Электростатический энергоанализатор-дифрактометр Советский патент 1983 года по МПК H01J49/48 

Изобретение относится к электронной спектроскопии поверхности твердого тела и может быть использовано при построении спектрометра для наблюдейия дифракций медленных электронов (ДМЭ) и высокочувствительного энергоаналиэа вторичных электронов. Известны электростатические энергоанализаторы, например,цилиндрическое зеркёшо, секторный сферический анализатор, в которых регистрация электронов .осуществляется в узкой энергетической полосе. Такие энергоанализаторы содержат электронную пуш ку и соответствующую систему электро дов, с помощью которых производится разделение электронов с относительно высокой чувствительностью В то же время энергоанализаторы полосового типа не прйспоОоблены для наблюдения ДМЭ и для выполнения функции дифрактометра используется отдельный прибор. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электростатический энергоанализйтордифрактометр, содержащий электронную пушку, сферическое зеркало, выполнен ное в виде двух сферических сетчатых электродов, и концентричный электродам экран-коллектор 2. Известное устройство обеспечивает как энергоанализ электронов в случае приложения к электродам задерживгиощей разности потенциалов, так и наблюд эние ДМЭ, на флуоресцирующем слое экрана-коллектора, однако оно имеет низкую чувствительность. Это связанр с тем, что в режиме задерживающего потенциала все электроны с энергией выие потенциального барьера достигают коллектора. При этом создаваемый ими дробовой шум велик и значительно ограничивает чувствительность энерго анализа. Кроме того, устройство не позволяет использовать для регистрации электронный умножитель, поскольку регистрируемый поток электронов распределен по всей площади экранаколлектора.Цель изобретения - повшиение чувствительности энергоаналиэа. Указанная цель достигается тем, что электростатический энергоанализа тор- дифрактометр, содержащий электронную пушку, сферическое зеркало, выполненное :В виде двух сферических сетчатых электродов, и концентричный электродам экран-коллектор, снаб жен дополнительным сфер1ическим зерка лом, установленным осесимметрично с основным зеркалом, и двумя перпендикулярными оси симметрии диафрагмами, из которых по ходу электронного пучка выполнена с кольцевым отверстием, а вторая - с круглым от-J верстием и размещена в плоскости фокуса дополнительного зеркеша. На чертеже показана схема предлагаемого устройства. На общей оси установлено ооновное сферическое зеркало, состоящее из двух сферических сетчатых электродов 1 и 2, за которыми установлен экран-коллектор 3, Электронная пушка располагается по оси устройства (центральная пушка 4) или занимает боковое положение (боковая пушка 5). Перпендикулярно оси размещается образец 6 на заданном расстоянии от электродов 1 и 2. Осесимметрично с основным зеркалом установлено дополнительное сферическое зеркало о электродами 7 и 8. Первая по ходу пучка диафрагма 9-имеет кольцевое отверстие, а вторая диафрагма 10 круглое отверстие и размещена в плоскости фокуса дополнительного зеркала. За второй диафрагмой 10 может быть установлен электронный умножитель 1Г.. Энергоанализатор-дифрактометр работает в двух режимах. Регистрация картины ДМЭ осуществляется аналогично прототипу. В этом случае дополнительное заркало отключается, образец 6 помещен в геометрическом центре основного эеркгша. Центральная электронная пушка 4 или боковая пушк-а 5 посылает на поверхность образца сколлимированный пучок первичных электронов с энергией 10-300 эВ. Вторичные ЭJJeктроны пролетают дрейфовое пространство между образцом 6 и электродом 1, тормозятся полем между электродами 1 и 2, которое пропускает на экран-коллектор 3 -электроны с энергией, , кой к энергии первичных электронов. Эти электроны, ускоренные между электродом 2 и э сран-коллектором 3, вызывают свечение флуоресцирующего слоя и формируют картину ДЮ на экране-коллекторе 3. В условиях энергоанализа вторичных электронов основное зеркало работает не как энергоанализатор с задерживающим полем, а как электростатическое зеркало, отражающее и коллимирующее пучок с энергией в узкой полосе. Парёшлельный оси симметрии отргикенный пучок проходит через первую кольцевую апертурную диафрагму 9, отражается от дополнительного зеркала, фокусируется на центральное отверстие второй диафрагмы 10 и попадает в электронный умножитель 11. в этом режиме работы необходимо образец б приблизить к электродам основного зеркала, а источником первичных электронов является электронная пушка 4. Вторичные электроны, эмиттируются областью поверхности образца, локализованной у оси симт

метрий, в полупространство 2Я от поверхности образца. В оптику основного зеркала попадает значительная часть этого потока электронов. Однако, поскольку коллимирование пучка В пространстве между зеркалами осуществляется при строго определенных соотношениях между кинетической энергией электронов/ отклоняющими потенциалами зеркал, р иусами электродов 1 и 7, углами входа осевой траектории в зеркала, то при заданной ширине кольцевой щели первой диафрагмы 9 через энергоанализатор пройдет пучок, ограниченный на входе.двумя коническими поверхностями ot±4flt GOnsi, с энергией электронов в узкой энергетичеекой полосе, что обеспечивает выигрыш в чувст- . вительности по Ьравяению с режимом порогового 11ильтрования электронного пучка задерживаюишм полем в случае прототипа.

В режиме энергоанализа величина смещения вдоль оси симметрии по направлению к электродам основного зеркёша зависит от выбора

угла оС и изменяется в интервале 0,75 - 0,90 радиуса электрода 1. Относительная дисперсия близка к единице, а коэффициенты квадратичной и кубической аберрацц( (угловая аберрация изображения в направлении оси симметрии) соответственно составляет 0,6 и 0,6.

Расчет электронно-оптических характеристик предлагаемого энергоана0лизатора показывает, что он не уступает цилиндрическому зеркалу, работанщему в режиме минимальной ширины изобргикения, а приДо(.5,5° по параметру разрешающей способности пре5восходит его. При этом известно, что цилиндрическое зеркало, как энергоанализатор, по чувствительности превосходит стандартную сферическую систему на два порядка.

Таким образом, добавление к стандартной сферической сеточной системе, широко используемой в ДМЭ, дополнительного сферического зеркала переводит систему иа полосовой режим 5 энергоанализа и позволяет повысить чувствительность на два порядка.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР- ДИФ-РАКТОМЕТР. содержащий электронную пушку, сферическое зеркало, выполненное в виде двух сферических сетчатых электродов, иконцентричный электродам экран-коллектор, отличающий с я тем, , что; с целью повышения чувствительности энергоанализа, он снабжен дополнительным сферическим зеркалом, установленным осесимметрично с основным зеркалом, и двумя перпендикулярными оси симметрии диафрагмами, из которых первая по ходу.электронного пучка выполнена с кольцевым отверстием, а вторая - с круглым отверстием и размещена в плоскости фокуса дополнительного зеркала. (Л О 4 СО СП