Энергетический анализатор заряженных частиц

 

Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров заряженных частиц, в частности электронов, и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхности твердых тел. Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения. Энергоанализатор содержит коаксиально расположенные внутренний и внешний цилиндрические электроды 1 и 2. На входе расположены коническая сетка 5 и фокусирующая система из конических электродов 6 и 7, электрически изолированных один от другого. Для возбуждения электронов с образца 10 используется источник 11 фотонов. На выходе расположены диафрагма 12 и приемник 13 электронов. Путем подачи раздельных потенциалов на конические электроды 6 и 7 можно скомпенсировать уход траекторий электронов при изменении степени предварительного торможения. 14 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s Н 01 J 49/48, 49/44

ГОСУДА P CTB E ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13. (21) 4414783/24-21 (22) 24.04.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (72) Б.У.Ашимбаева, В.А.Горелик, А.К.Жуков, В.В.Зашквара, Т.И.Зверева и А,А.Трубицин . (53) 621.384 (088.8) (56) Заявка Японии N 545-63255, кл. 113-А35, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1395126, кл. Н 01 J 49/44, 04.09.86. (54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР 3АРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров заряженных частиц, в частности электронов, и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при

„„Я „„1597968 А1 исследовании поверхности твердых тел.

Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения.

Энергоанализатор содержит коаксиально расположенные внутренний и внешний цилиндрические электроды 1 и 2. На входе расположены коническая сетка 5 и фокусирующая система из конических электродов

6 и 7, электрически изолированных один от другого. Для возбуждения электронов с образца 10 испол ьзуется источник 11 фотонов.

На выходе расположены диафрагма 12 и приемник 13 электронов. Путем подачи раздельных потенциалов на конические элвктроды 6 и 7 можно скомпенсировать уход траекторий электронов при изменении степени предварительного торможения. 14 ил.

1597968

Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров заряженных частиц, в частности электро, нов, и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхности твердых тел.

Целью изобретения является одновремен ное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения.

На фиг,1 приведена схема предлагаемого.àHàëè3àòîðà; на фиг.2 — зависимость отношения потенциалов на фокусирующих, электродах от степени торможения электронов при постоянном положении кольцевого изображения точечного источника; на фиг.З вЂ” 8 — ход траектории при осевом смещении точки вылета электронов; на фиг.9—

14 — то же, при радиальном смещении точки вылета.

Анализатор представляет собой коаксиально размещенные внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические электроды. На боковой поверхности электрода 1 выполнены входная 3 и выходная 4 кольцевые прорези для пролета заряженных частиц, На входе анализатора расположена конусообразная сетка 5 и фокусирующая система из конусообразных секций (электродов) 6 и 7, разделенных кольцевой прорезью 8. Сетка

5 заземлена. Образующие электродов 5 — 7 параллельны друг другу и нормальны к траектории 9 центрального электрона, испускаемого образцом 10 под углом ао.

Для возбуждения электронов с образца

10 используется источник 11 фотонов. На выходе анализатора соосно расположены выходная диафрагма 12 и приемник 13 электронов, Анализатор содержит также источник

14 питания, подключенный к внешнему электроду 2, источники 15 и 16 питания, подключенные к электродам 6 и 7 фокусирующей системы. Электроды 1 и 2 и 5 — 7 изолированы один от другого посредством изолирующих колец (керамических дистанцеров) 17 —, 21.

Анализатор работает следующим образом, Исследуемый образец 10 облучается потоком фотонов, формируемых источником .. 11, в результате чего образец 10 испускает поток фотоэлектронов, который, преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии Е между образцом 10 и сеткой 5, попадает в электростатическое поле с переменным электронно-оптическим показателем преломления,созданноеотри10

20 цательными потенциалами — V на внутреннем электроде 1 анализатора и — Чф,2 на фокусирующих электродах 6 и 7, Торможение происходит за счет потери электронами части энергии при преодолении разности потенциалов между сеткой 5 и внутренним электродом 1 энергоанализатора, Для уменьшения энергии частиц в N раз на внутренний цилиндр подается потенциал

Vm Å (N-1)/К, где К вЂ” постоянная анализатора. Потенциал одного из фокусирующих электродов определяется из соотношения

Vy> = М Vm независимо от начальной энергии электронов Е, где значение М выбирается в соответствии с требующимся фокусным расстоянием системы. Соответственно, потенциал Чф другого фокусирующего электрода определяется из соотношения Чфг=

= ОЧф, где значение В выбирается в соответствии со степенью торможения электронов

N (т.е, отношения начальной энергии электронов к их энергии у входной кольцевой прорези 3).

Потенциалы Чф1 и Чф2 должны обеспечивать положение изображения источника в плоскости входной щели анализатора при различных степенях торможения электронов

Сфокусированный пучок электронов с

30 энергией, уменьшенной в N раз, через входную кольцевую прорезь 3 попадает в пространство между цилиндрическими электродами 1 и 2. Далее под действием отрицательного потенциала V, поданного на

35 внешний цилиндрический электрод 2 с источника 14, электроны отклоняются к внутреннему цилиндрическому электроду 1 и через выходную прорезь 4 и апертуру диафрагмы 12 попадают на вход приемника 13

40 электронов, Анализатор имеет полосовую функцию пропускания, т,е. на вход приемника 13 электронов попадают электроны, энергия которых лежит в определенной полосе, Ме45 няя напряжение, подаваемое на внешний цилиндрический электрод 2, а через делитель на внутренний электрод 1, можно снять весь энергетический спектр вторичных электродов, испускаемых образцом 10, 50 В регистрируемом устройстве (xe показано), соединенном с приемником, энергетический спектр анализируется Do энергии, в результате чего выявляются энергетические пики фотоэлектронов, по которым

55 можно судить о химическом составе поверхности образца, и ее структуре, При радиусе внутреннего электрода 1

35 мм размеры анализатора следующие: радиус внешнего электрода 2 75 мм; длина

1597968

Vd

ОN ои

on

5 д:5 га г5Ж55 Ю Ф

Фиг.2 внутреннего электрода 1 154,2 мм, длина внешнего электрода 2 129,2 мм; расстояние оси образца до сетки 15 мм; растояние между сеткой и фокусирующим электродом 11 мм

Расстояние между фокусирующими электродами 8 мм; расстояние между фокусирующими электродами и входной щелью 3 — 13 мм; высота сечения конусообразных электродов 22 мм; расстояние между образцом

10 и выходной диафрагмой 12 172,2 мм; угол влета ао центрального электрона 39 .

Разброс углов влета электронов относительно траектории центрального электрона

+6, разрешающая способность 0,1 .

На фиг,2 приведены результаты численного расчета зависимости отношения потенциалов Ч7/Че для различных степеней торможения, полученное при условии, что положение кольцевого изображения точечного источника остается в области входной кольцевой прорези внутреннего электрода анализатора. Численный расчет показывает, что на выходе анализатора обеспечивается постоянство отношения сигнал/шум при различных степенях торможения, что позволяет анализировать широкий диапазон энергий вторичного пучка без ухудшения эффективности работы анализатора, Степень прохождения аксиальных электронов при различных смещениях по оси Z представлена на фиг.3 — 8, На фиг.3 — 5 показаны смещения источника по оси Z на

0;1; 3 мм. При этом степень прохождения. меняется в пределах 100 — 10 соответственно. На фиг.6 — 8 источник смещается на

-1; -2; -3 мм. При этом прохождение электронов изменяется соответственно в пределах 100 — 25%.

На фиг.9 — 14 представлена степень прохожденЪ я аксиальных электронов при различных смещениях от R,. На фиг.9 — 12 показано смещение источника на 0;1; 2;

3 мм. При этом прохождение электронов соответственно 100, 100, 50, 0 . На фиг,13 и 14 смещение проводилось в обратную сторону от 0 по оси R соответственно -1, -2 мм, Прохождение при этом уменьшается в два

5 раза, Слабая зависимость-отношения сигнал/шум от коэффициента торможения (в отличие от известного) показывает возможность существенного улучшения чувстви10 тельности и разрешающей способности.

Формула изобретения

Энергетический анализатор заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренйий

15 цилиндрические электроды с входной и выходной кольцевыми прорезями на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электроДа, экранирующий электрод, выполненный в виде конусообразной сетки и

20 размещенный соосно с цилиндрическими электродами, фокусирующую систему, расположенную во внутреннем цилиндрическом электроде между его боковой поверхностью и экранизирующим электро25 дом и выполненную в виде двух конусообразных секций, разделенных кольцевой прорезью, исследуемый образец и приемник заряженных частиц, диафрагму, расположенную перед приемником заряженных

30 частиц, а также источники питания, подключенные к электродам и фокусирующей системе, причем экранирующий электрод электрически соединен с держателем исследуемого образца, отл и ча ю щи йс я тем, 35 что, с целью одновременного повышения чувствительности и точности анализа, а также увеличения диапазона регулировки энергетического разрешения, конусообразные секции фокусирующей системы выпол40 иены электрически изолированными одна от другой, причем одна из секций электрически соединена с внутренним цилиндрическим электродом.

1597968

7968

Составитель К.Меньшиков

Техред M. Моргентал Корректор M,Ñàìáoðñêàÿ

Редактор И.Шулла

Заказ 3061 Тираж 403 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303,, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101