Электростатический осесимметричный энергоанализатор

 

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР, содержащий источник заряженных частиц, полеобразукяцие электроды в форме цилиндрического зеркала с кольцевыми входной и выходной щелями На внутреннем цилиндре и коллектор частиц, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности и расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения, на входе цюгандрического зеркала расположен электростатический сферический конденсатор, на внешней обкладке которого размещены входная и выходная кольцевые концентрические щели, причем выходная щель совмещена с входной кольцевой щелью цилиндрического зеркала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUN

РЕСПУБЛИК

З1Я) Н 01 J 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9 Е ЫКД (21) 3509659/18-21 (22) 11. 11.82 (46) 07.09.84. Бюл. У 33 (72) Ю.К.Голиков, А.А.Матышев, К.Г.Уткин и В.В.Чепарухин (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Козлов И.Г. Современные проблемы электронной спектроскопии.

М., Атомиздат, 1978, с. 24.

2. Зашквара В.В., Корсунский M.È. и Космачев О.С. Фокусирующие свойства электростатического зеркала с цилиндрическим полем. ЖТФ, т.36, вып. 1, 1966, с. 132 (прототип)...SU„„1112440 А (54)(57) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР, содержащий источник заряженных частиц, полеобразующие электроды в форме цилиндрического зеркала с кольцевыми входной и выходной щелями на внутреннем цилиндре и коллектор частиц, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности и расширения функциональных возможностей путем расширения диапа-. зона измерения, на входе цилиндрического зеркала расположен электростатический сферический конденсатор, на внешней обкладке которого размещены входная и выходная кольцевые концентрические щели, причем выходная щель совмещена с входной кольцевой щелью цилиндрического зеркала.

Недостатками такого анализатора являются наличие вторичных электронов, малая точность из-за искажения поля на краях отверстия, а также наличие контактной разности потенциалов, искажающих результат измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является дилиндрическое зеркало с источником эмиттированных частиц и коллектором, 20

25 расположенными на одной оси (оси симметрии прибора), содержащее цилиндрический конденсатор, во внутренней обкладке которого прорезаны две кольцевые щели для ввода и вывода частиц.

Эмиссия частиц из источника происходит под действием различного нида облучателей: ультрафиолетового, рентгеновского,.лазерного излучений, ион ных и электронных потоков и т.д.

Использование фокусировки второго лов рядка (достигается оптимум по светосиле в режиме фокусировки ось — ось) обеспечивается в цилиндрическом зеркале при углах влета в него =42О20 (относительно оси системы). Это требование влечет за собой принципиальные ограничения на использование ци-. линдрического зеркала. Образец вынужденно располагается вблизи входа 45 в анализатор, что затрудняет манипуляции с ними. В частности, внешнее облучение из-за этого производится почти по касательной к образцу, т.е. под большими угламиЯ =8У, что резко 50 снижает интенсивность входного сигнала, так как используется далекий от оптимального участок углового распределения эмиттированных частиц. Кроме того, этот жестко фиксированный .55 угол 80-8У не является оптимальным для различных видов облучения. Расположение вблизи анализатора особенно

3 11124

Изобретение относится к спектроскопии заряженных частиц, в частности растровой электронной Оже-спектроскопии и масс-спектрометрии.

Известен энергоанализатор с тормозящим электростатическим полем, со5 держащий две пластины, между которыми создается разность потенциалов, причем в одной из пластин имеется отверстие для прохождения пучка.

Энергетический спектр пучка определяют после обработки результатов измерения тока на другую пластину при различных значениях разности потенциалов (1).

40 3 неприемлемо при высоких температурах образца.

Принципиально ограничен размер сканируемой площади образца, исследуемый без снижения разрешающей способности. В растровых Оже-спектрометрах с цилиндрическим зеркалом (ЛАС-2000, РН1-500) эта площадь составляет 0,2х0,2 мм . В приборе подобного класса (09ИОС-3) она также достигает размера 0,2х0,2 мм . Увеличение этой площади даже на несколько процентов с целью расширения информативности прибора затруднено.

Целью изобретения является повыше: ние чувствительности и расширение функциональных возможностей энергоанализатора путем расширения диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем. что в электростатическом осесимметричном энергоаналиэаторе, состоящем из источника заряженных частиц, полеобразующих электродов в форме цилиндрического зеркала с кольцевыми входной и выходной щелями на внутрен нем цилиндре и коллектора частиц, на входе цилиндрического зеркала расположен электростатический сфе1 рический конденсатор, на внешней обкладке которого размещены входная и выходная кольцевые концентрические щели, причем выходная щель совмещена с входной кольцевой щелью цилиндрического зеркала.

На чертеже представлена схема энергоанализатора с малогабаритным входным сферическим конденсатором.

Знергоанализатор содержит источник 1 заряженных частиц, облучатель 2, сферический конденсатор 3, расположенный на входе цилиндрического зеркала 3, за которым установлен коллектор 5, и растровую пушку 6 которая используется вместо облучателей 2.

Устройство работает следующим образом.

Заряженные частицы эмиттируются источником 1, расположенным на оси 2. под воздействием внешних облучателей 2. Пройдя через входную щель сферического конденсатора 3, пучок частиц фокусируется на кольцевой щели, прорезанной во внутреннем электроде цилиндрического зеркала. Выходная щель 8 сферического конденсатора и входная щель 7 цилиндрического зеркала совмещены. Зеркало, работающее

Составитель А.Нестерович

Редактор Г.Волкова Техред Т.Фанта Корректор H.Ìóñêà

Заказ 6461/37 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

3 11124 в режиме фокусировки кольцо — ось, осуществляет фокусировку второго Iioрядка частиц на ось симметрии Z, где находится коллектор 5. Во внутреннем цилиндре прорезана щель 9, через которую частицы выходят из зеркала, внутри которого также расположена растровая пушка б. Условия фокусировки второго порядка пучка на входную щель цилиндрического зеркала и необходимость обеспечения оптимального угла ввода пучка в режиме кольцо— ось (38,83 ) дают три уравнения, содержащие три параметра: удаление источника от центра сферического конденсатора h, угол вылета частиц из источника Ы и энергию частиц W, выраженную в долях разности потенциалов сферического конденсатора.

Решение численными методами трех указанных выше уравнений дает следующие значения параметров: ЬтЗк о =16, W=-1,2. Поскольку безразмерная энергия пучка выражена через параметры сферического конденсатора, 25 необходимо зафиксировать радиус внут. ренней обкладки. При соотношении радиусов сферического конденсатора

R . R„=2:1 формула для безразмерной энергии принимает вид

30 и

Ф--" — — «1 2

e(U>-П ) .где U и U4 — потенциалы внутренней и внешней обкладок со ответственно; е — заряд частицы; — начальная кинетическая. энергия частиц, вылетающих из источника.

Приведенный набор параметров обеспечивает попадание в анализатор час40

40 4 тиц, вылетевших из источника под углом 10 (ссс.20" к оси. При отклонении параметров h; aL, W от указанных оптимальных значений угол влета частиц в цилиндрическое зеркало откло няется от оптимального угла 38,83 о

"а место фокусировки пучка не совпадает с входной щелью цилиндрического зеркала.

Таким образом, предложенный малогабаритный сферический конденсатор работает как электронно-оптическая линза, обеспечивающая угловое увеличение Г=-3,24 и линейное увеличение М=-0,31. Так как I Ml 1, то исследуемая площадь поверхности источника без.снижения разрешающей способности в растровом, режиме работы увеличивается в 1/М а9,5 раз, т.е. почти на порядок, что является весьма выигрышным по сравнению с известным устройством. Кроме того, удаление источника от анализатора h позволяет значительно свободнее манипулировать образцом и вспомогательными устройствами, уменьшать угол облучения Я более чем в два раза, доведя его до величины 35 . Это удаление позволяет также избежать нежелательных эффектов (теплопередача, прямое попадание вторичных частиц) при работе с высокотемпературиыми источниками.

Более того, сферический конденсатор сам обладает дисперсионными свойствами и вносит вклад в общую дисперсию анализатора, что приводит к увеличению разрешающей способности предлагаемого устройства Ilo сравнентво с цилиндрическим зеркалом не менее чем на 10Х.