Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и внешний цилиндрические электроды; экранирующий электрод, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом, внутренние и внешние корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой входную и выходную кольцевые прорези (окна) для пролета вторичных электронов, исследуемый образец, встроенную электронную пушку для формирования сфокусированного потока первичных электронов, выходную дырочную диафрагму, приемник электронов, блок развертки потенциала внешнего цилиндрического электрода, делитель напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам, причем размещенные ближе к входному окну корректирующие кольца имеют коническую форму, а корректирующие кольца, размещенные ближе к выходному окну, являются дисками с отверстиями, при этом система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°. Технический результат - повышение энергетического разрешения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной электроники методом электронной оже-спектроскопии.

Для обнаружения заряженных частиц с характеристическими энергиями необходимо выделять частицы, находящиеся в узком интервале энергий ΔЕ, для чего используют устройства, называемые энергоанализаторами. Абсолютное ΔE и относительное R=ΔE/Eo энергетическое разрешение анализатора зеркального типа определяется величиной дисперсии (отклоняющей силы поля) и качеством угловой фокусировки потока анализируемых частиц, где E0 - энергия настройки анализатора. Качество фокусировки математически выражается порядком N фокусировки - количеством N нулевых слагаемых в разложении в ряд Тейлора координаты частицы в фокальной плоскости по начальному углу движения.

Одним из наиболее используемых в оже-спектроскопии энергоанализаторов является цилиндрический зеркальный анализатор (ЦЗА). В приближении бесконечно длинных цилиндров ЦЗА обеспечивает угловую фокусировку второго порядка (N=2) вблизи центрального угла 40° [1].

В реальных устройствах с цилиндрами конечных размеров применяют различные способы борьбы с краевыми искажениями электрического поля.

Известен цилиндрический зеркальный анализатор [2] с нанесенными концентрическими металлическими кольцами на изолирующих подложках, размещаемых между внутренним и внешним цилиндрическими электродами анализатора с обоих его торцов. Выравнивание краевого поля осуществляется подачей соответствующих потенциалов на металлические кольца через внутренний делитель напряжения, представляющий собой резистивную дорожку, напыленную по радиусу каждой подложки и имеющую омический контакт со всеми кольцами.

К недостаткам известного устройства относятся технологические сложности напыления концентрических колец с требуемой точностью и подгонки сопротивления резистивной дорожки, что является причиной ограничения предельно возможных (в случае идеального поля цилиндрического конденсатора) значений энергетического разрешения.

Наиболее близким к предлагаемому является электростатический энергоанализатор [3] типа цилиндрическое зеркало, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренний цилиндрические электроды, с выполненными во внутреннем цилиндрическом электроде и затянутыми мелкоструктурной металлической сеткой прорезями для пролета электронов, систему защиты от краевых эффектов, состоящую из изготовленных с высокой точностью чередующихся керамических и металлических корректирующих колец, приемник частиц на основе вторичного электронного умножителя с размещенной перед ним кольцевой или дырочной диафрагмой и блок развертки потенциала, подключенный к цилиндрическим электродам анализатора и через внешний делитель напряжения к металлическим корректирующим кольцам. Анализатор с тремя и более парами корректирующих колец обеспечивает угловую фокусировку второго порядка вблизи центрального угла 40°.

Регистрация коллектором вторичных частиц, возбужденных с поверхности исследуемого объекта первичными электронами и имеющих определенную кинетическую энергию, достигается размещением в точке фокуса кольцевой или дырочной диафрагмы и подачей на внешний цилиндрический электрод отклоняющего потенциала.

К недостаткам известного устройства относится невысокий второй порядок угловой фокусировки, что является ограничением снизу величины достигаемого энергетического разрешения R=ΔE/Eo, в частности, R~1.14% при светосиле (телесном угле сбора вторичных электронов) Ω/4π~7%.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в улучшении основного эксплуатационного параметра анализаторов - энергетического разрешения.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого анализатора.

Решение указанной задачи достигается тем, что электростатический энергоанализатор потока заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические электроды, экранирующий электрод 3, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом 1, внутренние 4 и внешние 5 корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов 1 и 2, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода 1 и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой входную 6 и выходную 7 кольцевые прорези (окна) для пролета потока вторичных электронов 8, исследуемый образец 9, встроенную электронную пушку 10 для формирования сфокусированного потока первичных электронов 11, выходную дырочную диафрагму 12, приемник электронов 13, блок развертки 14 потенциала Vb внешнего цилиндрического электрода 2; делитель 15 напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам 4 и 5, причем, размещенные ближе к входному окну 6 корректирующие кольца 4 и 5 имеют коническую форму с углом наклона, образующей конуса приблизительно 55°, а корректирующие кольца 4 и 5, размещенные ближе к выходному окну 7, являются дисками с отверстиями. При этом система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец 4 и 5 с потенциалами 0.33Vb на паре внутренних 4 и 0.67Vb на паре внешних 5 корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°, что позволяет приблизительно в 10 раз уменьшить величину апертуры выходной диафрагмы по сравнению со стандартным режимом фокусировки второго порядка и, тем самым, улучшить почти на порядок энергетическое разрешение R устройства без уменьшения его светосилы Ω/4π.

На фиг. 2 представлены функции пропускания по энергии (аппаратные функции) прототипа (а) и предлагаемого анализатора (б).

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 9 облучается потоком первичных электронов 11, в результате чего образец 9 испускает поток вторичных электронов 8, который преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии E0 между образцом 9 и внутренним цилиндрическим электродом 1 энергоанализатора, через входное окно 6 в цилиндрическом электроде 1, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, попадает в отклоняющее и фокусирующее электростатическое поле, созданное отрицательным потенциалом Vb на внешнем цилиндрическом электроде 2 и отрицательными потенциалами 0.33Vb на внутренних 4 и 0.67Vb на внешних 5 корректирующих кольцах. Электронный поток 8 отклоняется в направлении внутреннего цилиндрического электрода 1 и выходит через выходное окно 7, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, из области градиента электростатического поля. Сфокусированный поток электронов 8, имеющих энергию E0, проходит через дырочную диафрагму 12 и попадает на приемник 13 электронов.

Цилиндрический электрод 1 и экранирующий электрод 3 анализатора, а также образец 9 заземлены. Экранирующий электрод 3 играет роль электростатического и магнитного экрана.

Электростатический анализатор имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход приемника 13 электронов попадают вторичные электроны 8, энергия которых лежит в определенной полосе ΔE с центром в E0. Меняя отклоняющий потенциал Vb можно снять весь энергетический спектр электронов, испускаемых образцом 9.

В регистрирующем устройстве (не показано), соединенным с приемником, энергетический спектр анализируется по энергии, в результате чего выявляются энергетические пики оже-электронов, по которым можно судить об элементном составе поверхности образца.

При внешнем радиусе экранирующего электрода 3, равном 29 мм, длина устройства составляет 56 мм, радиус внутреннего цилиндрического электрода 1 составляет 10 мм, радиус внешнего цилиндрического электрода 2 составляет 25 мм, расстояние от электронной пушки до образца - 6 мм. Отношение потенциала Vb к энергии электронов Е0 примерно равно 1.43, внутренний радиус внутренних корректирующих колец 4 равен 12.27 мм, их внешний радиус - 15.5 мм, внутренний радиус внешних корректирующих колец 5 равен 16.5 мм, их внешний радиус - 21.54 мм, величина изолирующего промежутка между корректирующими кольцами 4 и 5, а также между внутренним цилиндрическим электродом 1 и внутренними 4 корректирующими кольцами и, в свою очередь, между внешним цилиндрическим электродом 2 и внешними 5 корректирующими кольцами составляет приблизительно 1 мм; причем, размещенные ближе к входному окну 6 корректирующие кольца 4 и 5 имеют коническую форму с углом наклона образующей конуса приблизительно 55°, а корректирующие кольца 4 и 5, размещенные ближе к выходному окну 7, являются дисками с отверстиями, радиус отверстия выходной диафрагмы 12-0.04 мм.

Анализатор обеспечивает угловую фокусировку четвертого порядка типа «ось-ось». При светосиле Ω/4π=7% энергетическое разрешение энергоанализатора R=0.1%, т.е. в десять раз лучше, чем у прототипа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зашквара В.В., Корсунский М.И., Космачев О.С. Фокусирующие свойства электростатического зеркала с цилиндрическим полем // ЖТФ. - 1966. - Т.36, вып.1. - С.132-138.

2. Рэндфроу, Фишбек. Влияние краевого поля на фокусировку электростатического анализатора типа цилиндрического зеркала // ПНИ. - 1975. - Т.46, №5. - С.17-132.

3. Энергетический анализатор для электронной оже-спектроскопии и спектроскопии обратнорассеянных ионов низких энергий / Волков С.С., Горелик В.А., Гутенко В.Т, Протопопов О.Д., Шувалова З.А., Трубицын А.А., Якушев Г.А. // ПТЭ. - 1988. - №5. - С.234.

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий коаксиально размещенные внутренний и внешний цилиндрические электроды, экранирующий электрод, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом, внутренние и внешние корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой, входную и выходную кольцевые прорези (окна) для пролета вторичных электронов, исследуемый образец, встроенную электронную пушку для формирования сфокусированного потока первичных электронов, выходную дырочную диафрагму, приемник электронов, блок развертки потенциала внешнего цилиндрического электрода, делитель напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам, причем размещенные ближе к входному окну корректирующие кольца имеют коническую форму, а корректирующие кольца, размещенные ближе к выходному окну, являются дисками с отверстиями, отличающийся тем, что система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической биохимии, а именно к определению количества пектиновых веществ в растительном сырье. .

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание. .

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. .

Изобретение относится к потенциометрическим методам анализа и контроля концентрации ионов в водных растворах и может быть использовано в химической, металлургической отраслях промышленности, в оптической химии и в практике научных исследований.

Изобретение относится к термохимическим (термокаталитическим) сигнализаторам метана, предназначенным для контроля довзрывных концентраций метана в воздухе. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах для измерения массовой концентрации или объемной доли влаги в водороде, водородосодержащих газах и кислороде.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области контроля параметров влажного пара, и может быть использовано для контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе парогенератора.

Изобретение относится к методам анализа физических и химических свойств биологических тканей и материалов биологического происхождения путем регистрации электрохимических параметров и математической обработки полученных данных и может быть использовано в пищевой промышленности для аналитического контроля (диагностики) и оценки показателей качества и безопасности продуктов питания и сырья для их изготовления, а также в медицине для диагностики различных заболеваний и оценки степени патологических изменений в тканях и органах.

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа

Изобретение относится к вольтамперометрическому анализу, а именно к способу удаления кислорода из фоновых растворов для вольтамперометрического анализа

Изобретение относится к тестовому датчику аналита, содержащему, по меньшей мере, две подложки, образующие емкость, причем емкость имеет основную область и, по меньшей мере, две, по существу, химически изолированные вторичные зоны анализа, причем основная область, по существу, разделяет эти, по меньшей мере, две, по существу, химически изолированные вторичные зоны анализа; по меньшей мере, один первый рабочий электрод, включающий в себя первый проводник и композицию реагента, размещенный в основной области; по меньшей мере, один первый противоэлектрод, включающий в себя второй проводник и, по меньшей мере, одно первое окислительно-восстановительное вещество, размещенный в первой вторичной зоне анализа; и, по меньшей мере, один второй противоэлектрод, включающий в себя третий проводник и, по меньшей мере, одно второе окислительно-восстановительное вещество, размещенный во второй вторичной зоне анализа, при этом рабочий электрод, первый противоэлектрод и второй противоэлектрод являются независимо адресуемыми

Изобретение относится к тестовому датчику аналита, содержащему, по меньшей мере, две подложки, образующие емкость, причем емкость имеет основную область и, по меньшей мере, две, по существу, химически изолированные вторичные зоны анализа, причем основная область, по существу, разделяет эти, по меньшей мере, две, по существу, химически изолированные вторичные зоны анализа; по меньшей мере, один первый рабочий электрод, включающий в себя первый проводник и композицию реагента, размещенный в основной области; по меньшей мере, один первый противоэлектрод, включающий в себя второй проводник и, по меньшей мере, одно первое окислительно-восстановительное вещество, размещенный в первой вторичной зоне анализа; и, по меньшей мере, один второй противоэлектрод, включающий в себя третий проводник и, по меньшей мере, одно второе окислительно-восстановительное вещество, размещенный во второй вторичной зоне анализа, при этом рабочий электрод, первый противоэлектрод и второй противоэлектрод являются независимо адресуемыми

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу объектов природного и техногенного происхождения методом инверсионной вольтамперометрии для определения ионов осмия на графитовом электроде, модифицированном золотом

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в гидрогеологии, изысканиях в случае анализа вод различного происхождения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для повышения достоверности измерений в кондуктометрии

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания ионов металлов для определения в питьевых и природных водах методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ)

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела

Наверх