Электростатический энергоанализатор типа "цилиндрическое зеркало

 

Изобретение относится к области спектроскопии заряженных частиц, в частности растровой электронной Ожеспектрометрии и растровой ионной Ожеспектроскопии . Изобретение расширяет функциональные возможности прибора за счет увепичения площади сканирования образца и увеличения диапазона перемещений образца вдоль оси цилиндрического зеркала. При этом обеспечивается упрощение изготовления и юстировки . Устройство содержит растровые облучатели 1 источника заряженных частиц и цилиндрическое зеркало с внутренним 2 и внешним 3 цилиндрами,кольцевые входную 4 и выходную 5 щели на внутреннем цилиндре, электрически соединенную с цилиндром 2 и ортогональную ему плоскую сетку 6, электрод 7 с переменной кривизной меридионального сечения, вспомогательную сетку 8, электрически соединенную с цилиндром 2, и коллектор 9 частиц. В описании изобретения приводится конструктивная модификация цилиндрического зеркала, улучшающая разрешение зеркала примерно в три раза. 1 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„14 0999 А1 511 4 Н 01 J 49/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4063111/24-21 (22) 21.02.86 (46) 15.10.88. Бюл. У 38 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà и Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН СССР (72) Ю.К.Голиков, А,А.Иатьппев, К.В.Соловьев, К,Г,Уткин и Н.А.Холин (53) 621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

: Ф 1112440, кл. Н 01 J 49/46,11,11,82 °

ГИТФ, l977, т,47, Р ll, с,23722380. (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ТИПА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ ЗЕРКАЛО (57) Изобретение относится к области спектроскопии заряженных частиц, в частности растровой электронной Ожеспектрометрии и растровой ионной Ожеспектроскопии. Изобретение расширяет функциональные возможности прибора за счет увеличения площади сканирования образца и увеличения диапазона перемещений образца вдоль оси цилиндрического зеркала. При этом обеспечивается упрощение изготовления и юстировки. Устройство содержит растровые облучатели 1 источника заряженных частиц и цилиндрическое зеркало с внутренним 2 и внешним 3 цилиндрами, кольцевые входную 4 и выходную 5 щели на внутреннем цилиндре, электрически соединенную с цилиндром 2 и ортогональную ему плоскую сетку 6, электрод 7 с переменной кривизной меридионального сечения, вспомогательную сетку 8, электрически соединенную с цилиндром

2, и коллектор 9 частиц. B описании изобретения приводится конструктивная ( модификация цилиндрического зеркала, улучшающая разрешение зеркала пример- 2 но в три раза. 1 ил, !

430999

Изобретение относится к области спектроскопии заряженных частиц, в частности растровой электронной Ожеспе.:троскопии и растровой ионной Оже5

CII PK TP O C KOIIHH, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей прибора за счет увеличения площади сканирования образца и увеличения диапа- 1О зона перемещений образца вдоль оси цилиндрического зеркала, упрощение изготовления и юстировки.

На чертеже представлена схема растрового электростатического осесимметричного энергоанализатора.

Схема содержит растровые облучатели 1 источника заряженных частиц И, цилиндрическое зеркало с внутренним

2 и внешним 3 цилиндрами, кольцевые 20 входную 4 и выходную 5 щели на внутреннем цилиндре, электрически соединенную с цилиндром 2 и ортогональную ему плоскую сетку 6, электрод 7 с переменной кривизной меридионально- 25 го сечения, помещенный соосно внутри цилиндра 2, 8 — вспомогательная сетка, электрически соединенная с цилиндром 2, 9 - коллектор частиц.

Электрически изолированный от ци- 30 линдра 2 электрод 7 с задерживающим потенциалом и электрод, образуемый электрически соединенными сеткой 6 и цилиндром 2, образуют входное элек тростатическое устройство, идеально согласуемое с цилиндрическим зерка-.. лом, Внутренний цилиндр 2 при этом используется дважды: как полеобразующий электрод цилиндрического зеркала и как полеобразующий электрод 40 входной электростатической системы.

Устройство работает следующим образом.

Заряженные частицы эмитируются источником 1, расположенным на оси 45 симметрии, под воздействием растровых облучателей. Пройдя через плоскую сетку 6, задерживающим полем электрода 7 пучок частиц фокусируется на входной кольцевой щели 4. Цилиндрическое зеркало, работающее в оптимальном режиме фокусировки кольцо-ось, осуществляет фокусировку 2-го порядка. частиц на ось симметрии, где расположен коллектор 9. Вспомогатель55 ная сетка 8, электрически соединенная с внутренним цилиндром 2, экранирует коллектор частиц от задерживающего потенциала,.подаваемого на электрод 7.

В широком интервале удалений источника 1 от плоской торцовой сетки

6 (3 — 6 радиусов внутреннего цилиндра 2) входное устройство осуществляет фокусировку 2-ro порядка пучка на входную щель 4 при оптимальном угле наклона осевой траектории пучка

=38 50, что является оптимумом работы анализатора по светосиле. При этом входное устройство работает как электронно-оптическая линза, обеспечивающая большое по абсолютной величине угловое увеличение Г=- -1О и соответственно линейное увеличение M -О,1.

Это означает, что в растровом режиме работы исследуемая площадь поверхности образца увеличивается в 1 и

1/М = 100 раз при сохранении разрешающей способности прибора, Например, детальный численный расчет на ЭВМ при задании формы электрода 7 формулой

3 (р)ShZ = const (1) ! где, — функция Бесселя нулевого порядка; показал, что при удалении источника

1 от торцовой сетки 6 на 3R, где R— радиус внутреннего цилиндра, Г = — 10 и при последующем удалении источника

1 до расстояния 6К угловое увеличение Г монотонно растет по абсолют.— ной величине до значения Г = -20.

У прототипа соответствующее значение Г= -3, что по сравнению с прототипом дает выигрыш в площади сканирования образца примерно в 10 раз, а по сравнению с базовым прибором— в 100 раз.

Возможность широкой вариации удалений образца от входа в анализатор позволяет сохранять большую степень свободы при манипулировании с образцом и вспомогательными устройствами, выбирая, например, оптимальные углы облучения образца. Нежелательные эффекты, связанные с теплопередачей и прямым попаданием вторичных частиц в анализатор при указанных удалениях источника от образца, также снижаются.

Формула (1) получена следующим образом.

Для обеспечения наилучшей конструктивной совместимости входной системы и цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА) ограничим класс рассматриваемых входных систем уст1430999

50 ройствачи, имеющими в качестве нулевых эквипотенциалей внутреннюю поверхность внутреннего цилиндра ЦЗА и сетку, затягивающую внутренний цилиндр ЦЗА.

Тогда для определения поля вход" ной системы возникает недоопределенная краевая задача для уравнения Лапласа в цилиндрических координатах, dU=0, U/ð= =O, lU!р=п с.+К, Юг=о =О (2) (для простоты здесь взята в качестве радиуса внутренней поверхности цилиндра единица).

Решение указанной граничной задачи дает

U(P,Z)= C„ („р) Sh (a„Z), (3) с т где — корни функции; — функция Бесселя нулевого порядка, Ряд (3) описывает бесконечное семейство гармоничных функций U (p,Z) при произвольных коэффициентах С .

Выбор набора коэффициентов jC ) связан с формой осесимметрического электрода 7.

Из класса потенциалов (3) наиболее простую форму электродов, доступную для технического изготовления и позволяющую просто произвести расчет электронно-оптических свойств системы, описывает рассматриваемый потенциал U (р,Е )= с,,(р ) 8h (Z ) („(S, p) БЬ (4, 2), ЯвлЯющийсЯ первым членом ряда (т. е. соответствующий случаю C =1, Ск=О, К =2,...)..

Реальное физическое значение потенциала, подаваемого на криволинейный электрод, задается в виде

Usa*ep ж. = U cr. Cý где С вЂ” безразмерный коэффициент, характеризующий задерживающий потенциал и энергию исследуемых частиц;

U„c — потенциал источника

mV (Ч исг = «2-, где Ч вЂ” заряд частицы;

mV ее кинетическая энергия при вы2 лете из источника).

Значение С должно выбираться таким образом, чтобы траектории частиц, имеющих необходимые начальные значения и движущихся в поле входной системы, лежали в области, ограниченной справа электродом в виде ци10

40 линдра с затянутым cE ткой торцом и слева криволинейным электродом (т. е. чтобы траектории с начальными параметрами в рабочем диапазоне лежали левее криволиней>,ого электрода, не касаясь его). Из закона сохранения энергии следует, что С «» 1 (так как

3п Дя р.Àñ — мст

Кроме того, конструктивно предлагаемая схема значительно проще прототипа. Пучок заряженных частиц из источника пересекает только один раз плоскую торцовую сетку 6, тогда как в прототипе он два раза пересекает сферическую сетку, что влечет повышенные требования на точность ее изготовления. Фактически это означает, что требования на точность изготовления тормозящего осесимметричного электрода могут быть снижены, а его криволинейная форма может быть аппроксимирована, например, набором конусов. Удаление электрода 7 от торцовой сетки 6 может меняться в зависимости от его тормозящего потенци ала. Таким образом, в данном случае две концентрические сферы с прорезанными во внешней щелями заменяются торцовыми сетками 6 и 8 и одним осесимметричным соосным цилиндрам электродом, что упрощает изготовление и юстировку прибора, уменьшает его стоимость °

Необходимо отметить, что существует конструктивная модификация цилиндрического зеркала, заключающаяся в том, что с целью увеличения разрешения прибора, наружный цилиндр зеркала заменяется слабо расходящимся в сторону коллектора конусом, При угле о расходимости конуса в 2-3 достигается улучшение разрешения зеркала примерно в 3 раза практически без изменения его режима работы: сохраняется угол влета частиц в зеркало при фокусировке 2-го порядка. Поскольку при этом внутренний цилиндр зеркала не изменяется, это означает, что предлагаемое входное устройство может встраиваться и в указанную модификацию цилиндрического зеркала.

Формула изобретения

1. Электростатический энергоаналиSC сг затор типа цилиндрическое зеркало, содержащий соосно расположенные электроды с кольцевыми щелями во внутренZ = — аг8h (С/Л,)(R ), В %К

Составитель К.Меньшиков

Редактор О.Спесивых Техред M.Äèäûê Корректор М.Шароши

Заказ 5347/53 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14309 нем цилиндре и коллектор частиц, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения площади сканирования образца при сохранении разреше5 ния и расширения диапазона перемещения образца перед входом в анализатор, на входе цилиндрического зеркала расположена электростатическая система, состоящая из плоской металли- 10 ческой сетки, электрически соединенной с внутренним цилиндром зеркала и ортогональной его оси, и электрически изолированного осесимметричного электрода с задерживающим потенциа- 15 лом, описываемого выражением

99 6 где К вЂ” радиус внутреннего цилиндра цилиндрического зеркала,м;

С вЂ” безразмерный коэффициент, характеризующий соотношение задерживающего потенциала, подаваемого на криволинейный электрод, к энергии исследуемых частиц; — функция Бесселя нулевого порядка; h - первый корень J

2. Энергоанализатор по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешения прибора, внешний цилиндр энергоанализатора имеет внутреннюю поверхность, отличную от цилиндрической, с конусностью до

О,1.