Source ponctuelle d'ions à structure coaxiale
Institution:
Aix-Marseille 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with the design of an ion point source using a coaxial structure. It's made of a field emission tip placed inside a capillary-tube. It's based on using the coaxial-structure in order to feed gas from a high pressure chamber towards a high vacuum chamber. The gas flowing into the tube is therefore confined in the vicinity of the positively biased tip. The high electric field close to the tip leads to field ionization of gas atoms. This structure allows to maintain both a low enough pressure in the vacuum chamber and a high pressure at the tip level. Moreover, the source operates at room temperature. We carried out experiments with several gases at several pressure ranges. For hydrogen with a tip voltage of a few kV, a few nA currents are measured at low pressure and a few micro-A currents at higher pressure. An ion source size smaller than 50nm is determined using an ion and electron projection microscope setup. Expectation for a much smaller size comes from more indirect considerations. Magnifications around 50000 with electrons and ions are obtained. Finally, in collaboration with Orsay Physics company, the optical column of a focused ion beam system has been adapted to integrate this new gas field ion source.
Abstract FR:
Ce travail porte sur la conception d'une source ponctuelle d'ions à structure coaxiale. Elle est constituée d'une pointe d'émission de champ insérée dans un capillaire. Son principe est d'utiliser la structure coaxiale pour guider du gaz d'un compartiment haute pression vers une enceinte sous vide. Le gaz sortant du capillaire est confiné autour de la pointe polarisée positivement. Le fort champ électrique localisé autour de la pointe permet d'ioniser les atomes de gaz par ionisation de champ. Cette structure permet de maintenir un vide suffisant dans l'enceinte tout en ayant une pression élevée en bout de pointe et cela à température ambiante. Plusieurs régimes de pression avec des gaz différents ont pu être testés. Avec de l'hydrogène, nous avons mesuré pour des tensions de quelques kV sur la pointe : à basse pression, des courants de quelques nA ; à haute pression, des courants de l'ordre dumicro-A. Un montage de microscopie ionique et électronique à projection a permis de démontrer directement que la taille de la source ionique est certainement inférieure à 50nm, et des preuves plus indirectes conduisent à une taille bien inférieure. Des grandissements de l'ordre de 50000 en électrons et en ions ont été obtenus. Enfin, l'adaptation d'une colonne à faisceau d'ions focalisé à cette nouvelle source d'ions " gazeux " a été réalisée en collaboration avec la société Orsay Physics