Энергетический анализатор заряженных частиц Советский патент 1990 года по МПК H01J49/48 H01J49/44 

Изобретение относится к. устройствам ля регистрации энергетических спектров заряженных частиц, в частности электро- нов, и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхности твердых тел,

Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения.

Нафиг.1 при веде на схема предлагаемого анализатора; на фиг.2 - зависимость отношения потенциалов на фокусирующих, злектродах от степени торможения электронов при постоянном положении кольцевого изображения точечного Источника; на фиг.З - 8 - ход траектории при осевом смещении точки вылета электронов; на фиг.9 -- 14 -тоже, при радиальном смещении точки вылета.

Анализатор представляет собой коакси- алыно размещенные внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические электроды. На боковой поверхности электрода 1 выполнены входная 3 и выходная 4 кольцевые прорези для пролета заряженных частиц. На входе анализатора расположена конусообразная сетка 5 и фокусирующая система из конусообразных секций (электродов) 6 и 7, разделенных кольцевой прорезью 8. Сетка 5 заземлена. Образующие электродов 5-7 параллельны друг другу и нормальны к траектории 9 центрального электрона, испускаемого образцом 10 под углом «о.

Для возбуждения электронов с образца 10 используется источник 11 фотонов. На выходе анализатора соосно расположены выходная диафрагма 12 и приемник 13 электронов.

Анализатрр содержит также источник 14 питания, подключенный к внешнему электроду 2, источники 15 и 16 питания, подключенные к электродам 6 и 7 фокусирующей системы. Электроды 1 и 2 и 5 - 7 изолированы один от другого посредством изолирующих колец (керамических дистан- церов) 17-:21.

Анализатор работает следующим образом.

Исследуемый образец 10 облучается потоком фотонов, формируемых источником 11. в результате чего образец 10 испускает поток фотоэлектронов, который, преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии Е между образцом 10 и сеткой 5, попадает в электростатическое поле с переменным электронно-оптическим показателем преломления, созданное отрицательными потенциалами - VT на внутреннем электроде 1 анализатора и - Уфт.г на фокусирующих электродах 6 и 7. Торможение происходит за счет потери электронами

части энергии при преодолении разности потенциалов между сеткой 5 и внутренним электродом 1 энергоанализатора.

Для уменьшения энергии частиц в N раз на внутренний цилиндр подается потенциал

Vm -Е (N-1)/K, где К - постоянная анализа- т ора. Потенциал одного из фокусирующих электродов определяется из соотношения Уф1 М Vm независимо от начальной энергии электронов Е, где значение М выбирается в соответствии с требующимся фокусным расстоянием системы. Соответственно, потенциал Уф2 другого фокусирующего электрода определяется из соотношения Уф2 Уф, где значение 0 выбирается в соответствии со степенью торможения электронов N (т.е. отношения начальной энергии электронов к их энергии у входной кольцевой прорези 3).

Потенциалы Уф1 и Уф2 должны обеспечивать положение изображения источника в плоскости входной щели анализатора при различных степенях торможения электронов.

Сфокусированный пучок электронов с

энергией, уменьшенной в N раз, через входную кольцевую прорезь 3 попадает в пространство между цилиндрическими электродами 1 и 2. Далее под действием отрицательного потенциала V, поданного на

внешний цилиндрический электрод 2 с источника 14, электроны отклоняются к внутреннему цилиндрическому электроду 1 и через выходную прорезь 4 и апертуру диафрагмы 12 попадают на вход приемника 13

электронов.

Анализатор имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход приемника 13 электронов попадают электроны, энергия которых лежит в определенной полосе. Меняя напряжение, подаваемое на внешний цилиндрический электрод 2, а через делитель на внутренний электрод 1, можно снять весь энергетический спектр вторичных электродов, испускаемых образцом 10.

В регистрируемом устройстве (не пока- зано), соединенном с приемником, энергетический спектр анализируется по энергии, в результате чего выявляются энергетические пики фотоэлектронов, по которым

можно судить о химическом составе поверхности образца, и ее структуре.

При радиусе внутреннего электрода 1 35 мм размеры анализатора следующие: радиус внешнего электрода 2 75 мм; длина

внутреннего электрода 1 154,2 мм, длина внешнего электрода 2 129,2 мм; расстояние оси образца до сетки 15 мм; растояние между сеткой и фокусирующим электродом 11 мм Расстояние между фокусирующими элек- тродами 8 мм; расстояние между фокусирующими электродами и входной щелью 3 - 13 мм; высота сечения конусообразных электродов 22 мм; расстояние между образцом 10 и выходной диафрагмой 12 172,2 мм; угол влета «о центрального электрона 39°. Разброс углов влета электронов относительно траектории центрального электрона ±6°, разрешающая способность 0,1 %.

На фиг.2 приведены результаты чис- ленного расчета зависимости отношения потенциалов для различных степеней . торможения, полученное при условии, что положение кольцевого изображения точечного источника остается в области входной кольцевой прорези внутреннего электрода анализатора. Численный расчет показывает/что на выходе анализатора обеспечивается постоянство отношения сигнал/шум при различных степенях торможения, что позволяет анализировать широкий диапазон энергий вторичного пучка без ухудшения эффективности работы анализатора.

Степень прохождения аксиальных электронов при различных смещениях по оси Z представлена на фиг.З - 8. На фиг.З - 5 показаны смещения источника по оси Z на 0;1; 3 мм. При этом степень прохождения. меняется в пределах 100 - 10% соответственно. На фиг.6 - 8 источник смещается на -1; -2; -3 мм. При этом прохождение электронов изменяется соответственно в пределах 100-25%.

На фиг.9 - 14 представлена степень прохожде1:а1я аксиальных электронов при различных смещениях от R, На фиг.9-12 показано смещение источника на 0;1;2; 3 мм. При этом прохождение электронов

соответственно 100. 100, 50, 0%. На фиг.13 и 14 смещение проводилось в обратную сторону от О по оси R соответственно -1, -2 мм. Прохождение при этом уменьшается в два раза.

Слабая зависимость отношения сигнал/шум от коэффициента торможения (в отличие от известного) показывает возможность существенного улучшения чувствительности и разрешающей способности. Формула изобретения Энергетический анализатор заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренний цилиндрические электроды с входной и выходной кольцевыми прорезями на боковой поверхности внутреннего цилиндрического электрода, экранирующий электрод, выполненный в виде конусообразной сетки и размещенный соосно с цилиндрическими электродами, фокусирующую систему, расположенную во внутреннем цилиндрическом электроде между его боковой поверхностью и экранизирующим электродом и выполненную в виде двух конусообразных секций, разделенных кольцевой прорезью, исследуемый образец и приемник заряженных частиц, диафрагму, расположенную перед приемником заряженных частиц, а также источники питания, подключенные к электродам и фокусирующей системе, причем экранирующий электрод электрически соединен с держателем исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью одновременного повышения чувствительности и точности анализа, а также увеличения диапазона регул ировки энергетического разрешения, конусообразные секции фокусирующей системы выполнены электрически изолированными одна от другой, причем одна из секций электрически соединена с внутренним цилиндрическим электродом.

Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров заряженных частиц, в частности электронов, и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхности твердых тел. Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения. Энергоанализатор содержит коаксиально расположенные внутренний и внешний цилиндрические электроды 1 и 2. На входе расположены коническая сетка 5 и фокусирующая система из конических электродов 6 и 7, электрически изолированных один от другого. Для возбуждения электронов с образца 10 используется источник 11 фотонов. На выходе расположены диафрагма 12 и приемник 13 электронов. Путем подачи раздельных потенциалов на конические электроды 6 и 7 можно скомпенсировать уход траекторий электронов при изменении степени предварительного торможения. 14 ил.

0,95 0,9

0.85

0.8

0.75

5 Ю ,5

20 25 30 55 W

Фиг., г

Л

Фиг.д

фиг. 5

Фиг. 6

«

Sff

Z О

Фиг. 7

Фиг. 9

Фиг.Ш

Фиг. 11

1597968

Фиг. 13

0