Энергоанализатор Советский патент 1986 года по МПК H01J49/44 

гИзобретение относится к анализу частиц по энергиям и может быть использовано в электронной технике, электронной и ионной спектроскопии.

Целью изобретения является повышение разрешения, энергоанализатора тормозящего типа за счет регулировки провисания потенциала между его .сетками,

На фиг. 1 приведена .функциональная схема анализатора; на фиг.2 - график распределения поте.нциала между тормозящей и компенсирзтощей сетками: а) без ускоряющего потенциала; б) с ускоряющим потенциалом на компенсирующей сетке; :в) ускоряющего потенциала.

Энергетический анализатор тормозящего и типа содержит входную сетку 1, тормозящую сетку 2, компенсирующую сетку 3, экранную сетку 4, выполняющута роль антидинатронной сетки, коллектор 5, расположенные параллельно друг за другом измеритель 6 тока коллектора 5 источник 7 тормозящего напряжения, соединенный с сетками 1 и 2, источник 8 питания, соединенный с экранной сеткой 4, источник 9 регулируемого постоянного напряжения, соединенный с сетками 2 и 3, Электроды анализатора размещаются в вакуумной камере 10, в ко- Topoi P перед сеткой 1 расположен источник П заряженных частиц.

Энергетический анализатор тормозящего типа работает следующим образом.

.Источник 11, находящийся в вакуумной камере 10., испускает поток заряженных частиц с разными энергиями. Частицы движутся по нормали в плоскости входной сетки 1 и, проходя ее, попадают в область торможения между сеткамт 1 и 2. Торможение осуществляется с помощью электрического поля, создаваемого источником 7 питания сеток 1 и 2.

Все частицы с энергиями, меньшими минимальной неразрешимой энергией ниин отражаются от тормозящей сетки 2. Частицы с энергиями, большими максимальной неразрешимой энергии, проходят через тормозящую 2 и компенсирующую 3 сетки и попал;ают в ускоряющее поле сетки 4, создаваемое 58 где г - источником 8 питания. .Ускоренные частицы попадают нэ коллектор 5, на вьжоде которого вызьшают электричес226555I

кий сигнал, пропорциональный по величине интенсивности потока частиц. Сигнал с коллектора 5 измеряется с помощью измерителя 6 тока. Линейно изменяя тормозягаее напряжение lJ на сетке 2 с помощью источника 7, можно измерителем 6 тока получить кривую задержки, производная .которой отражает энергетический спектр заря

® женных частиц в пучке: R --- ,

где е - заряд электрона.

Настройка анализатора на наилучшее разрешение производится регули 1 ровкой ускоряющего потенциала от источника 9 постоянного напряжения, П1 иложенного между сетками 2 и 3.

Уменьшение неразрешимого интервала энергий происходит вследствие

,д уг еньшения участка пути между сетками 2 и 3, на котором частицы движутся с энергиями Е PelJ, т.е. близкими к нулевым. При этом уменьшается рассеивающее воздействие различ„ Ш)1Х магнитных: и электрических полей. Разрешение „,(, из-за провисания потенциала между сетками 1 и 2 определяется разностью потенциалов UT т;ормозящей сетки к .мин в миним т е между сетками по оси ячей30

ки:

R

проВ

ellj ey npo6jflafi

eU,

40

(1)

Провисание потенциалов между сет- , ками можно определить как сумму провисания потенциалов двух параллельных аксиально расположенных диафрагм, находящихся под одним потенциалом. Для упрощения расчетов можно считать, что напряженность поля по обе стороны от соединенных сеток равна по величине и направлена в сторону сеток.

Провисание потенциала тормозящего поля в пространство между тормозящей и компенсирующей сетками по оси ячеек сетки можно определить с использованием формулы для одиночной диафрагмы с тсруглым отверстием

SO

UnP.e.,()

.( I2i ,,,,g , ,)

V U-г г и,.

и:: - -Л. -гг L lJu -

2. .

(2)

Ъ

1,г

эквивалентный радиус ячейки сетки;

расстояние между сетками и 2.

ки:

R

проВ

ellj ey npo6jflafi

eU,

,)

U-г г и,.

-Л. -гг L lJu -

2. .

(2)

-

эквивалентный радиус ячейки сетки;

расстояние между сетками и 2.

Начало координаты х расположено в плоскости тормозящей сетки. Ось х направлена в сторону компенсирующей сетки (фиг.2).

Провисание потенциала в пространство между сетками 2 и 3, создаваемое ускоряющим полем сетки 4, определяется выражением

и,р„в.« (х) и, - - ) г и ( ,g Ib...

зл

+ О,

где Ь,J - расстояние между сетками

2и. 3;

bjj - расстояние между сетками

3и 4.

Изменение потенциала по оси ячеек в пространстве сеток 2 и 3 определяется суммой потенциалов провисания

, «..Ь.Т ) ,ек () W)

Разброс пропускаемых через сетки 2 и 3 электронов определяется разностью потенциалов сетки U на оси

Ди(х) и, - и„(х). Если принять t ь

то

г IL , 1x1 1x1 -if ь г 8 г

(6)

Наименьшее значение ди, определяющее разброс по энергиям при симметричном провисании в сетках 2 и 3,

Ь.з

определяется из условия х

. 2

d Uj .-b 7 iJ: .

- - - (-- arctg.

(7)

где d - размер ячейки сетки.

Тогда разрешение анализатора из-за провисания потенциала равно

R .1 d . и b,j 12 IT

arctg -ь I). (8)

Если принять равным Ц 10 мм; 2 мм. d 0,1 мм, и 1000В,то

D 1 2 0,1 , 2 2

Т5 2 - oj.tg 571

+ 1) 4 (0,0004%). ()

Однако известно, что разрешение анализаторов тормозящего типа с компенсирующей сеткой составляет порядка О,%.

Исследования показьшают, что при ,1% для указанных геометрических размеров превалирующее влияние на разрешение оказьгеает рассеяние частиц с апертурного угла коллектора.

Из фиг.2а видно, что анализируе- мые частицы с энергиями Е 0,0001etJ при равенстве потенциалов тормозящей и ко:.пенсирующей сеток движутся на участке длиной 1.

Дня уменьшегшя рассеяния затормо- 20 женных частиц необходимо з еньшить участок 1 с медленным движением. Это достигается подачей ускоряющего напряжения на компенсирующую сетку.

Измейение потенциала по оси ячей- ки сетки относительно потенциала сетки равно

и.

г и

,х

30

,„(х).5--ь,,(,««Ш.

Ibi 3 - к| Ibi - х

- arctg + 2) +

+ ILx,

(10)

35 где V - ускоряюший потенциал компенсирующей сетки относительно тормозящей сетки. Из графика (фиг.2($-) видно, что расстояние, на котором движутся за- 40 торможенные анализируемые частицы с медленной скоростью, уменьшается до Ej при приложении ускоргпощего напряжения, При этом уменьшается рассеяние анализируемых частиц с 45 апертурного угла коллектора.

Приложением ускоряющего напряжения можно повысить разрешение анализатора, в частности, при влиянии поперечных магнитных полей по край- 50 ней мере на порядок.

Формула изобретения

Энергоанализатор, содержащий па- 55 раллельные входную, тормозящую, компенсирующую и экранную сетки, а также коллектор, последовательно размещенные в вакуумной камере вдоль ее

, блок измерения, соединенный с коллектором, а также источник тор молящего напряжения, соединенный с. тормозящей и компенсируготей сетками и источник напряжения, соёдинен- ньп С экранной сеткой, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешения, энергоанализатор

22Ь -,)д

дополнительно снабжен источником постоянного напряжения, подключенным ме.жлУ источником тормозящего напряжения и компенсирующей сеткой, при этом промежуток между тормозящей и компенсирующей сетками является ускоряющим для ионов.

Изобретение может быть использовано в электронной технике, электронной и ионной спектроскопии. Цель изобретения - повышение разрешения энергоанализатора тормозящего типа. Энергоанализатор содержит входную сетку I, тормозящую сетку 2, служащую для отражения частиц, энергия которых меньше минимальной неразрешимой энергии, компенсирующую сетку 3, экранную сетку 4, вьшолняющую роль антидинатронной сетки, измеритель 6 тока коллектора 5, источник 8 питания, источник 9 регулируемого постоянного напряжения. Электроды анализатора и источник 11 заряженных частиц размещены в вакуумной камере 10. Промежуток между тормозящей и компенсирующей сетками является ускоряющим для ионов. Приложением ускоряющего напряжения можно повысить разрещение анализатора, в частности при влиянии поперечных магнитных полей по крайней м.ере на порядок, 2 Ил. с S сл to ГчЭ О5 сл сл сл .1

,8 ММ

1т,0т

999,8

ЭВ9.6

599,ii

Составитель А.Нестерович Редактор А.Шандор Техред Н.БонкалоКорректорМ. Дам2142/53

Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул .Проектн,-... i,

Фмг,2

ЧИК