Электростатический энергоанализатор с угловым разрешением Советский патент 1991 года по МПК H01J49/48 

Изобретение относится к устройствам для анализа распределения заряженных частиц по энергиям н углам, в частности к дисперсионным электростатическим анализаторам, и может быть использовано при физико-химическом анализе твердого тела в вакууме.

Целью изобретения является сокращение времени измерений путем обеспечения независимой к плавной регулировки границ обоих линейных углов собирания энергоанялизатора.

На фиг. 1 представлена схема электростатического энергоаиализа- тора на фиг. 2 - схема блока заслонок, разрез; на фиг. 3 - пространственное рагпреде 1еняе электронов образца при режиме работы анализатора с разрешением по углу.

Устройство содержит источник 1 заряжггчых частиц (образец), цилиндрическое зеркало 2, состоящее из внутреннего цилиндрического электрода 3 и наружного цилинпрического электрода 4, Внутренний цилиндрический электрс д 3 имеет входную 5 и выходную кольцевые нрореэч. За цилиндрическими электродами 3 к 4 установлены диафрагма 7 и коллектор 8. Во внутреннем пчлиндричсч хом электроде 3 vcTaHoflneHbi электронная пушка 9 и блок 10 заслонок. В блок 10 заслонок входят две заслон 11 л 12 в виде, полых цилиндрически. ( эраСмнов , имеюCD

J

щих на боковой стенке прорези 13 и 14 в форме кольиевых секторов,

В блок 10 заслонок также входят опоры 15 качения и цилиндрический кар кас 16, с помощью которых установлены заслонки 1 и 12, Кроме того, к блоку

10заслонок относятся полый вал 17

с ведущей шестерней 18 и вал 19 с ведущей шестерней 20, Цилиндрический каркас 16 имеет прорези 21 соответствующие входной кольцевой прорези 5 внутреннего цилиндрического электрода 3,

Цилиндрические заслонки-барабаны

11и 12 снабжены зубчатыми венцами, взаимодействующими с соответствующими ведущими шестер-шми 18 и 20, Вал 17

и шестерня 18 передают вращательное движение заслонке 12 и поступательное перемещение блоку 10 заслонок. Вал 19 и шестерня 20 передают вращательное движение заслонке 11, От проворота каркас 16 предохраняет направляющий штифт 22.

Устройство работает следующим образом.

При работе анализатора в режиме интегрирования по углу блок 10 заслонок (показан пунктиром) отодвинут от входной чопььевой прорези 5, где он не перекрывав г поток электронов.

Электроны, эмитируемые источником 1, расположенным на оси Z, под воздействием, например, растровой элект- ронной пушки 9, пройдя входную кольцевую прорезь 5 во внутреннем цилиндре 3, проходят область цилиндрического зеркала 2S работающего в режиме фокусировки ось-ось, фокусируются на ось симметрии Z, где расположены диафрагма 7 и коллектор 8, Во внутреннем цилиндре 3 имеется выходная кольцевая прорезь 6, через которую электроны выходят из зеркала 2. Оги- бающая траекторий электронов показана пунктирными линиями„

Принимаемый анализатором поток электронов определяется отверстиями, через которые электроны проходят во внутренний цилиндр анализатора и выходят из него, Этот поток имеет форму полого конуса со средним углом полураствора 42,3° и угловой толщиной 12°, Диафоагма 7 служит для опре

деления пространственного и энергети-. ческого разрешения анализатора.

При работе с разрешением по углу блок 10 заслонок располагается между

с

Q

5

образцом 1 и входной кольцевой прорезью 5 во внутреннем цилиндре 3 анализатора. Заслонки 11 и 12 закрывают прорезь 5, перекрывая поток электронов, за исключением тех из них, которые проходят через выбранное отверстие между краями цилиндрических заслонок 11 и 12. Поворачивая заслонки 11 и 12 в ту или иную стррону путем вращения валов 17 и 19, можно выбрать любой сектор из конуса эмиссии, а регулируя ширину щели В между краями заслонок 11 и 12 и линейный угол собирания Д.fcd электронов (угловое разрешение) - теоретически от самого малого /v 0° вплоть до 180°.

Перемещение блока 10 заслонок вдоль оси анализатора Z и поворот заслонок 11 и 12 осуществляется комбинированным сильфонным вводом вращательного и поступательного движений „ установленном на торце присоединительного фланца с его внешней стороны (не показан),

Исследуемый образец 1 укреплен на валу, который можно поворачивать так, что нормаль к образцу Y совпадает с образующей конуса электронного потока, принимаемого анализатором без введения блока 10 заслонок. Полярный угол Q эмитируемых электронов определяется как угол между нормалью к поверхности образца и направлением эмиссии е. Поворотом заслонок 11 и 12 можно выбрать любой полярный угол между 0 0° и 0 - 84,6°. Путем поворота изменяют азимутальный угол Ср так, чтобы можно было выделить любой угол эмиссии, поворачивая образец 1 и заслонки 11 и 12.

Возможность изменения углов (и и 9 позволяет снимать угловые зависимости эмиссии образца i, связанные с его кристаллогеометрической анизотропией, т.е. получать дополнительную информацию. Кроме того, возможность изменения угла 0 в достаточно широких пределах при малом u Ot 5-7 ° позволяет проводить неразрушающий анализ элементного (химического) состава по глубине, поскольку

Јд ДСОЗ 9;

где Јд - глубина анализа;

- средняя глубина выхода

электронов без потери энергия.

При изменении 6 в пределах от О до 84,6° глубина анализа Јд изменя-j ется в пределах от ft до 0,094fl.

Таким образом, предлагаемый электростатический энергоаналиэатор позволяет осуществлять плавную регулировку разрешения по углу при различных видах электронной спектроскопии (РЭС, ФЭС, ОЭС) от л 0 до 180°, т.е. фактически анализатор позволяет осуществлять плавный переход от режима с высоким разрешением по углу к режиму интегрирования по углам практичес- ки по всей полусфере эмиссии, что расширяет возможности микроанализа.

Использование данного устройства расширяет функциональные возможности энергоанализатора путем не только ис- следования свойств поверхности образцов, но и осуществления послойного контроля распределения элементов без разрушения исследуемых образцов, причем сокращается и общее время знали- за, так как в процессе анализа не требуется разрезать образец и приготавливать косой шлиф или выводить

-j

16989176

на поверхность (стравливать) каждый последующий слой.

Формула изобретения

Электростатический энергоанализатор с угловым разрешением, содержащий коаксиально расположенные на оси два полых цилиндрических электрода разных диаметров с кольцевыми входной и выходной прорезями во внутреннем цилиндре, диафрагму и коллектор заряженных частиц, а также заслонку в виде-, барабана с прорезями с возможностью движения вдоль оси, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений путем обеспечения независимой и плавной регулировки границ обоих линейных углов собирания энергоанализатора, во внутреннем цилиндре дополнительно размещен второй барабан с прорезями установленный с возможностью вращения и осевого движения независимо от первого барабана, причем прорези в обоих барабанах имеют форму кольцевых секторов.

Изобретение относится к устройствам для анализа распределения заряженных частиц и может быть использовано при физико-химическом анализе твердого тела в вакууме. Целью изобретения является сокращение времени измерений путем обеспечения независимой и плавной регулировки границ обоих линейных углов собира1- ния энергоанализатора. Изобретение значительно расширяет функциональные возможности энергоаналнзатора за счет не только исследования свойств поверхности образцов, но и осуществления, послойного контроля распределения элементов без разрушения исследуемых образцов, так как в процессе анализа не требуется разрезать образец и приготовлять косой патиф ипи стравливать каждый последующей елспг. 3 ил. Q S

16

гг J0te/ &

Редактор С.Лисина

Составитель К,Меньшиков

Техред Л.Олийнык Корректор Н.Ревская

Заказ 4398

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„, д, 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, л. Гагарина, 101

фие.2

Подписное