Энерго-массанализатор

 

Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к ;устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала . Цель изобрете:1ия - увеличение чувствительности и расширение аналитических возможностей. Пучок частиц направляется на поверхность исследуемого образца 3. Угол отбора анализируемых частиц относительно поверхности образца 3 устанавливается поворотом энергоансшизатора вместе с плос-. КИМ конденсатором, системой 5 коллимир у ющих и ускоряющих электродов и (Л Од сл 00 со N)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А2

„„SU„, 1265 ш 4 H 01 J 49/32 49/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I Д (Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 957317 (21) 3838916/24-21 (22) 02.01.85 (46) 23.10.86. Бюл. В 39 (7i) Институт металлофизики АН УССР (72) Ю.К. Голиков, А.А. Косячков и В.Т. Черенин (53) 621 ° 384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 957317, кл. Н 01 3 49/44, 1981. (54) ЭНЕРГОМАССОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала. Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение аналитических возможностей. Пучок частиц направляется на поверхность исследуемого образца 3. Угол отбора анализируемых частиц относительно поверхности образца 3 устанавливается поворотом энергоанализатора вместе с плоским конденсатором, системой 5 коллимирующих и ускоряющих электродов и

1265890

1 детектором 16 вокруг оси А-А. При анализе электронов разность потенциалов на пластинах 11 и 12 плоского конденсатора устанавливают равной нулю. При анализе ионов на пластину

12 подается тормозящий потенциал.

Чувствительность энергомассоанализатора определяется точностью вывода траектории анализируемых частиц на ось А-А. При этом конфигурация выходной щели 8 имеет вид дуги окружности с радиусом, равным одной трети расстояния между входной и выходной 8

Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к устройствам для анализа ионов и электронов по углам, энергиям и массам, и может быть использовано для анализа поверхностных слоев материалов различными методами ионной и электронной спектроскопии с угловым разрешением.

Для всестороннего анализа элементного состава, кристаллической и электронной структуры поверхности, а также при изучении ориентации и характера взаимодействия адсорбирован-, ных слоев и пленочных конденсатов необходимо в единой сверхвысоковакуумной камере использовать методы как ионной, так и электронной спектроскопии с угловым разрешением.

Анализ только ионов или только электронов и отсутствие данных о каком-либо из распределений (по углам, энергиям или массам) не позволяет получать полное представление о поверхности объекта.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение аналитических возможностей за счет обеспечения анализа электронов по угловому и энергетическому распределениям.

На чертеже изображена схема устройства.

Энергомассоанализатор содержит размещенные в вакуумной камере (не показана) источник 1 бомбардирующих щелями внутреннего электрода 6, что позволяет собрать все частицы, вошедшие в ЭА под разными углами, т.е. увеличить пропускание ЭА, уменьшив потери при анализе частиц, что повышает его чувствительность. Так, точность анализа кристаллической структуры монокристаллов в устройстве увеличивается в 4 раза, точность анализа сил связи — в

15 раэ, точность анализа электронной структуры поверхности— в 2,5 раза. 1 ил.

1 частиц 1, систему 2 фокусировки пучка частиц на поверхность исследуемого образца 3, размещенного на манипуляторе 4. По ходу пучка анали5 зируемых частиц расположены система 5 коллимирующих и замедляющих электродов, энергоанализатор, состоящий из внутреннего электрода 6, в котором прорезаны входная 7 и вы1п ходная 8 щели, и внешнего электрода, собранного из двух симметричных электрически разъединенных частей 9 и 10. Электроды энергоанализатора имеют арочную форму. За энергоанализатором по ходу движения анализируемых частиц расположено отклоняющее устройство — плоский конденсатор, состоящий из внутренней 11 и внешней 12 пластин. Внутренняя

2О пластина 11 имеет входную 13 и выходную 14 щели, а наружная пластина 12 плоского конденсатора имеет выходную щель 15, за которой по ходу пучка анализируемых электронов размещен детектор 16. За плоским конденсатором по ходу пучка анализируемых ионов расположены массоанализатор 17 монопольного типа и детектор 18.

Система 5 коллимирующих и замедляющих электродов энергоанализатор с электродами арочной формы, плоский конденсатор и детектор 16 электрически изолированы один от другого механически жестко связаны между со"

35 бой и с помощью изоляторов 19 укреплены на поворотной платформе 20.

12658

z = « - (Осоз 3+с1фд);

4Н н у 0 73 Н9р, Последняя размещена на опорном подшипнике 21 и может поворачиваться вокруг оси А-А, направление которой совпадает с осью поворота исследуемой поверхности образца 3, проходящей через точку падения пучка бомбардирующих частиц, а также с ионнооптической осью массоанализатора 17.

Устройство работает следующим 10 образом.

Пучок бомбардирующих частиц генерируется источником 1, например источником ионов и фокусируется с помощью системы 2 фокусировки на

15 поверхность исследуемого образца 3.

Требуемый угол между направлением бомбардировки и поверхностью образца устанавливается с помощью манипулятора 4. Требуемый угол отбора ана- О лизируемых частиц относительно поверхности образца 3 устанавливается за счет поворота энергоанализатора вместе с плоским конденсатором, системой 5 коллимирующих и ускоряющих электродов и детектором 16 на опорном подшипнике 21 вокруг оси А-А.

Рассеянные или эмиттированные поверхностью ионы или электроны проходят через систему 5 коллимирующих и замедляющих электродов, ограничивающих угол отбора частиц, определяя тем самым угловое разрешение анализа, и через входную щель 7 внутреннего электрода 6 попадают в энерго- 35 анализатор. В последнем частицыподвергаются анализу по энергии в поле соответствующей конфигурации, образованном внутренним электродом 6 и двумя симметричными электрически 40 разъединенными частями 9 и 10 внешнего электрода. Выходящие через выходную щель 8 внутреннего электрода 6 энергоанализатора частицы проходят через входную щель 13, прорезан- 45 ную во внутренней пластине 11 плос" кого конденсатора. При анализе электронов разность потенциалов на плас" тинах 11 и 12 плоского конденсатора устанавливают равной нулю и электро- 50 ны проходят через выходную щель 15 внешней пластины 12 и попадают в детектор 16. При анализе ионов на. пластину 12 подают тормозя1ций потенциал. Пучок ионов отклоняется в 55 направлении оси А-А, проходит через выходную щель 14 внутренней пластины 11, анализируется по массам в

4 .массоанализаторе 17 и попадает в детектор 18.

Чувствительность энергомассоанализатора с угловым разрешением определяется точностью вывода траектории анализируемых частиц на ось А-А.

Корректировка траектории анализируемых частиц в плоскости, перпендикулярной оси А-А, осуществляется за счет подачи корректирующей -разности потенциалов на симметричные части

9 и 10 наружного электрода энергоанализатора. При этом конфигурация выходной щели 8, выполненной в виде дуги окружности с радиусом, равным одной трети расстояния между входной

7 и выходной 8 щелями внутреннего электрода 6, обеспечивает минимальиые потери при эиергоанализе частиц.

Для частиц, выходящих из точки падения первичного пучка на мишень под углом 9 (угол в плоскости xoz) и углом Р (угол в плоскости хоу) к оси х время пролета в поле энергоанализатора меньше, чем время пролета частиц, входящих в энергоанализатор строго по направлению х (9=P=0 ). B результате частицы, вошедшие в энергоанализатор под одинаковыми углами 9, но разными углами Р, Собираются в месте выхода из энергоанализато ра на внутреннем электроде по дуге окружности, концы которой направлены Ф в сторону входной щели. При 9 - —

2 имеет место фокусировка второго порядка no z и набор дуг, соответствующий различным углам входа 9 вблизи

8 — образуется в месте выхода из

Ф энергоанализатора узкая криволиней.ная полоска изображения. Координаты частиц, образующих эту полоску изображения, в первом приближении при о

9)70 находят после интегрирования уравнений движения в виде где Н вЂ” ширина энергоанализатора в плоскости хоу.

Вычислим радиус крйвизны R полос/ о, ки иэображения при 9 —, P 0

1265890

1!

2 (0,73Н 9)

О, 73Н.Š— 9

4Н ч!

li

6 у

1О ность

ВНИИПИ Заказ 5674/52 Тираж 643

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Учитывая то, что L=2H, получаем

R = 0,657Н=0,328L "- — L, „1

15 где L — расстояние между входной и выходной щелями энергоанализатора.

Таким образом, размещая выходную щель по дуге окружности, радиус которой равен одной трети расстояния между входной и выходной щелями, можно собрать все частицы, вошедшие в энергоаналиэатор под разными угла- 25 ми, т.е. при прочих равных условиях увеличить пропускание анализатора, повысив тем самым чувствительВ предлагаемом устройстве информацию получают с одного и того же участка поверхности, и настройка прибора на максимальную чувствительность может осуществляться непосредственно по ходу анализа. Это, в свою оче- 35 редь, позволяет всесторонне исследовать поверхность твердого тела, увеличить эффективность и точность анализа. Так, точность анализа кристаллической структуры монокристал- 40 лов предлагаемым устройством увеличивается в 4 раза, точность анали за сил связи — в 15 раз, точность анализа электронной структуры поверхности — в 2,5 раз по сравнению 45 с известным.

Перечисленные факторы делают предлагаемое устройство универсальным и пригодным для анализа поверхности многими прогрессивными методами: масс-спектрометрией вторичных ионов, спектроскопией рассеяния медленных ионов, методами электронно-стимулированной десорбции ионов, оже-электронной спектроскопии при возбуждении поверхности ионами и электронами, рентгеновской и фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии характеристических потерь энергии и др., каждый из которых обладает угловым разрешением.

При этом сочетание аналитических возможностей различных методов в едином энерго-массоанализаторе с угловым разрешением ведет к экономии времени, энергетических ресурсов и является в десятки раз более производительным, чем использование для получения того же объема информации разрозненных методов спектроскопии поверхности твердого тела.

Изобретение является особенно перспективным при анализе материалов, применяемых в полупроводниковой, эмиссионной и криогенной электронике, ядерной физике, космическом материаловедении и др. областях техники, где используются массивные и пленочные объекты, обладающие анизотропией физических и физикохимических свойств.

Ф

Формула изобретения

Энергомассоанализатор по авт. св. В 957317, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения аналитических возможностей, в него дополнительно введен детектор заряженных частиц, расположенный за отклоняющим устройством, во внешнем электроде которого выполнена выходная щель, электроды анализатора имеют арочную форму, при этом внешний электрод энергоанализатора выполнен разрезным в виде двух симметричных электрически разъединенных частей, а выходная щель внутреннего электрода энергоанализатора размещена по дуге окружности с радиусом, равным одной трети расстояния между входной и выходной щелями.