Дефлекторный энергетический анализатор Советский патент 1988 года по МПК H01J49/46 

taeA

00

сл

14

Изобретение относится к устройствам для анализа заряженных частиц по энергиям и может быть использовано в электронных и ионных спектромет- pax.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора путем уменьшения секторного угла, занимаемого анализатором, и повышения симметричности его конструкции относительно направления регистрируемого потока частиц.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Анализатор содержит два средних секторных цилиндрических коаксиально расположенных электрода I и 2 с углом сектора не более /2 63 49 , две пары цилиндрических коаксиальных электродов 3 - 6 с радиусами, равными радиусам электродов 1 и 2, имею-, щих секторный угол не более 3 54 и расположенных по торцам электродов 1 и 2, входную 7 и выход- ную 8 диафрагмы, расположенные параллельно друг другу, коллектор 9, измеритель 10 тока коллектора и источник 11 регулируемого постоянного пряжения, соединенный одной полярно- стью с электродами с большим радиусом 1, 3 и 5, а другой полярностью - с электродами с малым радиусом 2, 4 и 6. При этом малые электроды 2, 4 и 6 соединены с выходной клеммой источника 11, полярность которой противоположна знаку регистрируемых частиц. Секторные электроды 3, 4 и 5, 6 попарно расположены по торцам средних электродов 1 и 2 с радиусами кривизны в обратную сторону, чем кривизна средних электродов 1 и 2. При этом продолжением среднего электрода 1 с большим радиусом являются электроды 4 и 6 с малым радиусом, а продолжением среднего электрода 2 с малым радиусом являются электроды 3 и 5 с большим радиусом. Перед входной диафрагмой 7 анализатора расположен источник 12 заряженных частиц.

Устройство работает следующим образом.

Источник 12 испускает заряженные частицы, часть из которых попадает через щель входной диафрагмы 7 в дисперсионное пространство анализатора. На заряженную частицу, движущуюся по средней линии, действует сила

- ,

g электрического поля электродов и 4 .

Uo

1 Rj In --

R,

где 6 г

-заряд электрона;

-средний радиус ()/2; Ug - разность потенциалов между электродами;

R и R - радиусы внешнего и внутреннего электродов соответственно.

Если центробежная сила F., действующая на частицу,

F SY

.: с

где m - масса частицы;

V - скорость начальная; равна электрической силе, то частица движется по средней линии. После перехода частицы в дисперсионное пространство электродов 1 и 2 направления

сил 1 и

F изменяются на противопо

.ложные, но равенство между ними сохраняется. Поэтому частица будет двигаться по средней линии до коллектора.

Частицы, входящие в анализатор. под некоторым углом и центральной (средней) траектории, испытывают дополнительно торможение и ускорение аналогично частице, движущейся в известном анализаторе. Отличительной особенностью в предлагаемом анализаторе являются переходы в плоскостях изменения кривизны электродов.

Рассмотрим движение электрона с энергией Е, равной энергии настройки анализатора, влетающего в анализатор под углом к оси (пунктирная линия).

В поле электродов 3 и 4 электрон . притормаживается и долетает до экви- потенциали U на выходе из электродов 3 и 4. Энергия электрона становится равной

ЕигЕо-еи,;

В- промежутке между электродами 3 и 2 в этой области существует ус- коряюшее поле,- и электрон ускоряется при переходе к эквипотенциали -и,, на эквипотенциаль , получив при этом дополнительную энергию йЕ 2eUi. Далее в пространстве электро3u

ов 1 и 2 электрон попадает в ускорящее радиальное поле и на середине пути ускоряется до эквипотенциали , двигаясь по касательной к этой эквипотенциали. Энергия электрона ри этом, равна

Е, Ее- eU,- 2еите(и,-и,).

Погасив на середине пути радиальную скорость, электрон далее ускоряется и на выходе из пространства электродов 1 и 2 согласно симметрия-I ности траекторий в электрических поях попадает на эквипотенциаль +U,} его энергия увеличится на величину е ( i).. Затем электрон попадает в тормозящее поле между электродами 2 и 5..

При переходе с эквипотенциали +U на эквипотенциаль -U поля электроов 5 и б энергия электрона уменьшается на величину равна

Е ЕО- eUi+2eU,,) + +e(Uj-U,) г- 2eU, .

На конечном участке пути электрон ускоряется от эквипотенциали -и до средней нулевой траектории на величину ell и выходит через диафрагму 8 на коллектор 9 и измеритель 10 тока коллектора.

Таким образом, энергия электрона на выходной диафрагме 9 равна

Е ЕО- eUi+ 2eUi- е(Ц-и) + +e() - eV Eg

начальной энергии при входе в анализатор.

Аналогично находится траектория электрона, влетающего в анализатор под противоположным симметричным углом.

Основным подтверждением попадания электрона.в выходную диафрагму 8 является то, что при переходе между электронами 3 и 2, а также 2 и 5 происходит изменение только тангенциальной скорости; радиальная составляю- щая скорости остается неизменной.

При изменении питания электродов анализатора с симметричного на несим- метричный режим электрическое поле на выходном отверстии изменяется более, чем в два раза, Однако разрешение и пропускание анализатора практически не изменяются,

50

Искажения траекторий частиц в переходных областях между парами электродов при инверсии величины напряженности и кривизны дисперсионного электрического поля существенно меньше искажений в области отверстий входной и выходной диафрагм.

Следовательно, дисперсионные свойства электрического поля предлагаемого анализатора аналогичны дисперсионным свойствам дефлекторного анализатора с секторным углом 127°38 .

Секторный угол анализатора р, занимаемый около исследуемого объекта, в известном анализаторе составляет около 180° (с коллектором). Секторный угол и, занимаемый около исследуемого объекта рассмотренным анализатором, составляет не более бО, что уменьшает габаритный размер D. Таким образом, по компактности расположения около исследуемого объекта предлагаемый анализатор превосходит

известный в 3 раза. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет располагать коллектор осесимметрично с направлением входа анализируемого потока заряженных частиц. Это дает возможность располагать анализатор в любых разборных вакуумных камерах, имеющих фланец, направленньй на исследуемый образец.

Предлагаемый анализатор благодаря улучшенной компоновочной способности

и симметричности конструкции не требует специальных фланцев для размеше- ния., что упрошает его применение в разборных комплексных спектрометрах и технологических установках.

Формула изобретения

Дефлекторный энергетический анали- затор, содержащий выполненные в виде соосных цилиндров внешний и внутренний электроды, две диафрагмы, расположенные на входе и выходе анализатора, и источник напряжения с двумя выходами противоположной полярности, подключенньй к внешнему и внутреннему электродам, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снаб55

.жен двумя дополнительными парами

электродов, каждая из которых выпо... нена в виде двух соосных внешних и внутренних цилиндров, установленных со стороны двух противоположных тор514

цов внешнего и внутреннего электродов с зазором относительно послед- них, при этом раднусы кривизны всех внешних электродов равны между собой, раднусы кривизны всех внутренних электродов равны между собой, знак кривизны дополнительных электродов - противоположен знаку кривизны внешнего и внутреннего электродов, диафрагмы расположены параллельно одна другой со стороны торцов дополнительных электродов, все внешние ,электроды подключены к выходу источника напряжения одной полярности, а все внутренние электроды подключены к

1850 6

выходу источника напряжения противоположной полярности , и выполняются следующие условия:

5 127°38 0 , d . ,о

где - секторный угол внешнего и

внутреннего электродов; of/4 - секторный угол каждой из дополнительных пар электродов .

Изобретение относится к устрой- ствам для анализа заряженных частиц по энергиям и может быть использовано в электронных и ионных спектрометрах. Изобретение расширяет функциональные возможности устройства путем уменьшения секторного угла, занимаемого анализатором, и повышения симметричности его конструкции относительно направления регистрируемого потока частиц .Ана- . лизатор содержит коаксиальные -электроды 1 и 2, две пары цилиндрических коаксиальных электродов 3-6 с радиусап ми, равными радиусам электродрр 1 и 2, входную 7 и выходную 8 диафрагмы, расположенные параллельно друг другУ коллектор 9, измеритель 10 тока коллектора и источник 11 регулируемого постоянного напряжения. Перед входной диафрагмой 7 анализатора расположен источник 12 заряженных частиц. Анализатор благодаря улучшенной компоновочной способности и симметричной коуструкции не требует фланцев раз- , что упрощает его применение в разборных комплексных спектрометрах и технологических установках. I ил. (Л