Электростатический осесимметричный энергоанализатор Советский патент 1984 года по МПК H01J49/46 

Изобретение относится к спектроскопии заряженных частиц, в частности растровой электронной Оже-спектроскопии и масс-спектрометрии. Известен энергоанализатор с тормо зящим электростатическим полем, содержащий две пластины, между которыми создается разность потенциалов, причем в одной из пластин имеется отверстие для прохождения пучка. Энергетический спектр пучка определяют после обработки результатов измерения тока на другую пластину при различных значениях разности потенциалов 1. Недостатками такого анализатора являются наличие вторичных электронов, малая точность из-за искажения поля на краях отверстия, а также наличие контактной разности потенциалов, искажающих результат измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цилиндрическое зеркало с источником эмиттированных частиц и коллектором, расположенными на одной оси (оси сим метрии прибора), содержащее цилиндри ческий конденсатор, во внутренней об кладке которого про1резаны две кольце вые щели для ввода и вывода частиц. Эмиссия частиц из источника происходит под действием различного вида об лучателей ; ультрафиолетового, рентгеновского, лазерного излучений, ион ных и электронных потоков и т.д. Использование фокусировки второго по рядка (достигается оптимум по светосиле в режиме фокусировки ось - ось) обеспечивается в цилиндрическом зеркале при углах влета в него g 42°20 (относительно оси системы). Это требование влечет за собой принципиальные ограничения на использование цилиндрического зеркала. Образец вынужденно располагается вблизи входа в анализатор, что затрудняет манипуляции с ними. В частности, внешнее облучение из-за этого производится почти по касательной к образцу, т.е. под большими угламиj3) 85 , что резко снижает интенсивность входного сигна ла, так как используется далекий от оптимального участок углового распре деления эмиттированных частиц. Кроме того, этот жестко фиксированный угол 80-85 не является оптимальным для различных видов облучения. Распо ложение вблизи анализатора особенно 1 40 температурах неприемлемо при высоких образца. Принципиально ограничен размер сканируемой площади образца, исследуемЬй без снижения разрешающей способности. В растровых Оже-спектрометрах с цилиндрическим зеркалом (ЛАС-2000,РН 1-500) эта площадь сое-тавляет 0,2x0,2 мм. В приборе подобного класса (09ИОС-3) она также достигает размера 0,2x0,2 мм. Увеличение этой площади даже на несколько процентов с целью расширения информативности прибора затруднено. Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей энергоанализатора путем расширения диапазона измерений. , Поставленная цель достигается тем. что в электростатическом осесимметричном энергоанализаторе, состоящем из источника заряженных частиц, полеобразующих электродов в форме цилиндрического зеркала с кольцевыми входной и. выходной щелями на внутрен нем цилиндре и коллектора частиц, на входе цилиндрического зеркала расположен электростатический сферический конденсатор, на внешней обкладке которого размещены входная и выходная кольцевые концентрические щели, причем выходная щель совмещена с входной кольцевой щелью цилиндрического зеркала. На чертеже представлена схема энергоанализатора с малогабаритным входным сферическим конденсатором. Энергоанализатор содержит источник 1 заряженных частиц, облучатель 2, сферический конденсатор 3, расположенный на входе цилиндрического зеркала 3, за которым установлен коллектор 5, и растровую пушку 6 которая используется вместо облучателей 2. Устройство работает следующим образом. Заряженные частицы эмиттируются источником 1, расположенным на оси Z. под воздействием внешних облучателей 2. Пройдя через входную щель сферического конденсатора 3, пучок частиц фокусируется на кольцевой щели, прорезанной во внутреннемэлектроде цилиндрического зеркала. Выходная щель 8 сферического конденсатора и входная щель 7 цилиндрического зеркала совмещены. Зеркало, работающее

3.1

в режиме фокусировки кольцо - ось, осуществляет фокусировку второго порядка частиц на ось симметрии Z, где находится коллектор 5. Во внутреннем цилиндре прорезана щель 9, через которую частицы выходят из зеркала, внутри которого также расположена растровая пушка 6. Условия фокусировки второго порядка пучка на входную щель цилиндрического зеркала и необходимость обеспечения оптимального угла ввода пучка в режиме кольцо ось (38,83°) дают три уравнения, содержащие три параметра: удаление источника от центра сферического конденсатора h, угол вылета частиц из источника Ы и энергию частиц W, выраженную в долях разности потенциалов сферического конденсатора.

Решение численными методами трех указанных выше уравнений дает слецукщие значения параметров: , , W«1,2. Поскольку безразмерная энергия пучка вьфажена через параметры сферического конденсатора, необходимо зафиксировать радиус внутренней обкладки. При соотношении радиусов сферического конденсатора формула для безразмерной энергии принимает вид

ё4 и7Г2,

где Uj и и - потенциалы внутренней и внешней обкладок соответственно;е - заряд частицы; . - начальная кинетическад энергия частиц, вылетающих из источника. Приведенный набор параметров обеспечивает попадание в анализатор час124АО4.

тиц, вылетевших из источника под углом 1( к оси. При отклонении параметров Ь,Ы, W от указанных оптимальных значений угол влета частиц в цилиндрическое зеркало откло+няется от оптимального угла 38,83, а место фокусировки пучка не совпадает с входной щелью цилиндрического зеркала.

Таким образом, предложенный малогабаритный сферический конденсатор работает как электронно-оптическая линза, обеспечивающая угловое увеличение ,24 и линейное увеличение ,31. Так как , то исследуемая площадь поверхности источника без снижения разрешающей способности в растровом, режиме работы увеличивается в ,5 раз, т.е. почти на порядок, что является весьма выигрышным по сравнению с известньш устройством. Крометого, удаление источника от анализатора h позволяет значительно свободнее манипулировать образцом и вспомогательными устройствами, уменьшать угол облучения J более чем в два раза, доведя его до величины 35°. Это удаление позволяет также избежать нежелательных эф ктов (теплопередача, прямое попадание вторичных частиц) при работе с высокотемпературными источниками. Более того, сферический конденсатор сам обладает дисперсионными свойствами и вносит вклад в общую дисперсию анализатора, что приводит к увеличению разрешанхцей способности предлагаемого устройства по сравненшо с цилиндрическим зеркалом не менее чем на tO%.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР, содержащий источник заряженных частиц, полеобразукяцие электроды в форме цилиндрического зеркала с кольцевыми входной и выходной щелями На внутреннем цилиндре и коллектор частиц, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности и расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения, на входе цюгандрического зеркала расположен электростатический сферический конденсатор, на внешней обкладке которого размещены входная и выходная кольцевые концентрические щели, причем выходная щель совмещена с входной кольцевой щелью цилиндрического зеркала.