Спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий

 

Изобретение позволяет проводить элементный анализ поверхности и может быть использовано, например , в электронной технике. Цель изобретения - повышение энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов. Первичный ионный пучок -ионной пушки 8 фокусируется диафрагмой 6 и линзой на поверхность исследуемого образца 2. Отклоняющая система 10 направляет пучок обратно рассеянных ионов в фокальную область анализатора 3. В пространстве между электродами 4 и 5 рассеянные ионы разделяют по энергиям . Ионы с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят выходную щель электрода 5, фокусируются диафрагмой 6 и попадают на коллектор 7. Импульсы регистрируются измерительной схемой 13, Измерение интенсивности рассеянных ионов различных энергий осуществляют изменением напряжения на электродах 4 и, 5 источником 12. Вероятность столкновения VV рассеянного иона .первичного пучка с ионом обратно рассеянного пучка определяется количеством П; встречных первичных ионов, пролетевших через пересекаемую область пучка длиной С , сечением столкновения ионов и и площадью 5 пучка W . и составляет W я 10 , Т.е. практически не влияет на результаты измерений. I ил. (Л fie

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (11) (д g H Ol J 49/26.

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3773360/24-21 (22) 13,07.84 (46) 28.02.86, Бюл. № 8 (72) А.А.Аристархова, С . С. Волков и А.Б.Толстогузов (53) 621.384.6 { 088.8) (56) Волков С.С. и др. Спектроскопия обратно рассеянных ионов низких энергий. — В сб.: Обзоры по электронике, N., 1981, с.7, в 15 (820), с.37.

Патент ClffA ¹ 3920990, кл. Н 01 J 49/00, 1974. (54) СПЕКТРОМЕТР ОБРАТНО РАССЕЯНHbIX ИОНОВ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ (57) Изобретение позволяет проводить элементный анализ поверхности и может быть использовано, например, в электронной технике. Цель изобретения — повышение энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов. Первичный ионный пучок .ионной пушки 8 фокусируется диафрагмой 6 и линзой на поверхность исследуемого образца 2 °

Отклоняющая система 10 направляет пучок обратно рассеянных ионов в фокальную область анализатора 3. В пространстве между электродами 4 и

5 рассеянные ионы разделяют ra энергиям. Ионы с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят выходную щель электрода 5, фокусируются диафрагмой 6 и попадают на коллектор 7. Импульсы регистрируются измерительной схемой 13 . Измерение интенсивности рассеянных ионов различных энергий осуществляют изменением напряжения на электро- Ф дах 4 и, 5 источником 12. Вероятность ф столкновения Vl рассеянного иона .первичного пучка с ионом обратно рассеян ого лучка определяется коли- С, чеством и; встречных первичных ионов, Э пролетевших через пересекаемую область пучка длиной 6, сечением столкновения ионов б и площадью 5 пучка VI =" и составляет Ф Wл - 10 О, т.е. практически не влияет на результаты измерений. 1 ил.

12.15144

Изобретение относится к устройст- вам для элементного анализа поверхности и может быть использовано в электронной технике, металловедении, каталитической химии, ядерной физике.

Целью изобретения является повышение энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов на основе электростатического анализа- 10 тора типа "цилиндрическое зеркало" и соосной с ним ионной пушки за счет регистрации вторичных ионов после пересечения их траекторий с осью устройства. !5

На чертеже изображена функциональная схема спектрометра.

Спектрометр включает подвижный держатель 1, на котором закреплен исследуемый образец 2, энергетичес- 2О кий анализатор 3 типа "цилиндрическое зеркало" с внешним электродом 4, внутренним электродом 5, выходной диафрагмой 6 и коллектором 7, ионную пушку 8 с линзой 9 и отклоняющей 25 системой 10, расположенными во внутреннем цилиндрическом электроде 5, Диафрагма 6 расположена в фокальной плоскости ионной пушки 8, являющейся одновременно фокальной плоскостью энергоанализатора.

Спектрометр содержит также источник питания 11 ионной пушки, источник линейно изменяющегося напряжения 12, соединенный с электродами 4 и 5, анализатора 3, и измерительную схему 13, соединенную с коллектором 7.

Коллектор 7, в частности, может быть выполнен в виде кольцевого вторичного электронного умножителя на микроканальных пластинах (Вэу мкл).

На чертеже изображены огибающие ,траектории первичного ионного пучка и пучка обратно рассеянных ионов.

Работа спектрометра заключается в следующем.

Первичный ионный пучок формируется ионной пушкой 8. Для максимального устранения попадания ионов на плоскость диафрагмы 6 ионный пучок фокусируется в отверстие диафрагмы 6. Затем расходящийся от диафрагмы 6 пучок линзой 9 фокусируется

55 на поверхность исследуемого образца

2, а с помощью отклоняющей системы

10 пучок обратно рассеянных ионов . направляется в фокальную область анализатора 3.

Необходимый участок поверхности образца 2 выставляется в фокус анализатора с помощью подвижного держателя 1.

Сталкиваясь с атомами внешнего монослоя поьерхности образца 2, ионы первичного пучка в результате упругого парного соударения рассеиваются в разные стороны. Рассеянные ионы, прошедшие через входную щель во внут-реннем цилиндре 5 анализатора 3 в пространство между электродами. 4 и 5, разделяются по энергиям. Ионы с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят через выходную щель внутреннего электрода 5 и фокусируются в отверстие выходной диафрагмы 6 анализатора 3.

Пройдя через отверстие диафрагмы 6, ионы, двигаясь в эквипотен-.циальном пространстве по прямолинейным траекториям, попадают на коллектор 7. Далее импульсы регистрируются с помощью измерительной схемы 13.

Изменяя напряжение на электродах

4 и 5 анализатора 3 с помощью источника 12, измеряют интенсивность рассеянных ионов разных энергий,т.е. регистрируется энергетический спектр рассеянных ионов, по которому производится идентификация масс атомов поверхности, от которых рассеялись ионы.

Покажем, что встречные пучки ионов первичного пучка и обратно рассеянных ионов в отверстии диафрагмы 6 не мешают друг другу.

Вероятность столкновения В рассеянного иона первичного пучка с ионом обратно рассеянного пучка определяется количеством И; встречных первичных ионов, пролетевших через пересекаемую область пучка длиной, сечением столкновения, б ионов и площадью 5 пучка

5=в

Количество встречных первичных электронов и можно определить по

4 величине тока 1. пучка, длине пересекаемого участка Г и относительной скорости 11 О„, ионов

1215144 (3) (4) 8н Г-,—

2„E,(1 )Ecosoc)ds (к ° дa) а

Составитель А.Нестерович

Редактор А.Гулько Техред Л.Микеш Корректор И.Демчик

Заказ 910/58 Тираж 644

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул, Проектная, 4

;е е v„„ (2) где ь — заряд электрона.

Рассеянные ионы пересекают пучок, ионов в области отверстия диафрагмы 6 под углом и, равным для данного типа анализатора оптимальному а углу фокусировки 0 = 42 + ь где 44, определяется шириной щели во внутреннем электроде 5.

При диаметре ионного пучка, равным диаметру d отверстия диафрагмы 6, рассеянные ионы пересекают пучок на расстояние 1 не более

E =d/cos f 90- (с аас)1, Относительная скорость ионов on1 ределяется суммой встречных составляющих скорости, ионов первичного ручка и скорости М рассеянных ионов

7щ„= +Ч,сов 0,= 2 Е Ф 2 — E, ñoâ ж = е, е — 1Ф вЂ” Сдз Оа

С учетом равенств (1-4) вероятность столкновения ионов равна

„1 1. °

11стн н а саз (90-(e.+ a e.Q

Ф

Q I

В

Если принять равным i = 10 А;

Е= 2000эВ; Е, = 1000 эВ; d= 42 ьс=20;o =10 "см ;1 =1м то вероятность столкйовения W-"10..

Следовательно, токи первичных и обратно рассеянных ионов из-за рассеяния в области отверстия диафрагмы 6 уменьшаются на !О Ж, т,е, -8 на очень малую величину и не влияют на результаты измерений.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что при одинаковой светосиле энергетическое разрешение анализатора в предлагаемом изобретении может быть обеспечено в 2 раза больше.

Кроме того, предлагаемое устройство в отличии от прототипа характеризуется возможностью использова-.

10 ыия анализатора с фокусировкой типа

"ось-кольцо" с любым малым диаметром кольцевой диафрагмы, так как коллектор расположен после пересечения траекторий рассеянных ионов с

15 первичным пучком.

Расположение части оптической системы ионной пушки между выходной диафрагмой и исследуемым объектом позволяет повысить фокусировку ионного пучка более чем в 2 раза, а соответственно увеличить пространственное и энергетическое разрешение тоже не менее, чем в 2 раза.

25 Формула из обретения

Спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий, содержащий подвижный держатель для исследуемо- го образца, ориентированные на держатель энергетический анализатор типа "цилиндрическое зеркало" с выходной диафрагмой и с расположенным за ней кольцевым коллектором и со3S осную с ним ионную пушку со средствами формирования ионного пучка, измерительную схему, подключенную к кольцевому коллектору, источник линейноизменяющегося напряжения, 40 соединенный с анализатором и измерительнои схемой, и источник питания ионной пушки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения энергетического разрешения, выходная диафрагма анализатора выполнена с отверстием на оси анализатора и установлена в выходной фокальной плоскости анализатора.