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capilaritrón

Un capilaritrón es un dispositivo para crear rayos de iones y átomos.

Mecanismo

Capilaritrón con capilar de tungsteno
Capilaritrón con capilar de cuarzo.
Capilaritrón con capilar de cuarzo en funcionamiento dentro de una cámara de vacío: a la izquierda el capilar incandescente con el plasma hasta el cátodo de extracción y a la derecha detrás el haz de iones incandescente de color azulado.

El capilaritrón, cuyo concepto básico se publicó en 1981, se compone de un fino capilar metálico a través del cual fluye gas como ánodo y un cátodo de extracción concéntrico con una abertura de salida. Se extrae un flujo de gas a través del capilar cuando un alto voltaje (generalmente unos pocos kilovoltios ) es ionizado por electrones libres y electrones secundarios , que son acelerados hacia el ánodo (ver también ionización por impacto ). Los iones cargados positivamente son acelerados en el campo eléctrico y forman un haz de iones detrás de la abertura del cátodo de extracción. [1] Debido a los procesos de recombinación y de intercambio de carga en el plasma , el haz también está formado en parte por átomos sin carga . [2]

El capilar suele estar compuesto de materiales resistentes, como el tungsteno . Otro desarrollo de 1992 es el capilaritrón de cuarzo. En este caso, el capilar está compuesto de cuarzo , un material eléctricamente aislante , en el que se inserta un alambre metálico para generar el potencial anódico. [3] La ventaja reside en la producción más sencilla, flexible y económica de capilares de cuarzo con un diámetro interior predeterminado que, a diferencia de los capilares metálicos, no necesitan ser perforados , sino que pueden ser grabados electroquímicamente o fabricados por un soplador de vidrio . [3]

Como gas de funcionamiento se utiliza normalmente gas inerte , ya que éste sólo sufre una pequeña reacción química con los demás materiales implicados. Sin embargo, un capilaritrón también funciona con hidrógeno , con nitrógeno o incluso con aire . [4]

Con haces de iones de capilaritrones se consiguen densidades de corriente de hasta 10  kiloamperios por milímetro cuadrado y corrientes de haz de varios miliamperios. [5]

Mediante el enfoque con óptica iónica se pueden generar rayos con alta densidad de potencia en alto vacío , que también se pueden utilizar para procesar superficies de forma selectiva. [6]

Aplicaciones

Los capilaritrones están disponibles comercialmente. [7]

Se pueden usar haces de iones y átomos para pulverizar superficies en áreas grandes, y el material pulverizado se puede usar para la deposición de películas delgadas . [8] [6] Los haces atómicos también se pueden utilizar para procesar superficies aislantes. Cuando se utilizan haces de iones, dichas superficies se cargarían más electrostáticamente , lo que ralentiza los iones antes de que lleguen a la superficie. [9]

Además, el capilaritrón como fuente de átomos se puede utilizar para espectrometría de masas . [10] [11]

Los capilaritrones también son adecuados para aplicaciones de aceleradores . [12]

Otras lecturas

Referencias

  1. ^ Lyon, Philip A. (1985). Espectrometría de masas por desorción: ¿Son SIMS y FAB lo mismo? Sociedad Química Americana. pag. 127-135. ISBN 978-0-8412-0942-8.
  2. ^ Cherepin, VT (28 de abril de 2020). Espectroscopía de masas de iones secundarios de superficies sólidas. Prensa CRC. ISBN 978-1-4665-6373-5.
  3. ^ ab DE 4242616, Markus Bautsch, Patrick Varadinek, Stephan Wege, "Verfahren zur Herstellung von Kapillaren sowie deren Verwendung für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Strahls beschleunigter Ionen und/oder Atome", publicado el 13 de junio de 1996, publicado el 12 de diciembre de 1992 14 
  4. ^ Bautsch, Markus (1993). "2.3 Ionenemission aus Kapillaren". Rastertunnelmikroskopische Untersuchungen an mit Argon zerstäubten Metallen (en alemán). Berlín: Verlag Köster (publicado el 1 de diciembre de 1993). págs. 14-18. ISBN 3-929937-42-5.
  5. ^ Bautsch, Markus (1993). "4 Aufbau und Eigenschaften des Quarzkapillaritrons". Rastertunnelmikroskopische Untersuchungen an mit Argon zerstäubten Metallen (en alemán). Berlín: Verlag Köster (publicado el 1 de diciembre de 1993). págs. 59–67. ISBN 3-929937-42-5.
  6. ^ ab Chao, Liang-Chiun; Lin, Syuan-Jhuh; Chang, Wan-Chun (1 de mayo de 2010). "Crecimiento, caracterización y efecto del sesgo del sustrato sobre ZnO preparado mediante deposición por pulverización catódica con haz de iones capilaritrón reactivo". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física B. 268 (10): 1581-1584. Código Bib : 2010NIMPB.268.1581C. doi :10.1016/j.nimb.2010.03.012. ISSN  0168-583X.
  7. ^ Heine, Curt Einar (1990). Desarrollo y optimización de matrices para espectrometría de masas de bombardeo de átomos rápidos y asistida térmicamente. Universidad del estado de michigan. Departamento de Química. pag. 23-24.
  8. ^ "Sistema de pulverización catódica con haz de iones de capilaritrón y método de producción de película delgada - Patente US-2009236217-A1 - PubChem". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 22 de febrero de 2024 .
  9. ^ Rose, YO (31 de octubre de 2007). Espectrometría de masas: volumen 8. Real Sociedad de Química. ISBN 978-1-84755-665-3.
  10. ^ Mahoney, John F.; Goebel, Dan M.; Perel, Julio; Forrester, A. Theodore (1 de febrero de 1983). "Una fuente única de átomos rápidos para aplicaciones de espectrometría de masas". Espectrometría de masas biológica . 10 (2): 61–64. doi :10.1002/bms.1200100203. ISSN  0306-042X.
  11. ^ Faull, KF; Barchas, JD; Kenyon, CN; Goodley, PC (1 de enero de 1983). "Espectrometría de masas por desorción inducida por partículas con un instrumento GC/MS de cuadrupolo". Revista internacional de espectrometría de masas y física de iones . 46 : 347–350. Código bibliográfico : 1983IJMSI..46..347F. doi :10.1016/0020-7381(83)80123-5. ISSN  0020-7381.
  12. ^ Bhattacharyya, R. (4 de julio de 2009). "Fuentes de iones autóctonas para el procesamiento de materiales". Revista de ciencias de la defensa . 59 (4): 377–394. doi :10.1021/bk-1985-0291.ix002.