire du faisceau ionique supérieure à environ 10°. Afin de permettre d'enregistrer les signaux ioniques avec des détecteurs de dimensions raisonnables, tout en acceptant de fortes dispersions angulaires, des miroirs à géométrie courbe ont été proposés dans l'article de Vialle et al., Rev. Sci. Instrum., 68 (1997) 2312. Un réflectron à géométrie courbe est proposé dans la demande de brevet internationale W02006/120148. Ce type de réflectron réalise une transformation du faisceau ionique divergeant depuis un échantillon de taille réduite, en un faisceau substantiellement parallèle, apte à être admis par un détecteur de dimensions raisonnables. Le plan du détecteur est substantiellement perpendiculaire au faisceau ionique, dans le but d'éviter d'augmenter les dimensions du détecteur, ce qui serait autrement inéluctable. En plus de ses propriétés de focalisation spatiale, et de focalisation en termes de temps de vol en fonction de l'énergie des ions, un tel dispositif possède des propriétés de focalisation spatiale en fonction de l'énergie des ions, et peut ainsi être utilisé pour obtenir des images d'un échantillon résolues spatialement, dans des microscopes à sonde atomique. Un tel réflectron présente cependant quelques inconvénients. D'une part, l'acceptance angulaire d'un tel dispositif ne peut excéder 90° pour des raisons simplement liées à la géométrie du dispositif. L'acceptance angulaire d'un tel réflectron est en outre réduite par une inclinaison indispensable par rapport au plan du détecteur, de la surface sur laquelle est réalisée la focalisation en termes de temps de vol en fonction de l'énergie. Un autre inconvénient de ce type de réflectron est lié au fait que l'intersection entre la plupart des trajectoires des ions et la direction normale à l'électrode-grille d'entrée du miroir du réflectron est réalisée selon des angles assez ouverts, ce qui augmente de manière considérable la dispersion des ions au niveau des inhomogénéités locales de champ électrique générées par la grille. En résumé, l'utilisation de miroirs à champ courbe améliore l'acceptance angulaire dans des spectromètres de masse ou des microscopes à sonde atomique à réflectron. Néanmoins, les réflectrons connus de l'état de la technique ne confèrent pas à ces dispositifs une acceptance angulaire suffisante, et présentent un certain nombre d'autres inconvénients. Un but de la présente invention est de pallier au moins les inconvénients précités, en proposant une conception nouvelle de réflectron, capable d'autoriser une grande acceptance angulaire des ions émis depuis la surface réduite d'un échantillon dans au moins une direction. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'analyse de masse à 20 temps de vol, notamment de type spectromètre de masse ou sonde atomique, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de réception d'un échantillon, - des moyens d'extraction d'ions depuis la surface de l'échantillon, - un détecteur, 25 - un miroir ionique produisant un champ électrostatique à géométrie toroïdale dont les lignes équipotentielles sont définies par une première courbure dans une première direction comprise dans le plan radial du dispositif d'analyse de masse et un premier centre de courbure, et une seconde courbure dans une seconde direction 30 perpendiculaire à la première direction dans le plan transverse du dispositif d'analyse de masse et un second centre de courbure, l'échantillon étant disposé à une distance du premier centre de courbure inférieure à un quart du premier rayon de courbure. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que le détecteur est disposé à une distance du point de focalisation spatiale des ions émis de l'échantillon selon la première direction, après réflexion par le miroir ionique, inférieure à un quart du premier rayon de courbure. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que le détecteur est disposé en aval du point de focalisation spatiale des ions émis de l'échantillon selon la première direction, après réflexion par le miroir ionique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que le détecteur est sensible à la position bidimensionnelle de l'impact des ions sur sa surface. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que le détecteur est apte à être déplacé selon l'axe principal du dispositif d'analyse de masse. 20 Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que le miroir ionique comprend une électrode arrière et une électrode grille, le champ électrostatique étant formé entre l'électrode arrière et l'électrode grille. 25 Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que l'électrode arrière et l'électrode grille sont de surface cylindrique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de 30 masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que l'électrode arrière et l'électrode grille sont de surface sphérique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce qu'il comprend des15 moyens additionnels aptes à faire varier le champ électrostatique produit par le miroir ionique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de 5 masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que l'échantillon est apte à être déplacé dans toutes les directions et/ou à être pivoté. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'analyse de masse à temps de vol peut être caractérisé en ce que les moyens 10 d'extraction des ions arrachent les ions de la surface de l'échantillon par désorption de champ et/ou désorption laser, ou émission d'ions secondaires. Selon la présente invention, une géométrie particulière d'analyseur de masse à temps de vol à réflectron est proposée à cette fin. Selon cette 15 géométrie, l'échantillon à analyser est placé à une distance substantiellement proche du centre de courbure du miroir à champ courbe selon la direction du champ ionique émis. Les ions émis, après réflexion sur le miroir à champ courbe, sont ensuite focalisés dans la direction considérée, en un point conjugué situé à une position opposée, par rapport au centre de courbure, de 20 la position de l'échantillon. Le détecteur peut être disposé, selon le problème physique qui se pose, ou bien au point de focalisation ou bien en aval de ce point. Dans le premier cas, le décalage depuis la position du détecteur, des points de focalisation en termes de temps de vol en fonction de l'énergie des ions pour toutes les directions d'émission ionique, est minimal. Dans le 25 dernier cas, l'image angulaire de l'échantillon peut être résolue au niveau d'un détecteur de dimensions raisonnables. Un avantage de la présente invention réside dans le fait que ces propriétés demeurent valides pour une dispersion angulaire en théorie illimitée, c'est-à-dire jusqu'à 180°. 30 Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que, indépendamment de la dispersion angulaire, les angles d'intersection des trajectoires ioniques par rapport à la normale à la surface de l'électrode-grille d'entrée du miroir pour la direction considérée, restent faibles, permettant ainsi une réduction de la dispersion angulaire des ions à ce niveau. La dispersion spatiale en énergie offerte par l'analyseur de masse à temps de vol à réflectron selon l'invention n'est pas nulle au niveau du détecteur. Néanmoins, en utilisant le champ d'un miroir sphérique et un décalage faible entre l'échantillon et le centre de courbure du champ, cette dispersion peut être rendue négligeable et tendre vers zéro. Ceci est dû au fait que dans le cas û irréalisable en pratique û où la position de l'échantillon coïncide avec le centre de courbure du champ, des ions suivent les mêmes trajectoires vers le miroir, puis au retour en provenance du miroir, indépendamment de leur énergie cinétique. Ainsi, la configuration particulière, propre à cette invention, d'un analyseur de masse à temps de vol à réflectron, comprenant un champ de miroir sphérique et un détecteur situé en aval du point de focalisation, confère des propriétés particulièrement favorables à une grande acceptance angulaire du faisceau ionique, notamment particulièrement adaptée à une utilisation dans des microscopes à sonde atomique à haute résolution et grande sensibilité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des 20 dessins annexés qui représentent : - la figure 1, la vue en coupe dans le plan radial d'un dispositif d'analyse de masse, d'une géométrie de réflectron connue de l'état de la technique ; 25 - la figure 2, la vue en coupe dans le plan radial d'un dispositif d'analyse de masse, d'un exemple de géométrie de réflectron selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3, la vue en perspective, d'un exemple de l'image formée au niveau d'un détecteur sensible à la position, d'ions 30 émis d'un échantillon suivant différentes directions dans le plan radial et dans le plan transverse, selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 4, la vue en coupe dans le plan radial d'un dispositif d'analyse de masse, d'un exemple de géométrie d'un réflectron 35 avec un détecteur placé au point de focalisation conjugué du point auquel est situé l'échantillon, selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 présente la vue en coupe dans le plan radial d'un dispositif d'analyse de masse, d'une géométrie de réflectron connue de l'état de la technique, telle que présentée dans la demande de brevet W02006/120148 précitée. Un analyseur de masse 100 comprend un échantillon 101 de petite taille, par exemple en forme de pointe, duquel des ions sont émis et accélérés par des électrodes d'extraction 102. Les ions émis suivent dans la chambre d'analyse de l'analyseur de masse 100 des trajectoires 109 et 110. Les ions sont réfléchis dans un miroir ionique 103 formant un champ électrostatique à surface équipotentielles courbes 104. Les lignes équipotentielles ont un centre de courbure 105. Le miroir ionique 103 est constitué d'une électrode arrière 107 et d'une électrode grille 106. Un détecteur 108 recueille les ions. Le détecteur 108 est sensible à la position du point d'impact des ions sur sa surface. Le centre de courbure 105 des lignes équipotentielles du champ généré par le miroir ionique 103 se situe typiquement à une distance plus grande du miroir 103 que de l'échantillon 101. Le miroir ionique 103 permet à des trajectoires ioniques divergentes provenant de l'échantillon 101, de devenir essentiellement moins divergentes, voire légèrement convergentes après réflexion. Ainsi, à une grande distance du miroir 103, les trajectoires ioniques peuvent tout de même être captées par le détecteur 108 dont la taille peut rester raisonnable. Ce grand espacement des trajectoires permet aux ions d'avoir un temps de vol suffisant pour conférer à l'analyseur de masse 100 une haute résolution en masse. L'intensité du champ électrostatique à l'intérieur du miroir ionique 103, et partant la longueur des trajectoires au sein du miroir ionique 103, est choisie de manière à ce que des ions émis de l'échantillon dans la même direction, mais avec des énergies différentes, suivant les trajectoires 109 et 110, atteignent le détecteur 108 essentiellement au même moment ; c'est-à-dire que la focalisation en termes de temps de vol par rapport à l'énergie des ions est assurée. La distance entre le miroir ionique 103 et le détecteur 108 est choisie de manière à ce que des ions émis de l'échantillon dans la même direction, mais avec des énergies différentes, atteignent le détecteur 108 essentiellement au même point d'impact ; c'est-à-dire que la focalisation spatiale par rapport à l'énergie des ions est assurée. Ainsi, si des points de départ différents sur la surface de l'échantillon 101 correspondent à des angles d'émissions différents, comme c'est le cas par exemple dans des microscopes à sonde atomique, une image de l'échantillon peut être résolue au niveau du détecteur, avec une faible aberration chromatique. Il apparaît clairement sur la figure 1 que la géométrie de l'analyseur de masse 100 présentée ici ne permet pas d'augmenter l'acceptance angulaire au-delà de 90°. Il apparaît clairement, également, que pour de larges dispersions angulaires, la plupart des ions entrent en intersection avec l'électrode grille 106 du miroir ionique 103 sous des angles relativement importants par rapport à la normale à la surface de l'électrode grille 106. Il est connu du spécialiste de la théorie optique ionique que de tels angles d'intersection entraînent des effets de dispersion au niveau des inhomogénéités de champ électrostatique local au niveau de l'électrode grille 106. La figure 2 présente la vue en coupe dans le plan radial d'un dispositif d'analyse de masse, d'un exemple de géométrie de réflectron selon un mode de réalisation de la présente invention. L'échantillon 101 est disposé à la proximité du centre de courbure 105 des lignes équipotentielles 104 du champ électrostatique généré par le miroir ionique 103. Dans l'exemple de la figure, l'électrode 107 du miroir électrostatique 103 est à géométrie sphérique, ainsi que l'électrode grille 106. Ainsi les lignes équipotentielles 104 du champ électrostatique présentent une symétrie sphérique. D'une manière similaire à la description donnée ci-dessus en référence à la figure 1, les ions sont émis depuis la surface de l'échantillon 101 et accélérés par les électrodes d'extraction 102, puis réfléchies par le miroir ionique 103. Les ions passent par un point 111, conjugué du point à laquelle l'échantillon 101 formant une pointe peut être assimilé en première approximation. En aval du point 111, les ions atteignent le détecteur 108, sensible à la position des points d'impact avec sa surface. Le champ électrostatique régnant à l'intérieur du miroir ionique 103, et partant la longueur des trajectoires des ions au sein du miroir ionique 103, sont choisis de manière à ce que des ions émis depuis la surface de l'échantillon 101, dans une même direction mais avec des énergies différentes, suivant des trajectoires 109 et 110, atteignent le détecteur 108 essentiellement au même instant ; c'est-à-dire que la focalisation en termes de temps de vol par rapport à l'énergie des ions est assurée. La focalisation en termes de temps de vol relativement à l'énergie des ions ne peut pas être rigoureusement réalisée en pratique au niveau du détecteur 108, étant donné que la surface sur laquelle la condition d'une telle focalisation est remplie est de forme sensiblement sphérique, avec un centre situé au point conjugué 111. Néanmoins, cette surface est sensiblement parallèle à la région centrale de la surface du détecteur 108, ainsi la dépendance du temps de vol d'un ion à son énergie reste faible pour une dispersion angulaire d'émission relativement grande, cette dépendance croissant comme le carré de la distance séparant le centre du détecteur 108 au point d'impact de l'ion considéré sur la surface du détecteur 108. Etant donné que l'échantillon 101 est proche du centre de courbure 105 du miroir ionique 103, les angles formés entre les trajectoires des ions et les lignes normales à la surface de l'électrode grille 106 du miroir ionique 103 aux points d'intersections entre ces dernières, sont réduits. Ces angles tendent vers zéro lorsque l'échantillon 101 tend vers le centre de courbure 105 du miroir ionique 103. En d'autres termes, les trajectoires des ions sont pratiquement perpendiculaires à la surface de l'électrode grille 106 du miroir ionique 103. Cette configuration particulière permet de réduire les effets de dispersion des ions causée par les inhomogénéités du champ électrostatique local à la proximité de l'électrode grille 106. De surcroît, l'écart entre les trajectoires 109 et 110, d'ions partant depuis la surface de l'échantillon 101 dans une même direction, mais ayant des énergies différentes, demeure réduit après réflexion par le miroir ionique 103 ; cet écart tend vers zéro lorsque l'échantillon 101 tend vers le centre de courbure 105 des lignes équipotentielles 104 du champ électrostatique produit par le miroir ionique 103. Ainsi, bien que la coïncidence, au niveau du détecteur 108, des trajectoires des ions de même direction initiale mais présentant des énergies différentes ne soit pas parfaite, celle-ci demeure excellente si la dispersion en énergie des ions demeure relativement faible. On dit encore que l'aberration chromatique spatiale demeure faible. De la sorte, des ions avec des directions d'émission différentes peuvent être résolus au niveau du détecteur 108 avec une bonne précision. Dans un mode de réalisation de l'invention, le rayon de courbure de l'électrode arrière 107 pourra par exemple être égal à 400 mm, la distance de l'échantillon 101 au centre de courbure 105 pourra être égale à 30 mm, et la distance du détecteur 108 au point de focalisation 111 pourra être égale à 275 mm. Plus généralement, on pourra choisir de positionner l'échantillon 101 à une distance du centre de courbure 105 inférieure à un pourcentage donné du rayon de courbure de l'électrode arrière 107, par exemple 25%. La figure 3 présente la vue en perspective, d'un exemple de l'image formée au niveau d'un détecteur sensible à la position, d'ions émis d'un échantillon suivant différentes directions dans le plan radial et dans le plan transverse, selon un mode de réalisation de la présente invention. Ce mode de réalisation de l'invention permet l'analyse d'ions émis de la surface de l'échantillon 101 avec une grande dispersion angulaire, en théorie jusqu'à n radians, en utilisant un détecteur 108 de taille finie. L'acceptance angulaire est d'autant plus grande que le centre du détecteur 108 est proche du point 111 conjugué du point auquel l'échantillon 101 est assimilé. Dans le cas particulier où l'analyseur de masse à temps de vol 100 est une sonde atomique, et donc où différentes directions d'émission d'ions correspondent à différents points sur la surface de l'échantillon 101, ce mode de réalisation de l'invention permet une grande résolution en masse avec une large acceptance angulaire, ainsi qu'une bonne résolution spatiale, grâce à une faible aberration chromatique spatiale. En d'autres termes, ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement approprié pour une application de type microscope à sonde atomique. En raison du décalage de l'échantillon 101 par rapport à l'axe dans le 35 plan radial, la focalisation en ouverture ou en énergie peut être réalisée différemment dans le plan radial et dans le plan transverse. Pour pallier ce problème, il peut être avantageux d'utiliser un miroir électrostatique 103 qui ne soit pas à géométrie rigoureusement sphérique. Dans une telle configuration, le rayon de courbure et donc le centre de courbure dans le plan radial sont différents du rayon de courbure et du centre de courbure dans le plan transverse. La figure 4 présente la vue en perspective, d'un exemple de géométrie d'un réflectron avec un détecteur 108 placé au niveau du point de focalisation conjugué du point auquel est situé l'échantillon 101, selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Selon ce mode de réalisation, l'intensité du champ électrostatique généré par le miroir ionique 103 peut être choisie de manière à permettre une focalisation en termes de temps de vol relativement à l'énergie des ions, au niveau du détecteur 108. Ce mode de réalisation particulier peut être avantageux si une résolution spatiale des ions n'est pas nécessaire. Ce mode de réalisation permet une grande résolution en masse, pour des ions émis depuis la surface de l'échantillon 101 avec une grande dispersion angulaire. Cette caractéristique peut être obtenue en plaçant le détecteur à une position coïncidant avec le point de focalisation 111 en termes de temps de vol relativement à l'énergie des ions. D'une manière plus générale, on pourra choisir de positionner le détecteur 108 à une distance du point de focalisation 111 inférieure à un pourcentage donné du rayon de courbure de l'électrode arrière 107, par exemple 25%. Il est enfin possible d'envisager un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté sur les figures. Ce mode de réalisation est approprié pour des applications dans lesquelles la dispersion angulaire est importante dans un seul plan. Dans une telle configuration, la géométrie du réflectron peut être simplifiée en utilisant une électrode grille 106 et une électrode arrière 107 de surfaces cylindriques. Il est finalement à noter que d'une manière générale, et en elle-même 35 connue de l'homme du métier, les électrodes du miroir ionique 103 peuvent être équipées de moyens additionnels d'alignement mécanique et/ou de jeux d'électrodes additionnelles permettant l'ajustement de la forme du champ électrostatique. Il est également avantageux, pour un meilleur ajustement des performances de l'analyseur de masse 100, de permettre un déplacement du détecteur 108 selon l'axe principal du dispositif d'analyse 100 et/ou de l'échantillon 101 selon les trois axes. Il peut être également avantageux de doter le mécanisme de tenue de l'échantillon de moyens d'incliner l'échantillon afin de corriger des défauts d'inclinaison de l'échantillon et/ou du porte-échantillon. REVENDICATIONS1 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100), notamment de type spectromètre de masse ou sonde atomique, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de réception d'un échantillon (101), - des moyens d'extraction d'ions depuis la surface de l'échantillon (101), - un détecteur (108), - un miroir ionique (103) produisant un champ électrostatique à géométrie toroïdale dont les lignes équipotentielles sont définies par une première courbure dans une première direction comprise dans le plan radial du dispositif d'analyse de masse (100) et un premier centre de courbure (105), et une seconde courbure dans une seconde direction perpendiculaire à la première direction dans le plan transverse du dispositif d'analyse de masse (100) et un second centre de courbure, l'échantillon (101) étant disposé à une distance du premier centre de courbure (105) inférieure à un quart du premier rayon de courbure. 2 - Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (108) est disposé à une distance du point de focalisation spatiale (111) des ions émis de l'échantillon (101) selon la première direction, après réflexion par le miroir ionique (103), inférieure à un quart du premier rayon de courbure (111). 3 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur est disposé en aval du point de focalisation spatiale (111) des ions émis de l'échantillon (101) selon la première direction, après réflexion par le miroir ionique (103). 4 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (108) est sensible à la position bidimensionnelle de l'impact des ions sur sa surface.5 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (108) est apte à être déplacé selon l'axe principal du dispositif d'analyse de masse (100). 6 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le miroir ionique (108) comprend une électrode arrière (107) et une électrode grille (106), le champ électrostatique étant formé entre l'électrode arrière (107) et l'électrode grille (106). 7 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrode arrière (107) et l'électrode grille (106) sont de surface cylindrique. 8 - Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrode arrière (107) et l'électrode grille (106) sont de surface sphérique. 9 ù Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens additionnels aptes à faire varier le champ électrostatique produit par le miroir ionique (103). 10 - Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échantillon (101) est apte à être déplacé selon toutes les directions, et/ou à être pivoté. 30 11 - Dispositif d'analyse de masse à temps de vol (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'extraction des ions arrachent les ions de la surface de l'échantillon (101) par désorption de champ et/ou désorption laser, ou émission d'ions 35 secondaires. 25