Способ регистрации картины дифракции медленных электронов и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H01J37/26 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для анализа структуры и контроля кинетики процессов на реальной поверхности монокристаллов твердых тел.

Для анализа структуры поверхности и явлений, протекающих на ней, широко используется метод дифракции медленных электронов.

Известны способ и устройство регистрации картины дифракции, включающие визуальное наблюдение и количественное измерение интенсивности рефлексов путем вращения вокруг оси системы формирования электронного пучка полусферического экрана с радиальной щелью, вдоль которой перемещается коллектор электронов 1.

Однако способ и устройство для регист.рации картины дифракции медленных электронов инерционны или сложны, или не позволяют одновременно регистрировать дифракционную и фон-овую интенсивности по отнощению к нулевой линии, а также контролировать перераспределение этих интенсивностей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации картины дифракции медленных электронов, включающий импульсное измерение суммарной интенсивности рефлекса и фона и интенсивности фона отраженных электронов за детектирующим отверстием при воздействии на исследуемый объект электронным пучком.

Устройство для регистрации способа регистрации картины дифракции медленных электронов содержит соосно установленные систему формирования первичного электронного пучка, объектодержатель и систему фор мирования дифракционной картины, включающую последовательно расположенные по ходу отраженного электронного потока первую и вторую сетки и люминесцентный экран с детектирующим отверстием 2.

Известный способ регистрации требует частой проверки и корректировки равенства интенсивности (тока) фона через отверстия и неизбежно включает ощибку при регистрации интенсивности картины дифракции медленных электронов в с прохождением электронных потоков по разным путям, например, через два отверстия и через две отпирающие сетки, имеющие практически отличающуюся пропускную способность. Корректировка интенсивности фона через отверстия требует повотора кристалла и, соответственно, дифракционной картины по азимуту, что так же приводит к ошибке из-за изменения угла наклона поверхности грани кристалла по отношению к направлениям на детектирующие отверстия. Кроме этого, ошибка измерения увеличивается в связи с неконтролируемой неоднородностью фона упруго отраженных электронов на люминесцентном экране и с регистрацией разных по интенсивности возможных сверхструктурных рефлексов.

Известное устройство для реализации этого способа требует высокой точности изготовления одинаковых детектирующих отверстий и монтажа двух сетчатых электродов, что в противном случае обуславливает дополнительную ошибку при регистрации.

Цель изобретения - повышение точности регистрации.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу регистрации картины дифракции медленных электронов, включающему импульсное измерение суммарной интенсивности рефлекса и фона и интенсивности фона отраженных электронов за детектирующим отверстием при воздействии на исследуемый объект электронным пучком, в процессе измерений отклоняют отраженный электронный поток в области указанного отверстия.

Отклонение отраженного электронного потока производят путем поочередного изменения направления отклоняющего поля.

В устройстве для регистрации картины дифракции медленных электронов, содержащем соосно установленные систему формирования первичного электронного пучка, объектодержатель и систему формирования дифракционной картины, включающую последовательно расположенные по ходу отраженного электронного потока первую и вторую сетки и люминесцентный экран с детектирующим отверстием, система формирования дифракционной картины снабжена прямолинейным и ориентированным в радиальном направлении отклоняющим электродом, установленным между сетками у периферии детектирующего отверстия.

На фиг. 1 показана схема устройства для регистрации картины дифракции; на фиг. 2 вид по ходу отраженного электронного потока; на фиг. 3 - диаграмма напряжения на отклоняющем электроде; на фиг. 4 - осциллограмма интенсивности отраженного электронного потока в относительных токовых единицах; на фиг. 5 - осциллограмма дефектообразования.

Устройство содержит систему 1 формирования первичного электронного пучка, объектодержатель 2, первую сетку 3 системы формирования дифрационной картины, вторую сетку 4, люминесцентный экран 5 с детектирующим отверстием 6, электронный умножитель 7, установленный за детектирую- щим отверстием, а также цилиндрический электрод 8. Между сетками 3 и 4 установлен отклоняющий электрод 9, вывод 10 которого соединен с выходом 11 регулируемого источника 12 питания отклоняющего электрода 9, который может быть выполнен (фиг.2) в виде прямолинейной полости или стержня и ориентирован в радиальном направлении от электронно-оптической оси. Источник 12 питания содержит механический (реле) или электронный ключ для переключения потенциала, последовательно подаваемого на отклоняющий электрод 9, например, относительно нейтрального по отношению к отраженным электронам уровня 13 (фиг. 3) - положительный 14 и отрицательный 15 уровни. Соответствующие этим уровням потенциала уровни интенсивности (фиг. 4); суммарной интенсивности - уровень 16, интенсивности фона - уровень 17 и нулевая линия 18. CnocoS реализуется следующим образом. Исследуемый образец, закрепленный в oбъeкfoдepжaтeлe 2, подвергается воздействию первичного электронного пучка, формируемого системой I. Упруго отраженные от поверхности образца электроны попадают в систему формирования дифракционной картины отображаемой на экране 5. Дифракционный рефлекс вводится в детектирующее отверстие 6. На отклоняющий электрод 9 подают периодическую последовательность импульсов (фиг. 3) напряжения, что позво ляет регистрировать электронным умножителем 7 соответствующую последовательность нулевой линии, интенсивности фона и суммарной интенсивности рефлекса и фона. Сравнение полученных сигналов позволяет выделить величину сигнала рефлекса дифракционной картины. Частота повторения подачи напряжения на отклоняющий электрод 9 определяется скоростью протекания процессов на поверхности образца. При этом расположение отклоняющего электрода 9 между сетками 3 и 4 определяется тем, что, с одной стороны, исключается его влияние на первичный пучок, а с другой стороны, выбиваемые с него вторичные электроны улавливаются второй (задерживающей) сеткой 4. Диаграмма тока отраженных электронов (фиг. 4) на электронный умножитель 7 отражает интенсивности рефлекса и фона упруго отраженных электронов в относительных единицах. При нейтральном потенциале (уровень 13) отмечается суммарный сигнал интенсивности фона и рефлекса (уровень 16), при положительном потенциале (уровень 14) отмечается интенсивность фона (уровень 17), и при отрицательном потенциале (уровень 15) отмечается нулевая линия 18. Для относительного измерения дифракционной и фоновой интенсивностей и их перераспределения в процессе какого-либо воздействия на поверхность образца используется осциллограф или электронно-вычислительная мащина, на вход которых через устройства сопряжения подаются соответствующие сигналы электронного умножителя 7. В качестве примера на фиг. 5 дана копия осциллограммы кинетики дефектообразования при ионной бомбардировке поверхности грани (П1) кремния положительными ионами натрия с энергие 1 кЭв. Кривые 19 и 20 для интенсивности рефлекса и интенсивности фона, соответственно, сливаются в одну кривую 21 для интенсивности фона при полной амортизации поверхности. Устройство значительно проще и компактнее в изготовлении по сравнению с известным при одновременном увеличении точности в связи с регистрацией интенсивностей фона и рефлекса одним измерительным трактом. Использование одного детектирующего отверстия и регистрация интенсивностей рефлекса и фона с помощью отклоняющего электрода значительно уменьшает (примерно в 10 раз) время подготовки и проведения эксперимента и при повышении уровня точности и достоверности регистрации одновременно повышает надежность и повторяемость получаемых данных. Применение изобретения в исследовании свойств поверхности, а также в контроле технологических процессов при изготовлении изделий электронной и вакуумной техники позволит выявить новые качественные и количественные параметры поверхности монокристаллов, таких как совершество на атомно-молекулярном уровне, контрастность границы пленка-подложка, определение относительной активности упорядоченных и дефективных участков при адсорбции, осаждении пленок и катализе, а также в исследовании дефектообразования при ионной бомбардировке с разделением типов дефектов, в исследовании процессов на поверхности, протекающих независимо на упорядоченных и дефектных участках.

U,B

Ф1Аг.г

1. Способ регистрации картины дифракции медленных электронов, включающий импульсное измерение су.ммарной интенсивности рефлекса и фона и интенсивности фона отраженных электронов за детектирующим отверстием при воздействии на исследуемый объект электронным пучком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регистрации, в процессе измерений отклоняют отраженный электронный поток в области указанного отверстия. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что отклонение отраженного электронного потока производят путем поочередного- изменения направления отклоняющего поля. 3.Устройство для регистрации картины дифракции медленных электронов, содержащее соосно установленные систему формирования первичного электронного пучка, объектодержатель и систему формирования дифрационной картины, включающую последовательно расположенные по ходу отрасз 3 женного электронного потока первую и вторую сетки и люминесцентный экран с детек(Л тирующим отверстием, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации, система формирования дифракционной картины снабжена прямолинейным и ориентированным в радиальном направлении отклоняющим электродом, установленным между сетками у периферии детектирующего отверстия. CD оо ю

I. отн. sd

I, отн. ед

,5