Cursus Vacuümtechniek R&D 1

Cursus Vacuümtechniek

Gasanalyse 1Systemen

Cursus Vacuümtechniek R&D 2

Periodiek systeem

Cursus Vacuümtechniek R&D 3

Restgasanalyse• Partiële druk of dichtheid van een gas

– met ionisatiemanometerionisatiemanometer waarbij de geproduceerde ionen niet tegelijk op collector komen maar na elkaar, gefilterd naar massa

•• Twee versiesTwee versies afhankelijk van de methode van scheiding– scheiding d.m.v. magnetisch veldmagnetisch veld– scheiding d.m.v. hoogfrequent + elektrostatisch hoogfrequent + elektrostatisch

elektrisch veldelektrisch veld• Gemeenschappelijk is de methode van ioniserenioniseren,

dezelfde als bij de ionisatiemanometer, dus alleen toepasbaar bij drukken beneden 10-1 Pa.

Cursus Vacuümtechniek R&D 4

Opbouw restgasanalysator (RGA)

ionenbron

OpbrengstEnergiespreiding

Hoekspreiding

collectordeel

DetectielimietAanwijstijd

analysedeel

Scheidend vermogenTransmissie

Cursus Vacuümtechniek R&D 5

Ionenbron volgens principe van Nier

Cursus Vacuümtechniek R&D 6

Open ionenbron

Open ionenbronOpen ionenbron met kooivormige anode, opgebouwd volgens het principe van de extractor meetbuis

• G - anodeanode• K - kathodekathode• E - extractieextractie elektrodeelektrode waarmee de gevormde ionen naar

het analysedeelanalysedeel worden versneld.

Cursus Vacuümtechniek R&D 7

2 voorbeelden: gesloten; open ionenbron

Cursus Vacuümtechniek R&D 8

Cross beam ionenbronconstructietekeningconstructietekeningen schematisch bundelverloopbundelverloop1 - kathodekathode (2x incl.reserve)2 - repellerrepeller met focusserendefocusserendewerking op elektronenbundel3 - ionisatiekamerionisatiekamer(tevens anode)4 - ioniserendeioniserendeelektronenbundelelektronenbundel

5 - te analyseren gas/dampbundel gas/dampbundel 6 - ionenbundelionenbundel naar analysatoranalysator

Cursus Vacuümtechniek R&D 9

Quasi-gelijktijdige controle twee opdampbronnen

Een massaspectrometer, voorzien van een crosscross beam beam ionenbronionenbron, als ddepositiemonitorepositiemonitorbij coco--evaporatieevaporatie (d.w.z. het gelijktijdig opdampen van verschillende materialen). Door gebruik te maken van een aangepasteaangepaste afschermingafscherming met op de juiste plaatsen een paar kleine openingen, kan de intensiteit van het verdampende materiaal vanuit twee opdampbronnen quasiquasi--gelijktijdiggelijktijdig worden gemeten.

Cursus Vacuümtechniek R&D 10

Analyse gedeelte: scheidend vermogen

11 - spectrumspectrum van een restgas verontreinigd met oliedampoliedamp, geregistreerd met een RGA met binnen het beschouwde massagebied een aanvaardaanvaard--baarbaar scheidendscheidend vermogenvermogen

22 - spectrumspectrum onder dezelfdedezelfdeomstandighedenomstandigheden, echter nu gemeten met eenonvoldoendeonvoldoende scheidendscheidendvermogenvermogen

Cursus Vacuümtechniek R&D 11

Scheidend vermogen

scheidend vermogen:

%hMM

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∆

h = 50 %

h =10 %

Cursus Vacuümtechniek R&D 12

Types restgasanalysatoren•• lineaire R.F. RGAlineaire R.F. RGA:

– variabele frequentie van de wisselspanning– lineaire set electroden: verschillende massa’s

leiden tot verschillende looptijden tussen de electroden, de variabele frequentie selecteert de ionen die door kunnen lopen

•• omegatronomegatron: onderling loodrechte elektrische en magnetische velden, de frequentie van het elektrische veld wordt gevarieerd; ionen met cyclotronfrequentie gelijk aan de elektrische frequentie worden geselecteerd

•• magnetische afbuigingmagnetische afbuiging: door een elektrisch veld versnelde ionen worden afgebogen in magnetisch veld

Cursus Vacuümtechniek R&D 13

Types restgasanalysatoren (vervolg)•• time of flight RGAtime of flight RGA: door elektrisch veld versnelde

ionen hebben massa-afhankelijke looptijden in veldvrije ruimte

•• quadrupool RGAquadrupool RGA: gecombineerd statisch en wisselend elektrisch veld op een viertal staven brengt ionen al of niet “in resonantie”

•• monopool RGAmonopool RGA: zie quadrupool, alleen met één staaf

•• massa synchrotron RGAmassa synchrotron RGA: opgevouwen lineaire R.F. analyzer gecombineerd met magnetisch veld; ionen in cirkelbanen t.g.v. magnetisch veld; de ionen die synchroon lopen met modulator worden opgevangen

Cursus Vacuümtechniek R&D 14

10-5 s time-of-flight10-3 s quadrupool

1 s magnetische afbuiging

Aandachtspunten keuze RGA• gevoeligheid• ontgassingsgraad• scheidend vermogen• vorm van de pieken• wel of geen magneet• mechanische constructie en elektrisch circuit• achtergrond stromen• toegankelijkheid van de ionenbron• scan-snelheid

Cursus Vacuümtechniek R&D 15

RGA met magnetische afbuiging

VrB

em

2

22

=emV

Br 21=

em

V

B

electronenbundel

versnellings-gedeelte

collectoruittree-opening

ionenbanen gas-moleculen

1800 sectorveld spectrometer

BB

ionenbron

ionendetector

electrometerof teller

magneet

900 sectorveld spectrometer

Cursus Vacuümtechniek R&D 16

Magnetische sectorveld RGA

magneet

Cursus Vacuümtechniek R&D 17

Time-of-flight RGA

zware ionen

lichte ionen

Mass Range up to 200.000 amu, Mass Resolution up to 2.00Mass Range up to 200.000 amu, Mass Resolution up to 2.00

Cursus Vacuümtechniek R&D 18

gelijk- en wisselspanningionenbron

niet-resonant ion

resonant ion

detector

Quadrupool RGA

G K E

G: anode (“grid”)K: kathode (gloeidraad)E: opening naar analysegedeelte

−+ = IpCI ..

ei LpFC ..=

fractie van allegevormde ionendie analysatorbereiken

Cursus Vacuümtechniek R&D 19

Quadrupool RGA

Cursus Vacuümtechniek R&D 20

Massafilters Quadrupool RGA

Cursus Vacuümtechniek R&D 21

DetectorgedeelteVergroten van de gevoeligheid d.m.v. multipliers: