具有离子源的气体分析器系统的制作方法

具有离子源的气体分析器系统
1.相关申请案
2.本技术案是2019年11月27日提交的美国非临时申请案第16/698,178号的延续部分并主张其优先权。上述申请案的整个教导是以引用的方式并入本文中。


背景技术：

3.持续有需要促进高真空制程中的故障检查。高真空制程典型遵循由大气压下抽空真空室开始的工作流程。使用者可在抽空期间追踪真空室的压力，且当总压力满足目标压力时，就可开始真空制程或实验。大致上期望在预定时间范围内将满足目标压力。如果在预期的时间段之后仍未抵达目标压力，或抵达目标压力所需时间比平时更长，则真空系统用户需要对真空室进行故障检查。通常，故障检查不仅需要使用离子真空计，而且亦需要打破真空以使用氦检漏器，且有时亦需要使用昂贵的残留气体分析器(residual gas analyzer)来测量水位。
4.因此，持续有需要提供减少对高真空制程进行故障检查中所涉及的时间及费用的设备。另外，有需要用于氦泄漏侦测、水百分比决定、磁性区段、四极质量过滤器、及其他使用离子源的系统的改进系统。


技术实现要素：

5.气体分析器系统使用离子源，其可为热阴极离子源；磁铁组件，其定位来界定磁场，所述磁铁组件允许基于其离子的质荷比来分开离子分量；及离子束偏转器、例如一对偏转板，其可横越侦测器扫描离子分量。离子束偏转器横越磁场及横越由离子源发射的离子的行进方向界定偏转电场。此配置可提供具有窄能量分布的离子，此能量分布可产生具有锐峰的质谱，而具有高分辨率。其他优点在下面进一步叙述。
6.气体分析器系统包含离子源，建构为在此离子源的离子区域中建立源电场。此离子区域承接来自监控室的气体，使得在此离子源中形成气体的离子。定位源孔径，以将气体离子的一部分发射出离子源，此等离子藉由源电场在朝源孔径的方向中加速。定位磁铁组件，以界定磁场以基于气体离子的质荷比角位移离子的发射部分。离子束偏转器定位在源孔径与侦测器之间，此离子束偏转器界定横越磁场并横越离子的发射部分的行进方向的偏转电场。定位侦测器，以侦测离子的发射部分的位移离子分量。电连接离子电流测量电路装置，以测量由在侦测器承接已位移离子分量所产生的电流。
7.离子源可包含冷阴极离子源或热阴极离子源。热阴极离子源可包含热灯丝及电子收集器，此电子收集器建构为建立经过热灯丝与电子收集器之间的离子源的电子束。热灯丝及电子收集器可建构为在与源孔径平行的方向中建立电子束，源孔径包含在与电子束平行的方向中伸长的孔径。此系统可更包含能量过滤器。源孔径可包含伸长孔径，且能量过滤器可包含定位在离子的发射部分的离子束路径中的能量过滤器网格，此能量过滤器网格包含实质上垂直于源孔径的伸长孔径定向的导电灯丝，及实质上不包含实质上与源孔径的伸长孔径平行地定向的导电灯丝。能量过滤器可包含入口网格，其定位在源孔径与离子的发
射部分的离子束进入离子束偏转器的入口之间；并可包含出口网格，其定位在由离子束偏转器出来的离子的发射部分的离子束的出口与侦测器孔径之间。
8.离子束偏转器可建构为将离子的发射部分的离子束对准在侦测器上。离子束偏转器可包含一对平行板，并可包含一对弯曲板。可定位源孔径，以由离子源发射出气体的离子的一部分，以与接近离子束偏转器的几何中心相比更接近离子束偏转器的一侧地进入离子束偏转器。偏转器电源可电连接至离子束偏转器，以在离子束偏转器的一对偏转板之间建立偏转电场。偏转器电源可电连接至(i)相对离子束偏转器的第二偏转板的接地电压将正偏转器偏置电压提供至离子束偏转器的第一偏转板，或(ii)相对第二偏转板的接地电压将负偏转器偏置电压提供至第一偏转板，或(iii)将第一偏转器偏置电压提供至第一偏转板及将第二偏转器偏置电压提供至第二偏转板。
9.偏转器控制电路可建构为将偏转器控制信号供给偏转器电源。偏转器控制电路可建构为控制偏转器电源的电压，以造成离子束偏转器将具有不同能量及共同离子分量质量的位移离子分量引导至经过侦测器的侦测器孔径聚焦。偏转器控制电路可建构为变动偏转器电源的电压，以造成离子束偏转器变动离子的发射部分的位移离子分量的偏转。可基于(i)电压随着时间的三角形锯齿变动，或(ii)电压波形，以相对其他离子分量控制位移离子分量的峰宽及时间位置，来变动偏转器电源的电压。偏转器控制电路可建构为扫描偏转器电源的电压，以当扫描偏转器电源的电压时，造成离子束偏转器将连续地偏转藉由侦测器所侦测的复数离子分量；并可建构为扫描偏转器电源的电压，以允许侦测复数离子分量的质谱。可电连接总电流测量电路装置，以测量离子源的总离子电流。
附图说明
10.前述内容将由下面示范实施例的更特别叙述变得显而易见，如附图中所说明，其中贯穿不同的视图，相似的参考字符意指相同的零件。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施例。
11.图1是按照本发明的实施例的气体分析器系统的俯视图，显示在外壳的剖视图内的内部组件。
12.图2是图1的气体分析器系统的外壳外部的立体图，显示按照本发明实施例的与气体分析器系统一起使用的磁铁组件。
13.图3是按照本发明实施例的图1的气体分析器系统的内侧部件及侧壁的侧面立体图。
14.图4是按照本发明实施例的图1的气体分析器系统的离子源的立体图。
15.图5是按照本发明实施例的图1的气体分析器系统的内侧部件及侧壁的侧视图。
16.图6是按照本发明实施例的图1的气体分析器系统的内侧部件及侧壁的俯视图。
17.图7是按照本发明实施例的示意图，显示偏转板的偏心操作。
18.图8是按照本发明实施例的气体分析器系统的示意图，显示电组件及经过磁场的离子束路径。
19.图9是按照本发明实施例的气体分析器系统的示意性立体图，此气体分析器系统使用离子束偏转器来偏转将藉由侦测器所侦测的离子分量。
20.图10是按照本发明实施例的显示使用偏转板的能量聚焦的示意图。
21.图11是按照本发明实施例的气体分析器系统的示意性立体图，此气体分析器系统使用倒置的磁控管冷阴极放电电极组构及离子束偏转器来偏转将藉由侦测器所侦测的离子分量。
22.图12是按照本发明实施例的包含一对弯曲板的离子束偏转器的示意图。
具体实施方式
23.以下叙述示范实施例。
24.在命名给本技术案的一些发明人的先前申请案中，揭示有用于气体分析器系统的冷阴极离子源；参见brucker等人于2019年4月29日提交标题为「具有反向磁控管源的气体分析」的美国专利申请案第16/397,436号，其全部教导是以引用的方式并入本文中。该申请案的揭示内容教导磁场横越电场定向的冷阴极离子源的使用，及离子束偏转器的使用，以允许离子束及离子分量扫过侦测器孔径，藉此允许产生离子分量的频谱。
25.尽管在该申请案中所教导的冷阴极离子源提供许多益处，但是该申请案的教导可扩展至热阴极离子源。同样，可将附加特征应用至热阴极及冷阴极离子源两者。本文教导使用离子源的气体分析器系统，此离子源可为热阴极离子源。定位磁铁组件以界定磁场，其允许基于离子分量的质荷比来分开离子分量。使用离子束偏转器、例如一对偏转板，其可扫描横越侦测器的离子分量。离子束偏转器界定横越磁场及横越由离子源发射的离子的行进方向的偏转电场。除了其他潜在优点以外，离子产生有更狭窄的能量分布，其在质谱中产生更尖锐的尖峰，藉此提供高分辨率。本文教导其他潜在的优点。
26.首先将参考图1-3叙述气体分析器系统，其中图1是气体分析器系统100的俯视图，显示外壳180的剖视图内的内侧部件。图2是外壳180的外部的立体图，显示磁铁组件264；及图3是系统的内侧部件及侧壁382的侧面立体图。
27.在图1中，气体分析器系统100包含离子源104，其建构为在离子源104的离子区域110中建立源电场。例如，在图1中，源电场可在源推动件电极108与阳极电极106之间由右向左导向。离子区域110由受监控腔室承接气体，使得在离子源104中形成气体的离子。源孔径114定位成由离子源104发射出一部分气体离子，并可为在阳极电极106的一部分中形成孔径。离子是藉由源电场在朝源孔径114的方向中加速。定位磁铁组件264(参见图2)以界定磁场，以基于离子的质荷比角位移由源孔径114(图1)发射的离子，例如藉由界定横越所发射离子的飞行区域的磁场，如在下面图8中的860所显示。如将相对图3及图4所显示，经过图1的离子源104建立电子束326。电子束与气体分子碰撞，以在离子源104中形成气体的离子。除了源推动件电极108以外，阳极电极106可延伸以形成实质上环绕离子源104的壁面。在另一实施例中，离子源104可为由线网材料所制成，以致其通向气体的通道。在此案例中，离子源104的坚固壁面是以穿孔的金属线网或烧结的线网代替。图1的源孔径114可例如具有约0.005英寸的宽度，尽管应当理解可使用其他尺寸。
28.真空口148允许来自受监控腔室的气体由受监控腔室进入气体分析器系统，以致气体在与离子束相反的流动方向中行进，亦即，气体在由侦测器116朝源孔径114的方向中行进。在离子源104处，气体进入离子源104(例如，经过离子源104顶部中的开口、或在某些情况下经过离子源104的打开或穿孔侧面进入)，且接着在离子源104内侧离子化以形成离子束，此离子束在相反方向中发射，亦即，离子束由源孔径114朝侦测器116行进。
29.图2是图1的气体分析器系统的外壳的外部的立体图，显示按照本发明的实施例的与气体分析器系统一起使用的磁铁组件264。磁铁组件264可包括单块式磁铁，其在离子源上方延伸，且在由源孔径纵向地延伸朝侦测器的方向中延伸。在图2的范例中，显示二单块式磁铁(顶部及底部)，将离子的飞行路径的区域夹在源孔径与侦测器之间，其有助于在飞行路径区域中建立均匀的磁场。藉由磁铁组件264所提供的磁场可例如整个为1kgauss，并且可提供离子分量的足够分开以务必使水与其他残余气体分开。通过在飞行路径上方附加另一磁铁266、或磁轭、或两者，可获得飞行路径中的另一磁强度，用于额外的质量分开。在图1-3的热阴极离子源实施例中，除了源孔径与侦测器之间的离子的飞行区域以外，磁铁组件264亦可在离子源104(参见图1)上方延伸，但不是必需的。在离子源104上方延伸磁铁组件264的优点在于，在电子束326(参见图3)上方加上磁场会增加电子的圆形轨道，其增加电子轨迹长度。然而，在一些热阴极离子源实施例中，磁铁组件264仅在源孔径与侦测器之间的离子飞行区域上方延伸。相比之下，在冷阴极离子源实施例中，在下面的图11中所显示，需要磁铁组件264来界定横越冷阴极离子源内的电场的交叉场配置，并可延伸在源孔径与侦测器之间的离子飞行区域上方，以便促进离子的质量分开。亦显示在图2中者是电馈通部240(亦参见图5及6)，它们都可延伸穿过一侧壁。
30.定位侦测器116(参见图1)，以侦测离子的发射部分的位移离子分量。侦测器116可例如包括侦测器孔径120，其可具有约0.010英寸的宽度，虽然将理解可使用其他尺寸。侦测器116亦可包括法拉第收集器122。侦测器孔径120可被偏置电压，以致其充当离子的能量过滤器。如所讨论的，例如，对于下面的能量过滤器网格124a/124b，并经过侦测器护罩1198的偏置(在下面图11中讨论的)，可使用其他类型的能量过滤器。
31.离子束偏转器118定位在源孔径114与侦测器116之间。离子束偏转器118界定横越磁场(参见图8中的方向860)及横越由源孔径发射的离子的行进方向(亦即，横越由源孔径114至图1中的侦测器孔径120的行进方向)的偏转电场。例如，在图1中，偏转器118可在由图1的顶部至底部的方向中界定偏转电场。电连接离子电流测量电路装置(图1中未示出，参见图9中的970)，以测量由在侦测器116处承接位移的离子分量而产生的电流。
32.另外，图1的系统包括定位在离子束路径中的能量过滤器、例如能量过滤器网格124a及124b。能量过滤器网格124a是入口网格，其定位在源孔径114与离子束进入离子束偏转器118的入口之间。能量过滤器网格124b是出口网格，其定位在来自离子束偏转器118的离子束的出口与侦测器孔径120之间。将理解，可使用入口网格124a及出口网格124b的其中一者或两者。
33.图3是系统的内侧部件及侧壁382的侧面立体图。在此，应注意，在一些实施例中，为了便于组装，系统的内侧部件可方便地安装至侧壁382，而电馈通部(参见图2、5及6中的240)都延伸穿过一侧壁。另外，应注意的是，侧壁382(参见图3-7)及底板480(参见例如图4)可形成外壳180的一部分(参见图1及2)。
34.图4是按照本发明的实施例的图1的气体分析器系统的离子源104的立体图。离子源104可为热阴极离子源，其可包括热灯丝428(或其他热阴极离子源)及电子收集器430，此电子收集器430建构成在热灯丝428与电子收集器430之间建立经过离子源104的电子束326。灯丝偏转器432将电子束326聚焦。由于横越离子源的磁场，电子束326中的电子以圆形轨迹进动。在绝缘体436中形成出口孔434，此绝缘体436形成离子源104的底部。热灯丝428
及电子收集器430可建构为在平行于源孔径114的方向中建立电子束326，在此源孔径114在平行于电子束的方向中伸长；例如，在图4中，电子束326及源孔径114两者在图4中直立地对准。最有效的电子离子设计平行于磁场及源孔径定向引导电子。可抵达源孔径的离子应起源于狭窄的电位能范围内，亦即在离子源的平坦等电位区域中，而可使用建模来发现。
35.如图4中所示，入口网格124a可包括实质上垂直于源孔径114的伸长孔径定向的导电灯丝438-亦即，在图4中水平地，在此源孔径114直立地定向-而没有导电灯丝(或实质上没有灯丝)是实质上平行于源孔径114的伸长孔径定向-也就是说，在图4中没有灯丝直立地定向。用这种方法，没有网网格线会干扰源孔径与侦测器孔径之间的路径，例如在此直立的带状光束是水平地扫描横越网格，如果在导电网格中使用直立灯丝，则将遭遇干扰。例如，此配置可提供信号灵敏度的加倍，而不会影响分辨率或峰值位置。出口网格(参见图1中的124b)可使用相同配置的导电灯丝438(图4)，其定向成实质上垂直于源孔径114的伸长孔径。
36.图5是图1的气体分析器系统的内侧部件及侧壁的侧视图。数个电馈通部240(其未分开地列举)允许将电信号及电力传输进出气体分析器系统的外壳。灯丝供给部542及灯丝返回部544将电力传输进出热灯丝。
37.图6是按照本发明实施例的图1的气体分析器系统的内侧部件及侧壁的俯视图。此视图显示由气体分析器系统的外壳外部延伸并进入外壳的内部的电馈通部240。在此俯视图中亦显示源推动件电极108、灯丝供给部542及灯丝返回部544，它们每一者具有其自己的电馈通部，且显示灯丝偏转器432。图6中亦显示偏转板646a，其是形成离子束偏转器118(图1)的一对平行板的其中一者，在此在图6中未显示另一平行板(参见图7中的746b)。如图6中所显示，入口网格124a及出口网格124b分别定位在离子束进出离子束偏转器的入口及出口处，亦即在此在电极偏转板646a与其对应的平行板之间(参见图7中的746b，在图6中未示出)。
38.图7是显示按照本发明实施例的偏转板646a/746b的偏心操作的示意图。在此，定位源孔径114，以将离子束758发射出离子源104，以进入比离子束偏转器118的几何中心750更接近离子束偏转器118的一侧的离子束偏转器118。此配置提供数个潜在益处。藉由减小至施加电压的偏转板的距离，偏转板上所需的电压较低，由此节省电源成本，降低用于电馈通部所需的额定值，并升高部件的可靠性。此外，等电位线更平坦，更接近偏转板，且因此离子束沿着其飞行路径较小扭曲。
39.图8是按照本发明实施例的气体分析器系统的示意图，其显示电部件及经过磁场的离子束路径。此系统包括以电压vpe＝va vpush偏置的源推动件电极108，在此vpe是源推动件电极108的电压，va是阳极电极106的电压，且vpush是源推动件电极108的偏置电压，其例如可为高达200v。电子束326在热灯丝428与电子收集器430之间行进。灯丝加热器电压852是例如在2a的电流下设定为2v。灯丝偏置电压854，vfb是例如在0与100v之间。阳极偏置电压856，va是例如在200v与500v之间。离子束758是经过入口网格124a发射，并在偏转板646a/746b之间行进。显示磁场方向860，且磁场可具有例如约1kgauss的量值。(注意，为了便于说明，图8中的电子束326的定向在页面上直立地显示，而当在本文中所示的其他实施例中时，电子束326将定向为由页面出来，以便与如本文其他位置所显示的伸长的源孔径平行)。一偏转板646a、即推动件偏转板是在电压862，v(t)偏置，在此范例中，此电压是在约
1000v处抵达峰值的锯齿形电压，而另一偏转板746b处于接地电压。出口网格124b是例如以vf＝0-500v偏置。侦测器孔径120是在接地电压偏置。在另一范例中，可藉由将出口网格124b保持在地面并代替地偏置侦测器孔径120来产生能量滤波。法拉第收集器122承接离子束758的已侦测部分，并产生已侦测离子电流ipp,g，其例如可使用于测量在侦测器孔径120处所侦测的离子分量的分压。
40.在图8的实施例中，高能量源设计在以高电压偏置的离子体积内产生离子。源推动件电极108迫使离子经过源孔径的薄孔径向外进入磁性区段。离子离开此能量源并在飞过质量分开器之前获得高动能，当偏转板646a/746b关闭时，此质量分开器保持在接地电位。可调整此能量源的偏置电压，以控制经过磁性区段的离子能量。此设计的优点在于整个飞行路径保持在接地电位，且仅需要将此能量源浮动。取决于离子区域的电压偏置，通常有可能使灯丝接近接地电位，并使电子在进入此能量源时获得高能量。
41.在图8中，在藉由电子束326所界定的离子区域中的阳极内侧产生离子。由于电位很好地界定在离子带内，所以离子能量分布非常窄。为了获得最有效的离子化，电子束326可为平行于磁场860(再次注意，为了便于说明，图8中的能量源显示在页面的平面中，但是可为平行于磁场的方向860)，以致电子在圆形轨迹中进动并具有更长的离子轨迹。在阳极106内侧形成的离子是藉由源推动件电极108推向源孔径。电子在其前往阳极106时加速，抵达等于阳极106与灯丝偏置电压854之间的电压差的能量。电子束326在位于接近阳极孔径114(参见图1)的带中横穿离子区域。这使得离子形成在提供窄能量分布的等电位区域。
42.图9是按照本发明实施例的气体分析器系统的示意性立体图，此气体分析器系统使用离子束偏转器118来偏转待藉由侦测器所侦测的离子分量。离子束偏转器118、例如一对平行板646a及746b、或一对弯曲板(参见图12中的646a及746b)定位在源孔径114与侦测器116之间。此离子束偏转器118可使用于偏转离子分量并施行能量聚焦，如将在下面进一步讨论。位移的离子分量968分开成不同的离子分量，当它们由源孔径114进一步行进时，彼此之间的差异逐渐增大。源孔径114(例如直立狭缝)允许一小束离子分量968离开此能量源。使用磁铁264(参见图2)，在源孔径口114与侦测器116之间的离子飞行区域中的磁场产生使离子成为分开的离子分量968b-d的质量相依的偏转。较轻的离子比较重的离子偏转更多。例如，位移的离子分量968b是由氦离子所制成，968c是由水离子所制成，而968d是由例如氮及氧的残余气体所制成。使用附加磁铁的离子分量的此增加的偏转可例如允许水离子与其余的残余气体离子968d分开。侦测器116包括金属化的法拉第收集器122，其产生与经过侦测器孔径120抵达侦测器116的离子通量成比例的离子电流。此离子电流是抵达侦测器的离子分量968d的分压电流ipp。离子电流测量电路装置970使用于测量分压电流。此分压可使用于提供来自受监控室的气体的分压的指示，明确地是抵达侦测器的质量分开的离子分量968d。另外，可电连接总电流测量电路装置901以测量离子源的总离子电流。例如，总电流测量电路装置901可测量与由离子源流出的总离子电流成比例的总电流，其可使用于决定来自受监控室的气体的总压力。例如，如图9中所显示，总电流测量电路装置901可测量流入离子源(在此，进入热源的热灯丝)的总电流，但是总电流测量电路装置901可替代地以另一种方式测量总电流，例如藉由测量流过阳极106的电流。基于分压电流及总压力电流，与总电流测量电路装置901电连接的总压力显示器可提供来自受监控室的气体的总压力的指示(例如视觉指示)；且与离子电流测量电路装置970电连接的分压显示器可提供来自受监
控室的气体的分压的指示(例如视觉指示)。
43.另外，在图9的实施例中，离子束偏转器118使用于将离子分量968b-d转向进入侦测器孔径120。反之，磁场使离子分量的轨迹向下弯曲(参考图9的俯视图)，偏转板646a与746b之间的电场静电地向上转向离子分量轨迹，参考图9，采取「推动件」配置，其中偏转板646a相对接地偏转板746b正向地偏置。在图9中，例如，设定偏转板646a与746b之间的电压差，使得侦测残留的气体分量968d。在偏转板646a及746b都处于地面，基于源孔径的角度及来自磁场的离子分量的偏转量，所有离子都会错过侦测器孔径120。但是在此因相对另一偏转板746b(在此范例中为接地)改变偏转板的其中一者的电压、在此为推动件偏转板646a的电压(在此在正方向中增加)，离子分量968b-d向上转向(或取决于电压改变而向下转向)，而允许不同的离子分量通过侦测器孔径120。在图9中，将推动件偏转板646a设定为使得残余气体离子分量968d抵达侦测器孔径120的电压。随着偏转板646a上的电压的进一步增加，水离子分量968c或氦离子分量968b将抵达侦测器孔径120并产生信号。因此，偏转器118允许离子分量转向，以致可将多数离子分量种类相继地带至侦测器116。在图9的范例中，偏转板646a是推动件偏转板，其以相对接地偏转板746b的正电压扫过。可使用其他配置；例如，一偏转板可相对另一接地的偏转板处于负电压；或二偏转板可在不同的电压偏置。在图9的范例中，用于推动件偏转板，基于藉由磁场所造成的偏转，离子分量可例如由源孔径114出来并朝推动件偏转板646a飞行。在此范例中，在关闭偏转板646a、746b的情况下，没有离子分量抵达侦测器孔径120。当推动件偏转板646a电压是以正电压扫过时，离子分量开始被推动至侦测器孔径120。首先较重的离子进入侦测器孔径120，而较轻的离子分量需要较高的电压来扫过离子分量，以便使较轻的离子分量抵达侦测器孔径120。
44.扫描一或二偏转板上的电压，例如藉由扫描推动件偏转板646a上的电压，并绘制离子分量信号(例如分压电流)对偏转板上的电压的关系图，允许生成实时质谱。例如，可在视觉显示设备上创建图形显示，在直立轴上显示藉由皮安表电流至电压转换器提供的侦测到的分压电流(单位为伏特)，并在水平轴上显示与偏转板上的电压线性地相关的时间(单位为秒)(因为偏转电压是以锯齿波形扫过)。另外，可施行自动零基线减法。
45.在图9中，偏转器电源972电连接至离子束偏转器646a，以在离子束偏转器的偏转板646a、746b之间建立偏转电场。偏转器电源972可电连接至(i)相对离子束偏转器的第二偏转板746b的接地电压向离子束偏转器的第一偏转板646a提供正偏转器偏置电压，或(ii)相对第二偏转板746b的接地电压向第一偏转板646a提供负偏转器偏置电压，或(iii)提供第一偏转器偏置电压至第一偏转板646a及提供第二偏转板至第二偏转器偏置电压746b。
46.在图9中，偏转器控制电路974可建构为将偏转器控制信号提供至偏转器电源972。控制电路974可建构为控制偏转器电源972的电压，以造成离子束偏转器118引导具有不同能量及共同离子分量质量的位移离子分量经过侦测器的侦测器孔径聚焦，如以下图10中所显示。另外，可建构偏转器控制电路974，以变动偏转器电源972的电压，以造成离子束偏转器变动离子的发射部分的位移离子分量的偏转。可基于(i)电压随着时间的三角形锯齿变动(如图8中所显示)或(ii)相对其他离子分量控制位移离子分量的峰值宽度及时间位置的电压波形，变动偏转器电源972的电压。偏转器控制电路974可建构为扫描偏转器电源972的电压，以当扫描偏转器电源972的电压时造成离子束偏转器偏转待藉由侦测器相继地侦测的复数离子分量968b-d；并可建构为扫描偏转器电源972的电压以允许侦测复数离子分量
的质谱，如上所述。
47.在图9的实施例的另一版本中，离子束偏转器118可建构为对准侦测器上的离子的发射部分的离子束758(参见图7)。例如在氦气传感器中的当前离子束对准取决于电子束在热阴极离子源处的机械式调谐，这可为缓慢且乏味的过程。然而，藉由使用如本文所述的离子束偏转器118来重新对准离子束，而不需要机械式调整。
48.另外，藉由在光谱波峰的顶部及侧面进行测量，离子束偏转器118可使用于决定光谱基线偏移。这亦可提供优于常规氦气泄漏侦测器的优点。
49.图10是显示按照本发明实施例的使用偏转板的能量聚焦的示意图。在能量聚焦中，具有不同能量及共同离子分量质量的离子分量经过侦测器的侦测器孔径120聚焦。例如，共同离子分量的低能离子1076及高能离子1078、例如低能水离子及高能水离子可经过侦测器孔径120聚焦。在另一范例中，低能残留气体离子及高能残留气体离子可经过侦测器孔径120聚焦。为了施行此能量聚焦，偏转器控制电路974(图9)建构为控制偏转器电源972(图9)的电压，以造成离子束偏转器将具有不同能量与共同离子分量质量的离子分量1076及1078引导至经过侦测器孔径120聚焦。用于每一离子分量质量，偏转器电源都有可提供能量聚焦的特定的电压。对所关注的质量的离子束定向，使得离子束抵达侦测器的偏转器电压亦与对所关注的质量所达成的能量聚焦的电压相同。在热或冷阴极离子源实施例中，这可藉由侧向位移侦测器孔径或源孔径(或两者)来施行。另外，在冷阴极离子源实施例中，可旋转此源。
50.图12是按照本发明实施例的包含一对弯曲板的离子束偏转器的示意图。在此，板646a及746b是弯曲的，其与本文其他地方所显示的平行板646a及746b不同。操作可为大致上类似于本文所述平行板的操作。将理解，可将诸多不同的形状及配置使用于离子束偏转器及板646a及746b，并可优化弯曲板646a及746b的长度及曲率。
51.在另一实施例中，离子源可包含冷阴极离子源。图11是按照本发明实施例的气体分析器的示意性立体图，此气体分析器使用倒置的磁控管冷阴极放电电极组构及离子束偏转器118来偏转待藉由侦测器所侦测的离子分量。离子束偏转器118、例如一对平行板646a及746b、或一对弯曲板(类似于图12中所显示的那些)是定位在源孔径114与侦测器116之间。与热阴极离子源实施例一样，离子束偏转器118可使用于使离子分量偏转并施行能量聚焦。
52.与热阴极离子源实施例一样，位移的离子分量968被分开为不同的离子分量，当它们由源孔径114进一步行进时，它们彼此之间的偏离越来越大。在倒置磁控管冷阴极放电电极组构中，阴极电极组件1184环绕阳极电极1186。轴向磁场(使用磁铁组件264所创建，未显示在图11中)是中心定位在阳极电极1186上，并藉由施加高电压电位vanode至阳极电极1186来建立径向电场。以电场及磁场的交叉场配置(藉由电场的方向1188及磁场的方向1190所指示)，环绕阳极电极1186建立纯电子电浆1192。进入纯电子电浆1192的气体分子是藉由进动的电子所离子化并形成立即藉由径向电场加速朝阴极电极组件1184的离子。此源内侧的磁场是足够高(例如1kgauss)，以使电子在紧凑的圆形轨迹中进动，但对较重离子的影响较小，当它们朝阴极电极组件1184飞行时，它们的轨迹会产生轻微的质量相依的磁性偏转。源孔径114、例如位于阴极壁面上的直立狭缝允许一小束离子分量968离开此源。使用附加的磁铁(参见图2中的264，未显示在图11中)，磁场是扩展至源孔径114与侦测器116之
间的飞行区域，藉此增加离子成为分开的离子分量968b-d的质量相依偏转。较轻离子比较重离子偏转更多。例如，位移的离子分量968b是由氦离子所制成，968c是由水离子所制成，而968d是由残留气体、例如氮及氧所制成。使用附加磁铁的离子分量的此增加的偏转可例如允许水离子与其余的残余气体离子968d分开。侦测器116包括金属法拉第收集器半圆柱体122，其产生与经过侦测器孔径1194抵达侦测器116的离子通量成比例的离子电流。此离子电流是抵达侦测器的离子分量968d的分压电流ipp。亦显示在图11中者是总压力电流it。
53.另外，在图11的实施例中，离子束偏转器118使用于将离子分量968b-d转向进入侦测器孔径1194。而且，侦测器护罩电连接器1196是在侦测器护罩1198与施加侦测器护罩偏置电压至侦测器护罩1198的电压源1199之间电连接，致使侦测器护罩1198由此是高通离子能量过滤器。使用高通离子能量过滤器，只有能量高于侦测器护罩偏置电压的离子可横越侦测器孔径1194的平面，且其余的离子会转过来。增加侦测器护罩偏置电压会使可在偏转器电压扫描期间抵达侦测器116的离子的能量分布或展开度变窄，而随着电压的增加导致质量峰值更窄。尽管图1的实施例使用能量过滤器网格124a/124b，但是可使用其他类型的能量过滤器。例如，在图11的实施例中，侦测器护罩1198具有施加至其上的侦测器护罩偏置电压(而侦测器护罩与地面隔离)，以致侦测器护罩1198是高通离子能量过滤器。在图11的冷阴极离子源实施例中，离子的能量取决于气体的压力：通常，当压力随着分析器的有用压力范围而增加时，离子的能量下降，且离子的能量展开度减小，此压力范围可例如由10-10至10-3托。对比之下，以本文中所教导的热阴极离子源，离子的能量展开度很小，且离子的能量不会随着压力改变。
54.如本文所使用，热阴极离子源可包括任何热阴极离子源，包括那些基于白炽灯丝的离子源及使用热离子发射的离子源。另外，可使用其他离子源，包括冷阴极离子发射器、例如电子发生器数组及场发射器。热阴极离子源通常比冷阴极离子源更复杂。然而，热阴极离子源为离子提供较小的能量分布，其可导致改进的分辨率。
55.本文所教导的系统可为在诸多不同的可能情况下使用，包括例如用作氦气泄漏侦测器中的氦气传感器；在质谱仪中使用；在扇形磁场中使用；并用于多数气体侦测。
56.使用本文所教导的实施例可达成诸多不同的可能的优点。可用较窄的能量分布产生离子，其转化为质谱中的较尖锐的峰值。这提供高分辨率。另外，离子的能量可为与压力无关。由于不需要复杂的非线性查找表，因此离子信号与压力呈线性关系，由此使量化更容易。离子能量不会随压力而改变，意指不需要相对压力来调整峰值位置及过滤器电压，或调整幅度较小。可为氦气泄漏侦测器提供较小尺寸的氦气传感器，其为减小当前质谱仪的尺寸提供了机会。与氦气检漏器中的标准氦气传感器相比较，扫描的能力消除了使用180度弯曲的需要，而使侦测器更加紧凑。另外，一般不需要像在氦气检漏器调试期间那样经常调整灯丝位置。相反地，借助于偏转板，可通过调整偏转板电压来补偿离子束位置中的任何变化。
57.再者，本文所教导的高能量源可为非常有效，其中系统的部件可很好地一起工作。激发离子的相同阳极电位亦将电子吸引至离子区域。飞行路径处于地面的事实减少电弧或电击的机会。所需的电压非常小，且易于在电子器件中实施。由低电位开始，可确保用于离子的小范围能量分布，导致良好的光谱分辨率。
58.本文引用的所有专利、发布的申请案及参考文献的教导全部以引用的方式并入本
文中。
59.尽管已特别显示及叙述示范实施例，但是那些熟谙本技术领域者将理解，可在不脱离所附请求项所涵盖的实施例的范围下在形式及细节中进行诸多改变。