Others QMA에서 electron beam의 generation 과정
2004.06.19 16:04
1. QMA에서 electron beam을 generation하는 과정을 알고 싶습니다.
2. Ion source근방에서 Lens를 상용하는 것으로 알고 있는데..
이온 빔을 평행한 빔으로 만드는 과정인지를 알고 싶습니다.
3. Energy Filter의 종류와 원리를 알고 싶습니다.
너무 질문이 추상적인 것 같아서 ... ^^
죄송합니다. 아직 모르는 것이 많아서.......
ps. 혹시라도 QMA를 통하여 얻어지는 signal에 대한 NIST표준을
찾을 수 있는 site및 자료를 갖고 계신다면... 좀 얻을 수 있었으면
좋겠습니다. 어떻게 좀.... 알수있는 방법이 없을까요...
이에 대한 참고 문헌을 소개해 주셔도 ....
정말 감사드리겠습니다. ^^
1. 이온원에서 전자빔의 생성 과정
기본적으로는 가열된 필라멘트(W, Ir, ThO2-W)에서 방출되는 열전자를 사용합니다. 문제는 전자의 방출 에너지를 아주 좁게 정의해주는 방법인데, 필라멘트를 가열하는 전원을 교류를 사용하면 필라멘트의 저항이 대개 0.5옴 정도되는까 2 – 3A에서 P= I^2 * R = 2W – 4.5W 까지의 전력을 이용하게 됩니다. 방출되는 전자의 에너지를 조절하기 위해서 바이어스를 -70V로 한다면 실제로 필라멘트 표면에서 방출되는 전자의 에너지는 70 – Vac에서 70 + Vac 가 되겠지요. 직류 전원을 사용해서 가열하는 경우에도 I*R drop에의한 차이가 생기게 됩니다. 따라서 아주 정밀하게 전자의 방출 에너지를 조절하고 싶은 사람들은 필라멘트의 앞부분에 아주 작은 틈새를 만들어서 필라멘트의 일부분에서 방출되는 거의 에너지가 같은 전자들만을 사용합니다. 전자의 에너지 차이가 이미지에 수차를 가져오는 전자현미경의 경우에는 필라멘트를 헤어핀 모양으로 뾰족하게 만들어서 사용하고 몇번의 condenser lens system을 거치면서 에너지 보정을 합니다. QMS에서는 그 정도까지는 아닙니다. 따라서 AMS등의 기법을 사용하려면 에러 범위등을 자세히 고려해보야야 할 것 입니다. 필라멘트의 주변을 둘러싸고 있은 새장 모양의 전극에는 임의의 방향으로 방출된 전자들을 이온화 공간(내부)으로 밀어내는 electron repeller 가 있읍니다. 필라멘트의 모양도 이온게이지에서 보는 것 처럼 두가지인데, 하나는 돼지꼬리처럼 말려있는 형태와(VG, UTI, ANELVA) 전체를 둥글게 한 번 돌아싸고 있는 형태입니다.(SRS, Inficon) 축중심쪽에 있는 anode chamber에도 필라멘트의 모양과 맞도록 구멍을 뚫어놓습니다. 동위원소 분석용 자석식 질량 분석기에는 스트립 형태의 필라멘트를 사용하기도 합니다.
2. 이온원 근방의 렌즈
뭐 이름을 붙이니까 렌즈지 둥근 원판 가운데에 적당한 크기의 구멍을 뚫어 놓은 것 입니다. Einzel lens를 이루는 3장짜리 세트가 제대로 장착되어 있는 시스템은 고가의 플라즈마 분석용입니다. 사실 전자를 이용한 이온원에서 전자충격 이온화가 아닌 ESD (electron stimulated desorption)과정으로 생성된 이온도 있는데, 이들을 에너지 필터를 이용하면 간단히 구분이 되지요. 질문하신분이 생각하신데로 마지막의 Q-pole에 입사하는 이온들을 빔의 형태 (일정한 에너지, 일정한 공간각)로 만들기 위한 것입니다.
3. 에너지 필터의 종류와 원리
아래의 Hiden EQP난에 소개를 드렸으니 참고 하시고, http://www.hiden.co.uk에도 소개가 되어있읍니다. 간단히 말씀드리면, 1차형과 2차형이 있는데 1차형은 retarding field analyser로써 걸어준 전압 이하는 못지나가게 하는 거지요. (high pass filter) 따라서 얻은 이온 신호를 미분해야 분포함수와 연관된 값을 얻을 수 있읍니다. 2차형은 자신이 미분에 해당하는 값을 주는 것으로써 일정한 pass energy band를 가지고 있읍니다.(sector field analyser, CMA) 여기서 얻은 값은 곧 사용할 수 가 있읍니다. QMA의 질량 분석 부분도 U+V*cos(wt)가 high pass filter고 –U-V*cos(wt)가 low pass filter 역할을 함으로써 얻은 신호를 바로 사용할 수 가 있는 셈이지요. 대개 에너지 필터의 성능은 에너지 분해능과 이온의 투과율로 결정됩니다. 대개 10% 정도의 투과율을 가지고 있읍니다. 물론 질량에 따른 분해능의 차이도 있구요. 따라서 에너지 분석기가 딸린 QMS로 얻은 신호를 막바로 플라즈마 공간상의 이온 밀도로 해석하기에는 무리가 있지요. 여려가지 고려할 인자들이 있읍니다.
4. NIST mass data base
NIST home pass (http://www.nist.gov)에 가시면 찾아 보실 수 있읍니다. 유기물을 포함한 75,000 여종의 방대한 database 인데 대개 QMS 회사들이 100가지 정도의 진공시스템에서 잘 발생하는 것들(RP oil, DP oil, Acetone, Alcohol, Air, TMP oil, Freon...)을 모아서 끼워주고 있읍니다. 전문적으로 질량 분석 하시는 분들은 잘 알고 계실것입니다.
* 어떻게 하면 web 상에서 그림을 쉽게 끼워 넣을 수 있는지 가르쳐 주시면 저희 실험실에서 찍어 놓은 QMS 분해 사진들을 첨부해서 설명을 할 수 있을텐데, 아시는 분 계시면 가르쳐 주십시오.