Способ создания фокусирующего магнитного поля в магнитном энергоанализаторе Советский патент 1990 года по МПК H01J49/44 

СП

О) СП 4

Изобретение относится к спектроско ПИИ заряженных частиц и может быть ис пользовано при разработке электронных спектрометров для исследования электронной структуры приповерхностного слоя твердых тел и жидкостей.

Целью изобретения являются повышение производительности исследований и уменьшение массогабаритных каракте- - ристик устройства для реализации способа.

На фиг, 1 приведен общий вид элект ронного спектрометра, предназначенного для реализации способа на фиг. 2 - схема подключеция спектрометра к цепям пита1шя и управления.

Согласно данному способу электронный пучок, испускаемый поверхностью образца 1 (см. фиг.1), попадает через выходную щель 2 спектрометра внутрь вакуумной камеры 3, где он заворачивается магнитуым полем, которое созда ется током, текущим по двум парам фокусирующих .катушек 4 и 5 (катушки каж дои пары расположены симметрично относительно медианной плоскости спектрометра), и фокусируется в месте установки выходной щели 6, через которую он попадает на детектор 7. Во внешнюю пару фокусирующих катушек 5 подается добавочный ток Л1 такой величины, чтобы Z-компонента однородного поля Земли совместно с полем, которое создается добавочным током, не нарущала двойную фокусировку пучка в районе выходной щели 6. При этом малые временные колебания Z-компоненты однородч

ного внешнего магнитного поля автоматически подавляются малыми колебаниями тока &I вокруг заданного значения. Величиной тока управляет магнитометр, феррозо{щовый датчик 8 которого устанавливается в ноль силового поля во внутреннем пространстве внешней фокусирующей катушки.

Электропитание и управление осуществляется следующим образом.

Для создания фокусирующего поля в фокусирующие катушки 4 и 5 от источника 9 фокусирующего тока подается силовой ток I, который соответствует энергии пропускания спектрометра. Ве- личнна тока измеряется амперметром 10

В феррозондовый датчик 8 магнитометра, установленного предварительно ноль силового поля внутри пространства внешней фокусирующей катущки 5, от истсч-п1ка 11 тока смещения подается ток смещения ГСМРЦ такой величины, чтобы измеряемый амперметром 12 добавочный ток ftl через внешние фокусирующие катушки 5 бып равен величине, найденной из формулы

М

:1/2в.

(1)

10

bj+-2-a

гдеМ - величина добавочного тока, подаваемого во внешнюю пару фокусирующих катушек, В J- среднее значение Z-компоненты внешнего магнитного поляа - вычисленньп на оптической

оси энергоанализатора коэффициент связи ме жду током, пропускаемым через внешнюю пару фокусирующих катулек, и создаваемым им полем;

25

30

35

40

.45

50

55

Ь. величина производной а, по

радиальному направлению, вычисленная на оптической оси энергоанализатора.

Добавочный ток & подается от источника 13 тока автокомленсации. Магнитометр 1А управляет величине добавочного тока через внешние фокус фующне катушки и работает по принципу ноль- индикатора. С его помощью во внешней фокусирующей катушке 5 устанавливается такая величина добавочного тока М, чтобы суммарное магнитное поле в месте установки феррозондового датчика магнитометра равнялось нулю.

Ток смещения устанавливается отличным от нуля для того, чтобы обеспечить заданную величину то,ка Д1 во внзшней катушке 5 при некотором среднем значении Z-компоненты напряженности магнитного поля Земли в месте установки феррозондового датчика магнитометра. Малые колебания величины Z-компоненты напряженности магнитного поля Земли отрабатываются путем автоматического изменения величины тока М вокруг рассчитанного по формуле (1) значения.

Величина добавочного тока &, определяемая формулой (1), обосновывается следующим образом.

Нормальная к медианной плоскости катушек, т.е. Z-KOMnoHeHTa магнитного поля вблизи оптической оси спектрометра при некотором значении силово515176546

го тока 1 и добавочного тока черезложнягот обслуживание энергоанализатора в процессе эксперимента.

внешнюю катугаку имеет вид:

Ь (р,0)-а, (р,0).1+аЛр,(р,0) й1+В;

(2)

где В, - среднее значение, г,-компонен- ты внешнего однородного нестационарного магнитного пЗля;

a2(p,Z),а,(р,Z) - коэффищсенты связи Q между током и создаваемым им полем для внешней и внутренней пары фокуси- руюдих катушек , Bj(p,Z) - магнитное поле.

15

Введем обозначение а(р,0);а Ро радиус оптической оси). Д№})ференцируя (2) по р и деля на Bj(p,,0), получим вь1ражение для наклона фокусирующего поля

Формула изобретения Способ создания фокусирующего магнитного ПОЛЯ в магнитном энергоанализаторе, включающий пропускание силового электрического тока через несколько пар фокусирующих катушек с общей медианной плоскостью и компенсацию внешних магнитных полей, которые измеряют с помощью датчика магнитометра в режиме нуль-индикатора для управления магнитным полем системы автокомпенсации, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности исследований, нормальную к медианной плоскости компоненту внешнего магнитного поля компенсируют путем пропускания через одну из пар фо- куси1)ую1цих катушек злектрического тока, дополнительного к силорому электрическому току, при этом величину дополнительного тока выбирают ия условия поддержания двойной фокусировки и постоянного значения ширинь на половине высоты аппаратурной функции по выражению

«/ billbzljibtul

( в..™ «v а, I+ajI-ba il-bBj

где oL наклон фокусируюсцего поля, 25

ь;.(е.о)

3р.

Р Ро

Дпя безжелеяного магнитного iT 2- спектрометра требуемое для двойной Фокусировки яначение оЛ равно - 1/2. Подстаапяп - в (3) и решая эт уравнение по отношению к ftl, получим

т ( -U2k l32Mb,bJ)l -1/2В, b,-b l/2aj

(4)

Поскольку геометрия фокусирующих катушек осталась неизменной, наклон магнитного поля, создаваемого только силовым током, также равен -1/2. Следовательно, имеет место соотногаение

21-Ь в -1/2 (5), которое получается

аналогично формуле (3), если диффе-

ренцировать магнитное поле В (/,0) силового тока, которое находится по формуле

В, (р,0) (а, (p,0)-i-aj(p,0)-I.

Подставляя (5) и (4), получаем окончательно условие (1).

В данном способе по сравнению с прототипом отпадает необходимость ис- поль овать специальные катушки ком- пенсацки компоненты внешнего поля, котсфые имеют большие габариты и ус0) й1+В;

(2)

понен- ионарсвязи Q ем окуси-

15

Ро цируя чим его

(3)

ля, 25

.2

Формула изобретения Способ создания фокусирующего магнитного ПОЛЯ в магнитном энергоанализаторе, включающий пропускание силового электрического тока через несколько пар фокусирующих катушек с общей медианной плоскостью и компенсацию внешних магнитных полей, которые измеряют с помощью датчика магнитометра в режиме нуль-индикатора для управления магнитным полем системы автокомпенсации, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности исследований, нормальную к медианной плоскости компоненту внешнего магнитного поля компенсируют путем пропускания через одну из пар фо- куси1)ую1цих катушек злектрического тока, дополнительного к силорому электрическому току, при этом величину дополнительного тока выбирают ия условия поддержания двойной фокусировки и постоянного значения ширинь на половине высоты аппаратурной функции по выражению

30

Л1

ll/2fij Ь -Ы/Эа ;

5

0

5

0

5

гле Д1 - величина электрического тока, дополнительного к силовому (А);

В, - сроднее значение нормальной к медилнной плоскости ком- понент1 1 ннеинего магнитного поля (Тл) а - вычисленный на оптической

оси энергоанализатора коэффициент связи между током, пропускае мьтм через пару фокусирующих. KaryiTCK, и создаваемым ИИ полем (Тл/А) bj - производная а в радиальном направпении па оптической оси энергоанапизатора, умноженная на радиус оптической оси энергоанапизатора (Тл/А),

при этом датчик магнитометра устанавливают в нуль силового млгнигиого поля во внутреннем пространстве внешних фокусирующих катушек и путем подгчи в него тока смещения обеспечивают заданное эначенке дополнительного тока &I.

Изобретение относится к спектроскопии заряженных частиц и может быть использовано при разработке электронных спектрометров для исследования электронной структуры приповерхностного слоя твердых тел и жидкостей. Целью изобретения является повьшение протгзводительности исследований и уменьшение массогаблритных характеристик устройства для реализации способа. Для этого электронный пучок образца 1 пропускают через пыходн по щель 2 спектрометра внутрь вакуумной камеры 3, где он заворачивается маг131тным полем фокус1фзпощих катушек 4 и 5. Пучок фокусируется в месте установки выходной щели 6 и попадает на детектор 7. На чертеже также показагл фсрро-зон-- довыГ датчик 8. По сравнению с прого- типг М н данном способе исключается необходимость использовать специальные i:f.irулики компенса дии компоненты niioiuiiero ноля, которые имеют большие габариты и усложняют обслужизашк- электроанализатора. 2 ил. W