Untersuchungen zur Emission positiver Sekundärionen aus festen Targets. Die Brauchbarkeit der Ionenbeschuß-Ionenquelle in der Massenspektroskopie

Abstract

If solids are bombarded by ions, positive secondary ions (SI) of all elements of the target material are emitted. The mass analysis of these SI permits conclusions to be drawn about the composition of the target material. An arrangement based upon this kind of ion production is called an ion-bombardment ion source. In this paper it was investigated whether or not this ion source is suitable for quantitative analysis of solids by mass spectrometry. For this purpose the SI yield γ+ of 27 elements was measured at constant bombardment conditions (12 keV A+-ions, 45° incidence). γ+ is approximately 1% for 10 elements — Si, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Ta, W, Os, and U. Aluminium shows the largest, gold the smallest SI yield. Yields differ by a factor of 1000 for different elements. The influence of the ionization energy on the SI yield is discussed. The yield is independent of the concentration in the range 0.02—20%.

Distributions énergétiques des ions secondaires

“…Il n'est donc pas étonnant que l'énergie moyenne des ions soit sensiblement la même pour tous les éléments de la série (20) et que les rendements ioniques globaux qui sont portés sur le tableau 1 soient porportionnels aux rendements partiels K5°(M+) et K100(M+), mesurés à haute énergie. La plupart des expérimentateurs qui ont proposé une interprétation empirique de l'émission ionique de cibles bombardées par des ions de gaz rare de quelques keV d'énergie [10], [11], se sont référés à des mesures de rendements en ions lents. Or, si l'on admet que les ions secondaires proviennent en majeure partie de l'ionisation de particules neutres erratiques [12] et que les rendements et les distributions énergétiques de ces particules sont voisins pour les métaux de la série 3 d, nos résultats expérimentaux suggèrent qu'un processus d'ionisation devrait, en premier lieu, rendre compte de l'émission des ions rapides [3].…”

“…-La pulvérisation de l'échantillon est assurée par des ions A+ qui arrivent sous une incidence de 600 environ et dont l'énergie est de 6,2 keV au moment de l'impact. Dans nos conditions expérimentales, la densité de ce faisceau de bombardement est de l'ordre de 10 IlA/mm2.…”

Processus de formation d'ions à partir d'atomes éjectés dans des états électroniques surexcités lors du bombardement ionique des métaux de transition

“…Nous arrivons à cette conclusion pour tous les éléments de la série 3d, même si l'on envisage une excitation plus profonde qui porterait sur un électron s et deux électrons d. Nous avons trouvé expérimentalement [13] un résultat en accord avec la conclusion précédente. Certains auteurs signalent cependant la présence d'ions multiples dans les métaux de transition [23], mais il s'agit en fait d'ionisation en phase vapeur résultant de l'interaction entre les ions primaires (incidents ou réfléchis) et les atomes neutres éjectés du métal, portés dans des états excités.…”

“…Signalons, comme application immédiate de ce modèle, l'interprétation des effets d' « exaltation » sur les impuretés, observés dans les alliages très dilués [23,38,40]. Prenons comme exemple un alliage AB où A est la matrice et B une impureté en faible concentration.…”

“…Par contre, la probabilité de peuplement des états surexcités des atomes B, calculée à partir de la structure de bande du métal A, est en général différente de P(B). L' « exaltation » de l'impureté, définie par le est indépendante p pp P (B) p de la concentration de l'impureté (dans la limite des faibles concentrations) conformément à l'observation expérimentale [23,40].…”