Дефлекторный энергетический анализатор

 

Изобретение относится к устройствам для анализа заряженных частиц по энергиям и может быть использовано в электронных и ионных спектрометрах. Изобретение расширяет функциональные возможности устройства путем уменьшения секторного угла, занимаемого анализатором , и повышения симметричности его конструкции относительно направления регистрируемого потока частиц .Ана- . лизатор содержит коаксиальные -электроды 1 и 2, две пары цилиндрических коаксиальных электродов 3-6 с радиусап ми, равными радиусам электродрр 1 и 2, входную 7 и выходную 8 диафрагмы, расположенные параллельно друг другУ коллектор 9, измеритель 10 тока коллектора и источник 11 регулируемого постоянного напряжения. Перед входной диафрагмой 7 анализатора расположен источник 12 заряженных частиц. Анализатор благодаря улучшенной компоновочной способности и симметричной коуструкции не требует фланцев раз- , что упрощает его применение в разборных комплексных спектрометрах и технологических установках. I ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН цц 1 Н 01 J 49/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4117005/24-21 (22) 07 ° 07.86 (46) 23.07.88, Вюл. ¹ 27 (72) С.С.Волков и В.Т.Гутенко (53) 621,384.6(088,8) (56) Афанасьев В.П,, Явор С.Я. Электростатические энергоаналиэаторы для пучков заряженных частиц. — M,:

Наука, 1978, с. 97.

Там же, с.72. (54) ДЕФЛЕКТОРНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к устройствам для анализа заряженных частиц по энергиям и может быть использовано в электронных и ионных спектрометрах.

Изобретение расширяет функциональные возможности устройства путем уменьше„„SU„„1411850 А1 ния секторного угла, занимаемого анализатором, и повышения симметричности его конструкции относительно направления регистрируемого потока частиц.Анализатор содержит коаксиальные электроды 1 и 2, две пары цилиндрических коаксиальных электродов 3-6 с радиуса ми, равными радиусам электродс@ 1 и.

2, входную 7 .и выходную 8 диафрагмы, расположенные параллельно друг другу, коллектор 9, измеритель 10 тока коллектора и источник 11 регулируемого постоянного напряжения. Перед входной диафрагмой 7 анализатора расположен источник 12 заряженных частиц. Анализатор благодаря улучшенной компоновочной способности и симметричной ® конструкции не требует фланцев размещения, что упрошает его применение в разборных комплексных спектрометрах и технологических установках. 1 ил.

1411850

Изобретение относится к устройствам для анализа заряженных частиц по энергиям и может быть использова но в электронных и ионных спектромет5 рах, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора путем уменьшения секторного угла, занимаемого анализатором,, и повышения симметричности его кон-!, струкции относительно направления, регистрируемого потока частиц.

На чертеже изображена функциональная схема устройства. 15

Анализатор содержит два средних секторных цилиндрических коаксиально расположенных электрода 1 и 2 с углом сектора не более 127 38 /2 = 63 49, две пары цилиндрических коаксиальных электродов 3 " 6 с радиусами, равными радиусам электродов 1 и 2, имею-. щих секторный угол не более 127 38 /4=

= 31 54 и расположенных по торцам электродов 1 и .2, входную 7 и выход- 25 ную 8 диафрагмы, расположенные параллельно друг другу, коллектор 9, из меритель 10 тока коллектора и источ-! ник 11 регулируемого постоянного напряжения, соединенный одной полярно стью с электродами с большим радиусом

3 и 5, а другой полярностью — с

,электродами с малым радиусом 2, 4 и б. При этом малые электроды 2, 4 и 6 соединены с выходной клеммой источни| ка 11, полярность которой противо положна знаку регистрируемых частиц.

Секторные электроды 3, 4 и 5, 6 по-! парно расположены по торцам средних электродов 1 и 2 с радиусами кривизны в обратную сторону, чем кривизна ( средних электродов 1 и 2. При этом продолжением среднего электрода 1 с большим радиусом являются электроды 4 и 6 с малым радиусом, а продолжением среднего электрода 2 с малым радиусом являются электроды 3 и 5 с большим радиусом, Перед входной диаф" рагмой 7 анализатора расположен источник 12 заряженных частиц.

Устройство работает следующим образом.

Источник 12 испускает заряженные частицы, часть из которых попадает через щель входной диафрагмы 7 в дисперсионное пространство анализатора. На заряженную частицу, движущуюся по средней линии, действует сила

Ф

Fэ,лектрического поля электродов 3 и 4 е Uo

Е ГС1 ив

2 заряд электрона; с Реднии Р адиус (1 „+ ) /2; разность потенциалов между электродами;

R и R — радиусы внешнего и внутреннего электродов соответственно.

Если центробежная сила F, действующая на частицу, mV

F г с где m — масса частицы;

V — скорость начальная; равна электрической силе, то частица движется по средней линии. После перехода частицы в дисперсионное пространство электродов 1 и 2 направления

,сил F< и Рс изменяются на противоположные, но равенство между ними

I сохраняется. Поэтому частица будет двигаться по средней линии до коллектора.

Частицы, входящие в анализатор, под некоторым углом и центральной (средней) траектории, испытывают дополнительно торможение и ускорение аналогично частице, движущейся в известном анализаторе. Отличительной особенностью в предлагаемом анализаторе являются переходы в плоскостях изменения кривизны электродов.

Рассмотрим движение электрона с энергией Fо, равной энергии настройки анализатора, влетаюшего в анализатор под углом к оси (пунктирная линия}.

В поле электродов 3 и 4 электрон притормаживается и долетает до эквипотенциали U „ на выходе из электродов 3 и 4. Энергия электрона становится равной

E = Е - eU t

В промежутке между электродами

3 и 2 в этой области существует ус. коряющее поле, - и электрон ускоряется при переходе к эквипотенциали

-Б„ на эквипотенциаль +П, получив при этом дополнительную энергию ДЕ =

2eUt. Далее в пространстве электро30

3 14 дов 1 и 2 электрон попадает в ускоряющее радиальное поле и на середине пути ускоряется до эквипотенциали

U, двигаясь по касательной к этой эквипотенциали. Энергия электрона при этом равна д о eU 2eU< e(U< U „) °

Погасив на середине пути радиальную скорость, электрон далее ускоряется и на выходе иэ пространства электродов 1 и 2 согласно симметрич"I ности траекторий в электрических полях попадает на эквипотенциаль +Ц его энергия увеличится на величину

e(U<-U „).. Затем электрон попадает в тормозящее поле между электродами 2 и 5, При переходе с эквипотенциали +U1 на эквипотенциаль -U поля электродов 5 и 6 энергия электрона уменьшается на величину 2eU

Е = Е - eU„+2eU -e (П2 U ) +

+еЯг U,) - 2eU> .

На конечном участке пути электрон ускоряется от эквипотенциали .-U до средней нулевой траектории

"на величину eU и выходит через диафрагму 8 на коллектор 9 и иэмери. тель 10 тока коллектора.

Таким образом, энергия электрона на выходной диафрагме 9 равна

Е = Е - eU„+ 2eU„- e (U<-U<) +

+e(U<-U„) - 2eU + eU„= Ео начальной энергии при входе в анализатор.

Аналогично находится траектория электрона, влетаюшего в анализатор под противоположным симметричным уг" лом.

Основным подтверждением попадания электрона.в выходную диафрагму 8 является то, что при переходе между электронами 3 и 2, а также 2 и 5 происходит изменение только тангенциальной скорости; радиальная составляю- щая скорости остается неизменной.

При изменении питания электродов анализатора с симметричного на несимметричный режим электрическое поле на выходном отверстии изменяется более, чем в два раза, Однако разрешение и пропускание анализатора практически не изменяются, 11850

Искажения траекторий частиц в переходных областях между парами электродов при инверсии величины напряженности и кривизны дисперсионного электрического поля сушественно меньше искажений в области отверстий входной и выходной диафрагм.

Следовательно, дисперсионные свойства электрического поля предлагаемого анализатора аналогичны дисперсионным свойствам дефлекторного анализатора с секторным углом 127 38 .

Секторный угол анализатора р, saнимаемый около исСледуемого объекта, в известном анализаторе составляет около 180 (с коллектором). Секторный угол р, занимаемый около исследуемого объекта рассмотренным анализатором, составляет не более 60 о что уменьшает габаритный размер D, Таким образом, по компактности расположения около исследуемого объекта предлагаемый анализатор превосходит

25 известный в 3 раза, Кроме того, предлагаемое устройство позволяет располагать коллектор осесимметрично с направлением входа анализируемого потока заряженных частиц. Это дает возможность располагать анализатор в любых разборных вакуумных камерах, имеющих фланец, направленный на исследуемый образец.

Предлагаемый анализатор благодаря улучшенной компоновочной способности и симметричности конструкции не требует специальных фланцев для размещения, что упрошает его применение в разборных комплексных спектрометрах и технологических установках.

Формула из обретения

Дефлекторный энергетический анали4 затор, содержащий выполненные в виде соосных цилиндров внешний и внутренний электроды, две диафрагмы, расположенные на входе и выходе анализатора, и источник напряжения с двумя выходами противоположной полярности, 50 подключенный к внешнему и внутреннему электродам, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снаб,жен двумя дополнительными парами электродов, каждая иэ которых выпо..."

55 иена в виде двух соосных внешних и внутренних цилиндров, установленных со стороны двух противоположных тор1411850 выходу источника напряжения противоположной полярности, и выполняются следующие условия:

5 127 38 p I 127 38 о — — — - — 3 с — c — — --- — 1

2 ю

127 38 î o 127 38

3 @((10

4 4

10

Составитель В. Краснопольский

Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык Корректор В. Гирняк

Заказ 3659/50 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 цов внешнего и внутреннего электродов с зазором относительно послед-" них, при этом радиусы кривизны всех внешних электродов равны между собой, !

; радиусы кривизны всех внутренних электродов равны между собой, знак кривизны дополнительных электродов: противоположен знаку кривизны внеш" него и внутреннего электродов, диафрагмы расположены параллельно одна другой со стороны торцов дополнительных электродов, все внешние „электроды подключены к выходу источника напряжения одной полярности, а все внутренние электроды подключены: к где о(/2 " секторный угол внешнего и внутреннего электродов; о /4 " секторный угол каждой из

1Б дополнительных пар электродов.