Электрические фильтры масс

Принципиальное преимуще­ство электрического фильтра масс обусловлено возможностью разделения по массам только с помощью электрических полей. Поскольку данное устройство не нуждается в магните, его очень удобно помещать непосредственно в вакуумную камеру, в ко­торой осуществляется испарение. В литературе описано не­сколько типов радиочастотных фильтров масс. Поэтому здесь будет рассмотрен только квадрупольный фильтр масс, ко­торый обещает стать в ближайшем будущем мощным орудием исследований тонких пленок.

Принципиальная схема прибора, скон­струированного Гюнтером. Основная его деталь — анали­затор — состоит из четырех параллельных цилиндрических стержней, расположенных точно по углам квадрата. Если по­дать на эти стержни высокочастотное напряжение и постоянное смещение, то суммарное электрическое поле вблизи оси системы будет изменяться по гиперболическому за­кону. При соответствующем подборе расстояния между осями стержней, частоты ВЧ-сигнала со и амплитуд напряжений (U=0,17 V) стабильная орбита движения (вблизи оси фильтра) существует только для ионов, удовлетворяющих соотношению - орбиты всех других ионов расходятся, т. е. другие ионы движут­ся по раскручивающимся спиралям и в конце концов попадают на поверхность стержней.

В фильтре масс можно использовать гру­бый простейший ионный источник с ионизацией электронами или даже с холодным катодом, поскольку работоспособность прибора не зависит от ширины спектра начальных скоростей ионов. Разумеется, что для получения максимальной чувстви­тельности следует использовать максимально возможное напря­жение экстракции, предельная величина которого должна быть согласована с требуемой разрешающей способностью. Вторая особенность заключается в квадратичной зави­симости от расстояния между стержнями; таким образом, точ­ность механической сборки деталей становится весьма ответ­ственной операцией.

Практически увеличения чувствительности можно достичь за счет некоторого снижения разрешающей способности простым уменьшением отношения U/V. По имеющимся сведениям фильтр масс с чувствительностью ~10~¹⁰ ммрт. ст. (по азоту) обладает разрешающей способностью, равной единице при М = 80. Одна­ко этот прибор до настоящего времени не получил широкого распространения при исследованиях в области очень низких давлений.

Вследствие весьма сильной фокусировки в области анализа­тора столкновения ионов с молекулами остаточных газов почти не влияют на рассеяние ионов. Поэтому линейная связь между ионным током и давлением сохраняется до 10~⁴ мм рт. ст. Это может иметь большое значение при некоторых пленочных ис­следованиях, которые начинаются при очень хорошем вакууме, а в завершающей стадии в систему напускается определенный газ (или газы) и испарение проводится в плотной атмосфере.