Электростатический энергоанализатор заряженных частиц Советский патент 1986 года по МПК H01J49/48 

2. Энергоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что он содержит несколько идентичных пар электродов, расположенных на равньпс расстояниях от источника и приемника частиц, при этом все первые электроды в виде двугранных углов соединены между собой и так же соединены вторые, и вьшолняется условие

2 К 2 п,

где К - число идентичных пар электродов.

275587

3. Энергоанализатор по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что пара электродов выполнена в виде двух соосных правильных треугольных призм, причем внутренняя призма повернута относительно внешней на угол (Г /3.

4. Энергоанализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что пара электродов вьтолнена в виде двух правильных четырехугольных призм, причем внутренняя призма повернута относительно внешней на угол /4.

1. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ЭАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий пару электродов, первый из которых выполнен в виде двугранного угла, равного f/n, где. п - целое положительное число, а второй расположен симметрично относительно плоскости, проходяшей через ребро дву- гранного угла и делящей его пополам, а также источник и приемник пучка заряженных частиц, расположенные с внешней стороны второго электрода симметрично относительно плоскости, проходящей через его середину перпендикулярно ребру двугранного угла, отличающийся тем, что, ;с целью увеличения дисперсии, светосилы и упрощения конструкции, второй электрод выполнен плоским или в виде 1/2 п части цилиндрической поверхности, расположенной вогнутостью в сторону ребра двугранного угла, при этом выполняется условие 64, 51,8° (Л 2 6 h 12, где 9 - угол между оптической осью источиика заряженных частиц и проДольной осью анализатора (град). ю сд D1 00 Nj

I

Изобретение относится к технике спектрометрии элементарных частиц и может быть использовано при разработке энергоаналиэаторов с высокой разрешающей способностью к светосилой.

Целью изобретения является увеличение дисперсии, светосилы и упрощение конструкции путем увеличения угла ввода частиц относительно продольной оси анализатора за счетоослабления роста напряженности отклоняющего поля в плоскости дисперсии и увеличения телесного угла выходящих из источника частиц, проходящих через анализатор.

На фиг. 1 дана схема расположения узлов одной ячейки анализатора и ход траекторий частиц; на фиг. 2 и 3 формы электродов в плоскости, перпендикулярной оси анализатора, варианты; на фиг. 4 - ход траекторий частиц в одной .ячейке; на фиг. 5 - анализатор из нескольких , вариант; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 и 8 - то же, вариант; на фиг. 9 - анализатор из нескольких ячеек, вариант; на фиг. 10 - разрез Б-Б на фиг. 9; на фиг. 11 - анализатор из нескольких ячеек, вариант; на фиг. 12 - разрез В-В «а фиг. П.

Анализатор содержит источник I заряженных частиц, электроды 2 и 3, формирующие электростатическое поле, источник 4 постоянного напряжения и приемник 5 заряженных частиц.

Устройство работает следующим образом.

Из источника 1 выходит пучок заряженных частиц, который через отвер стия в электроде 3 попадает в электростатическое тормозящее поле, образованное в пространстве между электродами 2 и 3. При таком впуске и определенных условиях связи между углом, входа в поле центральной траектории, разностью потенциалов между

электродами и энергией частиц траектория пучка является зеркально симметричной относительно плоскости, проходящей через точку его поворота. Частицы с одинаковой энергией, сфокусированные по углу раствора пучка относительно центральной траектории, вых:одят из поля через другие отверстия в электроде 3 и попадают в приемник 5, расположенный симметрично

источникуОтносительно указанной плоскости.

Выполнение второго электрода плоским или вогнутым, т.е. в виде 1/2 п части цилиндрической поверхности, расположенной вогнутостью в сторону ребра двугранного угла, приводит к иному, чем у известного устройства, закону изменения тормозящего электрост тического поля. Так в плоскости

дисперсии анализатора напряженность поля равна

h(1)

g И-(х/ Р

В перпендикулярной ей плоскости (вертикальной) имеем 4n у . n- n-i n+pe/arL 7g 1 + ( где V - разность потенциала между электродами; g - расстояние по нормали от ребра двугранного угла.до второго электрода. Из формулы видно, что предлагаемо поле несколько слабее линейного (), квадратичного () или кубического () полей. Это означает, что для достижения такой же, как у известного устройства степени пространственной фокусировки (одновременной фокусировки в плоскости дисперсии и вертикальной плоскости), надо вводить пучок заряженных частиц в указанные поля под .большими, чем у известного устройства угла1)и. С ростом угла входа в поле в дисперсия по энергии растет в соответствии с формулой 1 2 cos9 где D - линейная дисперсия по энергии;L - расстояние между источником и приемником заряженных частиц. Кроме того, изготовить плоский шш вогнутый электрод значительно проще, чем лГоверхность п порядка. Увеличение светосилы электростатического энергоанализатора происходит вследствие того, что его поле имеет (2-2п)-кратную симметрию относительно продольной оси анализатора. Такое поле образуется за счет расположения К идентичных анализаторов с электродом в виде двугранного угла на равных расстояниях от источника и приемника заряженных частиц. Все одинаковые электроды соединены между собой, т.е. первые и вторые электроды могут быть выполнены в виде единого целого, поэтому необходимо лишь одно питающее напряжение. Существенным упрощением конструкции предлагаемого электростатическог энергоанализатора является его выпол нение в виде двух соосных правильных треугольных или четьфехугольных призм При этом для создания требуемого по-г ля (1) и (2) с внутреннюю треугольнзгю призму следует повернуть от874носительно внешней на угол iJ /3, а для создания поля с внутреннюю четырехугольную призму следует повернуть относительно внешней на угол Электростатическое поле предлагаемого энергоанализатора отличается от всех известных (1) и (2) за счет выполнения первого электрода в виде двугранного угла, а второго - плоским или вогнутым. Ноле такого ана- лизатора обеспечивает достижение положительного эффекта - увеличение дисперсии по энергии при сохранении фокусйрующих свойств и увеличение светосилы за счет заявляемого строго определенного расположения электродов. При этом в конструктивном отношении предлагаемый анализатор значительно проще известного и не сложнее таких широко распространенньпс анализаторов как плоский и цилиндрический. Для достижения фокусировки по углу первого порядка в плоскости дисперсии следует располагать источник (приемник) заряженных частиц на расстоянии h от плоского (цилиндрического) электрода, равном где Zj( - расстояние между входом в поле и выходом из него центральной траектории пзгчка 4 Рн --угг arctg Хд cos 0 cos у к (п-1)-(п+1 )х 7 п 7 п - H arctg X -arctg х.„; х 1 + х ср . .. (5) + X - - arctg Xg-sinQcosy, де -ускоряющий потенциал; х - координаты плоского элекп+1рода (для цилиндрического электрода , п Г, 9(sin& cosy ) L . tс. rctg 1 krctgx je) де X - - координата точки поворота ентральной траектории пучка; у гол раствора пучка в вертикальной лоскости. Все линейные размеры выажены в единицах g, Дпя получения фокусировки второго орядка в плоскости дисперсии следу9Ь . If. ет удовлетворить условию - О (6) которое, как и условие (4,), бьшо по-: лучено в вида квадратур. Чтобы определить условия простран.ственной фокусировки, т.е. наряду с условиями (А) и (6) получить фокусировку по углу у в вертикальной плоскости, следует решить систему дифференциальных уравнений для траектории заряженных частиц в поле с напряженностью ( ) и (2) Г arctg X -arctg x - W cosS cosy arctg Xj л :. i- n V n-l-(n-H) 2 g9arctgxS (cos6cosy)M1+x f Ha ЭВМ проведены расчеты электронно-оптических параметров предлагаемого энергоанализатора в широком диапазоне изменения величины двугранного угла от f/Z до .12 для плоской и цилиндрической форм второго электрода (таблица). Для сравнения в таблице приведены аналогичные параметры для известного устройства, а также наиболее часто используемого на практике - цилиндрического зеркала. Все параметры рассчитывались для Цилиндрическое зеркалоДвугранный угол и I сложная форма электрода 1Г/20,870 (известный) ir/41,035 1Г/20,901 Двугранный угол и /40,951 плоский электрод «/121,005 lt/20,9350,7651 оптимального режима работы, т.е. режима с пространственной фокусировкой при фокусировке второго порядка в плоскости дисперсии (за исключением цилиндрического зеркала, у которого отсутствует вертикальная фокусировка). Таким образом, предлагаемый электростатический энергоанализатор позволяет увеличить относительную дисперсию по энергии в 1,4-2 раза по сравнению с известным устройством и в 2-2,7 раза по сравнению с одним из лучпшх анализаторов - цилиндрическим зеркалом. При этом конструкция предлагаемого устройства значительно проще, а светосила в 2-8 раз выше (в зависимости от количества двугранных углов -в устройстве), чем у известного устройства. Предлагаемый электростатический энергоанализатор может быть использован для анализа энергетического спектра заряженных частиц при исследовании элементного и химического с.остава материалов в эмиссионной и СВЧ-электронике, электронной спектроскопии, растровой электронной микроскопии, при изучении элементарных процессов в физике атомных столкнотвений, в космических исследованиях и т.д.

Фиг. 2

фиг.З Фиг.