Анализатор остаточного газа ( RGA ) — это небольшой и обычно прочный масс-спектрометр , обычно предназначенный для управления процессами и мониторинга загрязнений в вакуумных системах . При построении в виде квадрупольного масс-анализатора существуют две реализации, использующие либо открытый источник ионов (OIS), либо закрытый источник ионов (CIS). RGA можно найти в приложениях с высоким вакуумом, таких как исследовательские камеры, установки для изучения поверхности , ускорители , сканирующие микроскопы и т. д. RGA используются в большинстве случаев для контроля качества вакуума и легкого обнаружения мельчайших следов примесей в газовой среде низкого давления. Эти примеси можно измерить вплоть до уровней Торр , обладая обнаруживаемостью ниже ppm при отсутствии фоновых помех.
RGA также могут использоваться в качестве чувствительных детекторов утечек in situ, обычно использующих гелий , изопропиловый спирт или другие молекулы-индикаторы. При откачке вакуумных систем ниже Торр — проверка целостности вакуумных уплотнений и качества вакуума — утечки воздуха, виртуальные утечки и другие загрязняющие вещества на низких уровнях могут быть обнаружены до начала процесса.
OIS — наиболее широко распространенный тип RGA. Анализаторы остаточного газа измеряют давление, определяя вес каждого атома, проходящего через квадруполь. Цилиндрический и аксиально-симметричный, [1] этот тип ионизатора существует с начала 1950-х годов. Тип OIS обычно монтируется непосредственно на вакуумную камеру, открывая проволочную нить и анодную проволочную клетку окружающей вакуумной камере, что позволяет всем молекулам в вакуумной камере легко перемещаться через источник ионов. С максимальным рабочим давлением Торр и минимальным обнаруживаемым парциальным давлением всего лишь Торр при использовании в тандеме с электронным умножителем .
Анализаторы остаточных газов OIS измеряют уровни остаточного газа, не влияя на состав газа в вакуумной среде, хотя существуют ограничения производительности, в том числе:
В приложениях, требующих измерения давлений между и Торр, проблема окружающих и технологических газов может быть значительно уменьшена путем замены конфигурации OIS на систему отбора проб CIS. Такой ионизатор располагается поверх квадрупольного фильтра масс и состоит из короткой газонепроницаемой трубки с двумя отверстиями для входа электронов и выхода ионов. Ионы образуются вблизи одной экстракционной пластины и выходят из ионизатора. Электрически изолированные кольца из оксида алюминия герметизируют трубку и смещенные электроды от остальной части квадрупольного узла масс. Ионы производятся электронным ударом непосредственно при давлении процесса. Такая конструкция применялась к приборам газовой хроматографии и масс-спектрометрии до адаптации квадрупольными газоанализаторами. Большинство коммерчески доступных систем CIS работают между и Торр и обеспечивают обнаруживаемость на уровне ppm во всем диапазоне масс для давлений процесса между и Торр. Верхний предел устанавливается путем уменьшения средней длины свободного пробега для столкновений ионов с нейтральными частицами, что происходит при более высоких давлениях и приводит к рассеянию ионов и снижению чувствительности.
Анод CIS можно рассматривать как высокопроводящую трубку, напрямую подключенную к технологической камере. Давление в зоне ионизации практически такое же, как и в остальной части камеры. Таким образом, ионизатор CIS производит ионы электронным ударом непосредственно при давлении процесса, в то время как остальная часть масс-анализатора находится под высоким вакуумом. Такой прямой отбор проб обеспечивает хорошую чувствительность и быстрое время отклика.
