Спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий Советский патент 1986 года по МПК H01J49/26 

1

Изобретение относится к устройствам для элементного анализа поверхности и может быть использовано в электронной технике, металловедении, каталитической химии, ядерной физике.

Целью изобретения является повьше ние энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов на основе электростатического анализатора типа цилиндрическое зеркало и соосной с ним ионной пуппси за счет регистрации вторичных ионов после пересечения их траекторий с, осью устройства.

На чертеже изображена функциональная схема спектрометра.

Спектрометр включает подвижный держ -тель 1 , на котором закреплен исследуемый образец 2, энергетический анализатор 3 типа цилиндрическое зеркало с внешним электродом 4 внутренним электродом 5, выходной диафрагмой 6 и коллектором 7, ионную пушку 8 с линзой 9 и отклоняющей системой 10, расположенными во внутреннем цилиндрическом электроде 5.

Диафрагма 6 расположена в фокальной Плоскости ионной пушки 8, являющейся одновременно фокальной плоскостью знергоанализатора.

Спектрометр содержит также источншс питания 11 ионной пушки, источник линейно изменяющегося напряжения 12, соединенный с электродами 4 и 5, анализатора 3, и измерительную схему 13, соединенную с коллектором 7.

Коллектор 7, в частности, может быть вьшолнен в виде кольцевого вторичного электронного умножителя на микроканальных пластинах (ВЭУ МКЛ).

: На чертеже изображены огибающие (Траектории первичного ионного цуч- ка и пучка обратно рассеянных ионов

Работа спектрометра заключается в следующем.

Первичный ионный пучок формируется ионной пушкой 8. Для максимального устранения попадания ионов на плоскость диафрагмы 6 ионный пучок фокусируется в отверстие диафрагмы 6, Затем расходящийся от диафрагмы 6 пучок линзой 9 фокусируется на поверхность исследуемого образца 2, а с помощью отклоняющей системы 10 пучок обратно рассеян плх ионов .

151442

направляется в фокальную область анализатора 3.

Необходимый участок поверхности образца 2 выставляется в фокус ана5 лизатора с помощью подвижного держателя 1 .

Сталкиваясь с атомами внешнего монослоя поьерхности образца 2, ионы первичного пучка в результате упру0 гого парного соударения рассеиваются в разные стороны. Рассеянные ионы, п1)ошедшие через входную щель во внутреннем цилиндре 5 анализатора 3 в пространство между электродами. 4

15 и 5, разделяются по энергиям. Ионы . с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят через выходную щель внутреннего

20 электрода 5 и фокусируются в отверстие выходной диафрагмы 6 анализатора 3.

Пройдя через отверстие диафрагмы 6, ионы, двигаясь в эквипотен-.25 циальном пространстве по прямолинейным траекториям, попадают на коллектор 7. Далее импульсы регистрируются с помощью измерительной схемы 13. Изменяя напряжение на электродах

30 4 и 5 анализатора 3 с помощью источника 12, измеряют интенсивность рассеянных ионов разных энергий,т.е. регистрируется энергетический спектр рассеянных ионов, по которому произ

водится идентификация масс атомов

поверхности, от которых рассеялись ионы.

Покажем, что встречные пучки ионов первичного пучка и обратно

рассеянных ионов в отверстии диафрагмы 6 не мешают друг другу.

Вероятность столкновения W рассеянного иона первичного пучка с ионом обратно рассеянного пучка определяется количеством rt; встречных первичных ионов, пролетевших через пересекаемую область пучка длиной В , сечением столкновения. & ионов и площадью S пучка

50

(О

Количество встречных первичных 55 электронов n-i можно определить по величине тока L пучка, длине Пересекаемого участка f и относительной скорости VQ ионов

от к

где С - заряд электрона.

Рассеянные ионы пересекают пучок . ионов в области отверстия диафрагмы 6 под углом о4 , равным для данного ипа анализатора оптимальному углу фокусировки 0 42 + Доб , где длб определяется шириной щели во внутреннем электроде 5.

При диаметре ионного пучка, равным диаметру J отверстия диафрагмы 6, рассеянные ионы пересекают пучок на расстояние 6 не более

Е d/co5 90-(oituot). (3)

.

Относительная скорость ионов определяется суммой встречных составляющих скорости Vji ионов первичного пучка и скорости V рассеянных ионов

Vo,,,co6o6 JS7 irS 5

.

12151444

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом показьшает, что при одинаковой светосиле энергетическое разрешение анализатора в 5 предлагаемом изобретении может быть обеспечено в 2 раза больше.

Кроме того, предлагаемое устройство в отличии от прототипа характеризуется возможностью использова- ния анализатора с фокусировкой типа

10

ось-кольцо с любым малым диаметром кольцевой диафрагмы, так как коллектор расположен после пересе- 1ения траекторий рассеянных ионов с первичньм пучком.

Расположение части оптической системы ионной пушки между выходной диафрагмой и исследуемым объектом позволяет повысить фокусировку ионного пучка более чем в 2 раза, а соответственно увеличить пространственное и энергетическое разрешение тоже не менее, чем в 2 раза.

25Ф.ормула изобрет.ения

с згчетом равенств (1-4) вероятность столкновения ионов равна

iA: . J

е V,

4

, 7 (o(.+

d;

0- ДОС

e-ir rf ,

I ( bci) 5

Если принять равньм i 2000 эВ; Е; 1000 эВ; d 42°;

10- «см- ; d l

мм,

то вероятность столкновения . Следовательно, токи первичных и обратно рассеянных ионов из-за рассеяния в области отверстия диафрагмы 6 уменьшаются на 10 %, т.е. на очень малую величину и не влияют на результаты измерений.

Спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий, содержащий подвижный держатель для исследуемого образца, ориентированные на держатель энергетический анализатор

30

5

0

5

типа цилиндрическое зеркало с выходной диафрагмой и с распслрженнын за ней кольцевым коллектором и со- осную с ним ионную пушку со сред- . ствами формирования ионного пучка, измерительную схему, подключенную к кольцевому коллектору, источник линейноизменяющегося напряжения, соединенньй с анализатором и измерительной схемой, и источник питания ионной пушки, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью по- вьшекия энергетического разрешения, выходная диафрагма анализато- :ра вьтолнена с отверстием на оси анализатора и установлена в выходной фокальной плоскости анализатора.

Составитель А.Нестерович Редактор А.Гулько Техред Л.МикешКорректор М.Демчик

Заказ 910/58 Тираж 644Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение позволяет проводить элементный анализ поверхности и может быть использовано, например, в электронной технике. Цель изобретения - повышение энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов. Первичный ионный пучок -ионной пушки 8 фокусируется диафрагмой 6 и линзой на поверхность исследуемого образца 2. Отклоняющая система 10 направляет пучок обратно рассеянных ионов в фокальную область анализатора 3. В пространстве между электродами 4 и 5 рассеянные ионы разделяют по энергиям. Ионы с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят выходную щель электрода 5, фокусируются диафрагмой 6 и попадают на коллектор 7. Импульсы регистрируются измерительной схемой 13, Измерение интенсивности рассеянных ионов различных энергий осуществляют изменением напряжения на электродах 4 и, 5 источником 12. Вероятность столкновения VV рассеянного иона .первичного пучка с ионом обратно рас- сеянного пучка определяется количеством П; встречных первичных ионов, пролетевших через пересекаемую область пучка длиной С , сечением столкновения ионов и и площадью 5 пучка W . и составляет W я 10 , Т.е. практически не влияет на результаты измерений. I ил. (Л fie