Энергоанализатор заряженных частиц Советский патент 1986 года по МПК H01J49/48 

Изобретение относится к анализу потоков заряженных частиц по энергиям в статических электрических полях и может быть использовано при создании светосильных энергоанализаторов заряженных частиц, предназначенных для работы в устройствах ОЖЕ-спектроскопии, вторично-ионной и лазерной масс-спектрометрии.

Цель изобретения - увеличение светосилы и разрешения энергоанализатора заряженных частиц.

Энергоанализатор заряженных частиц выполнен из осесимметричной электродной системы, включающей два соосных од- нополостных гиперболоидов вращения с уравнениями поверхностей

1972-

г . 1а; -г i- ,

2 .-2

,

«г

+ 2Z2,

где Га.1 и Гаа - ваименьнше расстояния от внешнего и внутреннего кольцевых электродов до центра системы соответственно.

Наличие квадратичного распределения потенциала по всем трем координатам позволяет в статическом электрическом поле получить высокие удельные значения дисперсии по энергиям. Это позволит создать на такой электродной системе эффективный энергоанализатор заряженных частиц.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый энергоанализатор; на фиг. 2 -- его зависимости эффективности Q от величины геометрического фактора YO для нескольких условий ввода в него частиц; па фиг. 3 - расчитанные зависимости, показывающие преимущества предлагаемого анализатора по сравнению с известным.

Энергоанализатор содержит внешний и внутренний электроды и 2 гипербо; оид- ной электродной системы, представляющие собой соосные однополостные гиперболоиды вращения. Гео.метрия электродной системы может характеризоваться величиной геометрического фактора УО , 1 ДС fc и Га - наименьшие расстоян °я от внеш- него и внутреннего кольцевых электродов до центра системы соответственно. Для ввода и вывода заряженных частиц во внутреннем кольцевом электроде выполнены соосные кольцевые щели 3 и 4 соответственно. Выходная щель 4 является селектирующей.

Величина селектирующей щели составляет 0,005-0,02 величины характерного размера электродной системы г и их влиянием на распределение потенциала пренебречь. Величина щели для ввода частиц примерно на (Юрядок больше. Для устранения влияния этой щели она закрывается мелкоструктурной сеткой высокой прозрачности.

На фиг. 1 отверстия показаны схематично, ширины щелей значительно меньще.

Точечный источник 5 заряженных частиц расположен на оси симметрии системы и удален от ее центра па величину Z.

Кривые 1 и 2 (фиг. 2) соответствуют и ,4 для одного значения 2t 0,5&1з. Сравнить различные типы энергоанализаторов (фиг. 3) можно на основе зависимостей разрещения Raj от светосилы Sli - При этом, чем правее расположена эта зависимость, тем более лучшими параметрами обладает энергоанализатор. Кривая 1 1ФИГ. 3) соответствует параметра.м известного эпергоанализатора па трехэлект- родной гиперболоидной системе, кривая 2 - параметрам предлагаемого устройства.

Энергоанализатор работает следующим образом.

Частицы из точечного источника 5, рас- иределе1П1ые по закону косинуса, влетают в ноле злектроаиализатора через входную 3 па внутренпем кольцевом электроде. Потепцкал впутреннего электрода может быть равен пулю, знак потенциала внегнне- i;o электрода UA,. совпадает со зпаком ана- :п1зпруемых частнп. При определенных на- чальны.х условиях ввода частиц зависимость выходной координаты Гвых от тла ввода может иметь экстремум или точку перегиба, в которых выполняются условия

а гвых а а.

- . О

ИЛИ

О Паыг

.0 ,

rjL.

О ЛБЬК

осуществляется прострапстиенпая фокусировка nepBoi O и,ли. второго порядков. Положение селектирующей 1цели 4 на выходном торцовом электроде соответствует условию получения пространственной фокусировки. Величина этой щели S определяет для данных начальных ус;1овпй ввода разре- щение и светосилу энергоанализатора. При это.м светосилу энергоанализатора опре.че- ляют как

5 ЛоС-sin обои-ЮО /о.

где - угол, соответствующий условию получения пространствеипой фокусировки первого или второго порядков;

А - нолураствор входных . Ра:1решение энергоанализатора определяется но ширине расчитываемой аппаратной функции на полувысоте. Энер1 ия час- тип IJioH, проп1едших энергоанализатор, связана с величиной напряжения UEIна управляющем электроде расчетным энергетическим коэффициентом Р

°-. Пос- Uni

ледипй связан с общепринятым в технике разделения заряженных частиц коэффициентом связи как KCB Р.

Расчет параметров предлагаемого эыер- гоапалпзатора показа;, что достаточно хо- роию пыпслняю.тся соотпошения В .- - JLR.-Ib2tJL J- :

)(T,2i,Y,)VS

где и ои - некоторые постоянные для данного набора начальных условий ввода Р, Zi, у, величины. Величина Q R не зависит от ширины селектирующей щели и может выступать в качестве параметра эффективности работ гипербо- лоидного энергоанализатора. Для заданной из конструктивных соображений величины удаленности точечного источника Z; подбором величин Р и Yo можно подобразрещения по энергиям до 200 при светосиле системы до (фиг. 3), что значительно лучше, чем у известных энергоанализаторов.

Предлагаемый энергоанализатор но сравнению с известным обладает высокой эффективностью и позволяет повысить светосилу в три раза при разрешении по энергиям 100 имеет свободную приосевую область, что позволяет оптимально разме15

кия, существенно облегчая конструирование устройства.

Формула изобретения

рать оптимальные -параметры энергоанали- 10 щать и юстировать держатель исследуемого затора. Кроме того, величина Уо может из-образца и источник зондирующего излучеменяться в широких пределах без существенного ухудшения параметра эффективности энергоанализатора (фиг. 2). Это позволяет за счет свободной приосевой области иметь открытый доступ к источнику заряженных частиц, позволяет оптимально размещать держатель образца иЭнергоанализатор заряженных частиц, источник зондирующего излучения (элект- содержащий осесимметричную электродную ронную, ионную пущку, систему ввода ла- систему, отличающийся тем, что, с целью зерного излучения) облегчает их взаимную 20 увеличения разрешения по энергиям и све- юстировку. Проведенные расчеты предла- тосилы, электродная система выполнена в

виде двух соосных однополостных гиперболоидов вращения.

гаемого энергоанализатора показали, что возможно получение с его помощью

G

1

2 WOO

8,

0.5

50Q

-3

WOl

10

1-/ r/Zi -0.5

,.5

3-P l2i -2

IZi -J

O.I

кия, существенно облегчая конструирование устройства.

щать и юстировать держатель исследуемого образца и источник зондирующего излучеЭнергоанализатор заряженных частиц, одержащий осесимметричную электродную истему, отличающийся тем, что, с целью величения разрешения по энергиям и све- осилы, электродная система выполнена в

Формула изобретения

Энергоанализатор заряженны содержащий осесимметричную эл систему, отличающийся тем, что увеличения разрешения по энерги тосилы, электродная система вы

ви ло

8,

0.5

50Q

т

т

20Q

wo

0

0,1

0,2 0,3 О.Ч- Jc

.2Фи.

Составитель Н. Катинова

Техред И. ВересКорректор А. Обруч

Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Рогулич Заказ 4008/46

2 ч 6 8 W 12 52,%

Изобретение относится к анализу потока заряженных частиц по энергиям в статических электрических полях. Цель изобретения - увеличение разрешения по энергиям и светосилы, энергоанализатора. Частицы из источника 5 через щель 3 влетают в поле энергоанализатора. Осесим.мет- ричные электроды 1 и 2 выполнены в виде соосных однополостных гиперболоидов вращения. Это позволяет повысить светосилу в 3 раза при разрешении по энергиям 100. Кроме того, энергоанализатор имеет свободную приосевую область, что позволяет оптимально размещать и юстировать держатель исследуемого образца и источник зондирующего излучения, чем существенно об.тегчается конструирование устройства. 3 ил. (Л tc 4i а 4