在真空离子镀膜过程中,常用质谱分析器对其成膜工艺过程进行控制,而质谱计当中的离子源则是起着将气体原子或分子进行电离,而此番电离所产生的离子将通过离子光学透镜进行聚焦及加速,再引入真空分析器当中。
本文讲述的是离子源的主要指标及其计算方法。其指标主要有两个,分别是离子能量分散度和离子产额。所谓离子产额,就是指离子源的内压力及其产生的离子流之比。
一般的离子源在发射电子流为10⁻³A~10⁻⁴A的情况下,它的离子产额通常为10⁻⁶A/Pa~10⁻⁸A/Pa的范围之内。但一般来说仅有部分离子能够适应分析场的要求,分析场对离子的要求有:
1、由于分析器所适应的能量及其角分散度的限度是一定的,因此,要求有效的离子产额要低一点;
2、分析器的入口孔小;
3、要求离子聚焦到离子源一个很小的出口处。
真空离子镀膜当中,质谱计的离子源一般以电子碰撞源居多。我们以传统型的电子碰撞源为例,其离子源的基础是由Nier所设计的正交式电子碰撞源。在发射电子流为一定值的情况下,该类离子源的离子产额的可通过以下公式进行计算:
I⁺=σsp
式中,I⁺——能获得的离子流;s——有效的电子轨迹长度;p——样品环境压力;σ——微分电离系数。
式中的σ(微分电离系数)指的是一定能量的电子,在1Pa的压力、0°C的温度气体当中,每1cm的移动路程中所产生的离子数量,因此,想要将离子产额提高,则增加其电子的有效轨迹长度是最有效的一种方法。该系数的大小和气体组份类型有关,在电子能量约等于70eV的条件下,微分电离系数的典型数值为10⁻²/cm·Pa~10⁻³/cm·Pa。