Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к электронной и ионной спектроскопии. Сущность изобретения: электростатический анализатор энергий заряженных частиц содержит электродную систему, состоящую из изолированных и имеющих общую ось внешнего цилиндра 1 и внутреннего цилиндра 2 с входной 3 и выходной 4 прорезями на боковой поверхности, первую диафрагму, вто- . рую диафрагму, ограничивающую апертуру, приемник 14 частиц. Между цилиндрами 1 и 2 размещены корректирующие кольца 5, 6, 7, 8. Использование двух пар корректирующих колец 5. 7 и 6,8, подача на них соответствующих потенциалов, выбор определенных геометрических размеров анализатора и размещение в точках фокусов двух кольцевых диафра гм позволяют получить два угла фокусировки второго порядка и соответственно повысить отношение сигнал/шум и чувствительность энергоанализа 1 табл. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s Н 01 J 49/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4848663/21 (22) 27!04.90 (46) 07.07.92, Бюл, N 25 (71) Научно-исследовательский технологический институт (72) В.А.Горелик,О.Д,Протопопов и А.А.Трубицын (53) 621.384(088.8) (56) Зашквара В,В., Кореунский М.И., Космачев О.С. Журнал технической физики, 1960, т.36, ¹ 1, с,132.

Горелик В.А., Пропопов О.Д.; Трубицин

А.А. Журнал технической физики. 1988, т. 58, .№ 8, c;1531 — 1534. (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к электронной и ионной спектроскопии. Сущность

SU „„1746428 А1

2 изобретения: электростатический анализатор энергий заряженных частиц содержит электродную систему. состоящую из изолированных и имеющих общую ось внешнего цилиндра 1 и внутреннего цилиндра 2 с входной 3 и выходной 4 прорезями на боковой поверхности, первую диафрдгму, втоpyio диафрагму, ограничивающую апертуру, приемник 14 частиц, Между цилиндрами 1 и

2 размещены корректирующие кольца 5, 6, 7, 8, Использование двух пар корректирующих колец 5, 7 и 6,8, подача на них соответствующих потенциалов, выбор определенных геометрических размеров анализатора и размещение в точках фокусов двух кольцевых диафрагм позволяют получить два угла фокусировки второго порядка и соответственно повысить отношение сигнал/шум и чувствительность энергоанализа. 1 табл. 4 ил.

1746428

Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров. заряженных частиц и может быть использовано, например, в электронной оже-спектроскопии при исследовании поверхности твердого тела, Известен энергетический анализатор заряженных частиц, обеспечивающий режим фокусировки 2-го порядка. Регистрация коллектором вторичных частиц с определенной кинетической энергией достигается размещением в точке фокуса либо дырочной, либо кольцеобразной диафрагмы и подачей на внешний цилиндрический электрод. соответствующего потенциала.

К недостаткам указанного устройства относится необходимость компенсации краевых эффектов при использовании цилиндрических электродов конечных размеров.

Во избежание этого с торцов анализатора располагают электроды с нанесенной резистивной пленкой переменной толщины, что позволяет компенсировать провисание потенциала йа краях устройства. . Однако нанесение резистивных покрытий — операция технологически трудоемкая.

К тому же, значительную сложность представляет попытка достичь аксиальной симметрии нанесенной пленки. К недостаткам указанного способа компенсации краевых искажений следует отнести также изменение параметров покрытия в процессе старения.

Наиболее близким к предлагаемому является электростатический анализатор энергий заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний цилиндр и внутренний цилиндр с входной и выходной прорезями на боковой поверхности, приемник частиц с размещенной перед ним диафрагмой и блок развертки, подключенный к внешнему цилиндру. Искажение поля вблизи краев электродов минимизируется за счет размещения между внутренним и внешним цилиндрами конусообразных и кольцеобразных корректирующих колец, изолированных от упомянутых электродов.

На корректирующие кольца через делитель подаются с блока развертки соответствующие потенциалы. В этом случае поле известного анализатора при существенном отличии от поля идеального цилиндрического конденсатора позволяет реализоавть режим фокусировки 2-го порядка.

Недостаток известного анализатора— невысокая чувствительность энергоанализа, что связано с наличием лишь одного центрального угла фокусировки (однократной фокусировки 2-ro порядка), что, в свою очередь, снижает отношение сигнал/шум.

Цель изобретения — повышение чувствительности энергоаналиэа за счет увеличе5 ния отношения сигнал/шум.

Указанная цель достигается тем, что электростатический анализатор энергий заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний цилиндр и внут10 ренний цилиндр с входной и выходной прорезями на боковой поверхности; расположенные между цилиндрами и изолированные от них конусообразные и кольцеобразные корректирующие электроды, 15 приемник частиц с размещенной перед ним, первой диафрагмой, блок развертки, подключенный к внешнему цилиндру и через делитель к корректирующим электродам, снабжен второй диафрагмой, размещенной

20 между выходной прорезью внутреннего цилиндра и первой диафрагмой и ограничивающей апертурой, размещенной между выходной прорезью внутреннего цилиндра и второй диафрагмой; причем радиус внеш25 него цилиндра составляет 2,25а, длина внешнего цилиндра 3,19а, длина внутреннего цилиндра 4,001а, расстояние от источника до внутреннего .цилиндра 0,808а, внутренний диаметр первых конусообраз30 ного и кольцеобразного электродов 2,32а, внешний диаметр упомянутых электродов

3,04а, внешний диаметр вторых конусообразного и кольцеобразного электродов

3,95а, расстояние от источника до первой

35 диафрагмы 5,148а, расстояние от источника до второй диафрагмы 5,121а, диаметр аервой диафрагмы 0,794а, диаметр второй диафрагмы 0,859а, расстояние от источника до апертуры 5,103а, осевая протяженность

40 апертуры 0,0032а, а радиус апертуры

0,4422а, где а — радиус внутреннего цилиндра.

На фиг.1 схематически изображен пред45 лагаемый анализатор; на фиг.2 представлены конечные участки траекторий частиц, прошедших поле анализатора (при наличии

Двух пар корректирующих колец); на фиг.3 представлены (штриховыми линиями) зави50 симости величин начальных энергий частиц, траектории которых проходят через точки 1 (координаты Z>, г1), 2 (координаты Ег, гг) от угла а. вылета из источника; на фиг.4 приведены зависимости диапазона входных уг55 лов Ьа от относительного разрешения P =.

= ЛЕ/ED 100 для предлагаемого анализа: тора (кривая 1) и для идеального цилиндрического зеркала, обеспечивающего один фокус 2-ro порядка (кривая 2), 1746428

В таблице приведены необходимые, размеры диафрагмы 1 и 1 (Ь1 иЛ г21 в функции от величины относительного разрешения R.

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц состоит из внешнего цилиндра 1, внутреннего цилиндра 2 с входной 3 и выходной 4 кольцевыми прорезями на боковой поверхности, корректирующих колец 5,6,7,8, размещенных между цилиндрами 1 и 2, первой кольцевой диафрагмы 9, второй кольцевой диафрагмы 10, ограничивающей апертуры 1-1, образованной ограничительными кольцами 12 и 13, приемника частиц 14.

Анализатор содержит также блок развертки 15, подключенный к внешнему цилиндру 1 и через делитель 16 — к корректирующим кольцам 5,6,7,8.

Анализатор работает следующим образом .

На внешний цилиндр 1 с блока 16 подается отклоняющий потенциал U относительно внутреннего цилиндра 2 с полярностью, совпадающей с полярностью анализируемых частиц. Внутренний цилиндр 2 заземляется. На корректирующие кольца 5 и 7 с делителя напряжения 16 подается потенциал 0,33 U, нэ корректирующие кольца 6 и 8 — 0,67 U.

Поток вторичных частиц, выбитых из образца 17„преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии, через входную прорезь 3 попадает в область анализирующего радиального поля между цилиндрами 1 и 2. Отклоненные полем заря- женные частицы выходят из анализирующего поля через выходную прорезь 4, проходят ограничивающую апертуру 1";, диафрагмы

10 и 9 и попадают в приемник 14 заряженных частиц.

Роль ограничивающей апертуры 11 сводится к следующему, При определенной ширине Лr1 диафрагмы 9 и Лг2 диафрагмы 10 можно определить зону пропускания энергоанализатора, которая представляет собой сложную область в координатах (Е, а), . расположенную между кривыми Е1 (а ) и

Е2 (a ). Ез(а ) и Е4 (а ), вычисленными для точек с координатами (Z1r1 — Лг1/2) и (Zzr1 + Ь г1/2), (Zzrz — Л rz/2) и (Zzrz+A г2/2) Таким образом, на приемник 14 попадают вторичные частицы, испущенные в двух.

20 . различных диапазонах углов, т.е. существуют два различных угла фокусировки 2-го по.рядка. Это обсулавливает повышение отношения сигнал/шума и, соответственно, чувствительности энергоанализа, Анализатора имеет полосовую функцию пропускания, т,е. на вход приемника 14 попадают лишь частицы с определенным интервалом энергий, Меняя напряжение, подаваемое на внешний цилиндр 1, можно получить весь энергетический спектр вторичных частиц, испущенных образцом 17. В регистрирующем устройстве (не показан), соединенном с приемником 14, энергетический спектр вторичных частиц анализируется по энергии, в результате чего выявляются энергетические пики заряженных частиц, по которым можно судить о химическом составе поверхности образца и ее структуре, .

40 При радиусе внутреннего цилиндра 2, равном единице, анализатор имел следующие геометрические размеры: радиус внеш. него цилиндра 2,25; длина внешнего цилиндра 3,19; длина внутреннего цилиндра 4,001; расстояние от источника (образца) до внутреннего цилиндра 0,808; внутренний диаметр первой пары корректирующих колец (расположенной ближе к внутреннему цилиндру) 2,32; внешний диаметр первой пары кооректирующих колец 3,04; внешний диаметр второй пары корректирующих колец 3,96; расстояние от источника до первой диафрагмы 5,148; расстояние от источника до второй диафрагмы 5,121; диаметр первой

55 диафрагмы 0,794; диаметр второй диафрагмы 0,859; расстояние от источника до ограничительной апертуры 5,103; осевая протяженность апертуры 0,0032; радиус апертурь1 0,4422, 5

15 соответственно. Повышение уровня сигнала

1 (Ео) Ла (Ep) в этом случае, по отношению к режиму однократной фокусировки, для заданного разрешения Л Е= Емвкс — Емин, как показывает анализ кривых 1 и 2, будет иметь место при ограничении диапазона наЧаЛЬНЫХ УГЛОВ а ПРЕДЕЛаМИ ан1 ае1М дЛя дИафраГМЫ 9 И ПрЕдЕЛЭМИ ан2 И ав2 для диафрагмы 10.

В целях этого в сечении электронного потока с наименьшим диаметром устанавливается дополнительная ограничивающая апертура 11, Уровень выходного сигнала тогда будет пропорционален величине

- Aa=(aв1 +aн1 )+(ав2 — aн2 }

1746428

Таким образом, предлагаемый анализатор за счет повышения кратности фокусировки позволяет получить более высокий уровень сигнала при заданном разрешении (в 1.5 — 2 раза больше, чем у прототипа, как 5 видно на фиг,4) и, соответственно, более высокое отношение сигнал/шум. В результате повышается чувствительность энергоанализа и, в конечном итоге, качество контроля изделий электронной технике в 10 процессе их изготовления. В этом и заключается технико-экономическая эффективность изобретения.

Формула изобретения

Электростатический анализатор энер- 15 гий заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний цилиндрический электрод и внутренний цилиндрический электрод с входной и выходной прорезями на боковой поверхности, 20 конусообразные корректирующие электроды, расположенные у ближайших к входной прорези торцов .цилиндрических электродов, кольцеобразные корректирующие электроды, расположенные у ближайших к 25 выходной прорези торцах цилиндрических электродов, причем конусообразные и кольцеобразные корректирующие электроды расположены на общей оси цилиндрических электродов и электрически изолированы 30 один от другого, кольцевую диафрагму и приемник частиц, а также блок развертки напряжения, электрически подключенный к внешнему цилиндрическому электроду, о тличающийся тем,что,сцелью 35 повышения чувствительности энергоанализа, анализатор снабжен второй кольцевой диафрагмой, расположенной в радиальной

1 плоскости, соосно с цилиндрическим электродами между выходной прорезью внутреннего цилиндрического электрода и первой диафрагмой,,а также дополнительной ограничивающей апертурой в виде кольцевой щели, образованной двумя цилиндрами с одинаковыми диаметрами, и расположенной соосно с цилиндрическими электродами между выходной прорезью. внутреннего цилиндрического электрода и второй кольцевой диафрагмой, причем радиус внешнего цилиндрического электрода составляет

2,25а, длина внешнего цилиндрического электрода. составляет 3,19а, длина внутреннего цилиндрического электрода 4;001а, расстояние по оси от электронно-оптиче- . ского источника до переднего торца внутреннего цилиндрического электрода 0.808а, внутренний диаметр первого конусообразного и первого кольцеобраэного корректирующих электродов,2,32а, внешний диаметр вышеупомянутых корректирующих электродов 3,04а, внешний диаметр второго конусообразного и второго кольцеобраэного корректирующих электродов 3.96а. осевое расстояние от электронно-оптического источника до первой кольцевой диафрагмы

5,14а, осевое расстояние от электронно-оптического источника до второй кольцевой диафрагмы 5,12а, внутренний диаметр первой кольцевой диафрагмы 0,794а, внутренний диаметр второй кольцевой диафрагмы .

0,859а, расстояние от электронно-оптического источника до ближайшего края ограничивающей апертуры 5,103а, осевая протяженность апертуры 0,0032а, радиус апертуры 0,4422а, где а — радиус внутреннего цилиндрического электрода.

1746428

4Ж7 Рог. 5 ро о,1ц о28 ЖО одВ к. %

%/я. Ф

Ф Составитель В.Горелик Редактор Л.Алексеенко Техред M,Moðãåíòàï Корректор Н.Король

Заказ 2398 Тираж Подписное

ВНИИПИ, Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская чаб., 4/5

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