ИОННО-ЭМИССИОННЫЙ МИКРОСКОП- МИКРОАНАЛИЗАТОР Советский патент 1970 года по МПК H01J37/285 

PIoHHO-эмИСсионные миюроскопы-микроанализаторы применяются для наблюдения структуры монолитных образцов и осуществления локального химического анализа поверхности.

Известна конструкция ионно-эмиссионного микроскопа-микроанализатора, в котором осуществляется сканирование первичного изображения относительно диафрагмы и последующий масс-спектральный анализ ионов каждого элемента изображения.

Известный ионно-эмисснонный микроскопмикроанализатор содержит ионный источник, аксиально-симметричную электростатическую оптическую систему, коллектор ионов, диафрагму, регистрирующее устройство, систему развертки, синхронизированную с регистрирующим устройством и пропускающую увеличенное ионное изображение поэлементно через диафрагму и анализатор масс, установленный между диафрагмой и коллектором ионов.

Однако в таком микроскопе-микроанализаторе осуществляется лишь одноканальная регистрация ионного изображения.

Целью настояи1его изобретения являет Я создание возможности одновременной многоканальной регистрации изображений, образуемых ионами, эмиттироваиными с одного и того же участка исследуемой поверхности образца и соответствующими различным элементам, входящим в состав образца.

Предлагаемый ионно-эмиссионный микро скоп отличается от известных тем, что диафрагма снабжена несколькими отверстиями, расноложенными симметрично относительно оптической осн.микроскопа, причем число установленных в микроскопе масс-анали.5аторов и коллекторов ионов соответствует числу отверстий в диафрагме: между указанной диафрагмой и анализаторами масс помещена электростатическая линза, создающая тормозящее электрическое поле, снижающее энергию ионОВ, нрошедших через отверстия в днафрагме, и проектирующая увеличенное ионное изображение отверстий в диафрагме на плосivOCTb входных диафрагм коллекторов ионов и разветвляющая ионные пучки таким образолг, что калчдый из них проходит через отдельный

масс-анализатор, установленный так, что оптическая ось масс-анализатора совпадает с осью соответствующего ионного пучка.

В качестве анализаторов масс применены радиочастотные масс-спектрометры.

Такое сочетание диафрагмы с несколькими отверстиями и тормозящей линзы нозволяет осуществить нри поэлементном пропускании увеличенного ионного изобран ення через диафpaг y независимую регулировку ускоряюпосле прохождения указанной диафрагмы. ПоскОоТьку формирование ионного изобра/кекия завершается в плоекости диафрагмы, то после Прохождения ионами этой диафрагмы их энергия может быть снижена в тормоз/идей лннзе без ущерба для оптической ipaspeuiaLOщбй способности микроскопа. Снижение энергнн ионов до уровня Порядка 100 эв позволяет применить в качестве анализатора масс радиочастотный масс-спектрометр, что значительно упрощает конструкцию устройства. Согласно изобретению, в качестве анализаторов масс в Многоканальном мтифоскопе-микроанализаторе применепы мопопольные радиочастотные масс-спектрометры. Масс-снектрометр такого типа имеет низкую чувствительность к вариациям энергии анализируемых ионов, малогабаритен и допускает конструктивное объединение нескольких масс-анализаторов около оптической оси микроскопа, что необходимо для многоканальной регистрации ионных изображений.

Предлагаемый многоканальный ионно-эмиссионный микроскоп-микроанализатор схематически изображен на чертеже.

На стенке вакуумной камеры установлен ионный источник 1, внутри камеры размещены исследуемый объект 2, эмиссионная линза 3, электростатический экран 4, диафрагма 5, снабженная несколькими отверстиями, размер которых равед величиие оптического разрещения На поверхности образца, умноженной на иоННО-оптическое увеличение в плоскости диафрагмы.

Отверстия размещены симметрич.но относительно оптической оси микроскопа, в пределах поля изображения, а число их равно числу каналов микроскоца. Непосредственно за диафрагмой 5 установлена электростатическая линза 6, первый электрод которой И|Меет потенциал диафрагмы 5, а второй заземлен. За тормозящей линзой 6 установлены монопольные масс-анализаторы, состоящие из угловых электродов 7 и круглых электродов 8. Угловые электроды заземлены, а к круглы.м подведены постоянные и радиочастотные напрял ения от генераторов 9. Каждый .массанализатор -соответствует отверстию в диафрагме 5. За масс-анализаторами установлены коллекторы 10 ионов. Для усиления сигнала коллектора 10 используются усилители 11, а для наблюдения изображения - регистрирующие устройства 12 (кинескопы), которые синхронизируются общей системой развертки 13. Эта же система развертки используется для осуществления скапирования первичного изображения относительно диафрагмы при помощи отклоняющих устройств 14.

Электрод линзы 3, имеющий самый высокий относительно земли потенциал, связан электрически и механически с электростатическим экраном 4, на другом конце которого установлена диафрагма 5.

Объект, подлежащий исследованию, облучается пучком ионов из ионного источника /. В результате бомбардировки объекта 2 образуются вторичные ионы, характеризуюн1,ие распределение химических элементов в «оверх :ости. Эмиттированные иопы ускоряются эмиссионной линзой 3 и фокусируются в плоскости диафрагмы 5, образуя первичное лонное изображение. Иопы элемента изображеПИЯ, выделенные отверстиями в диафрагме, тормозятся в лннзе 6, которая также создает увеличенное изображение отверстий в длафраГ Ме 5 в плоскости коллектора 10 ионов. За счет этого получается разветвление пучков

ионов, прощеднтих через каждое из упомянутых отверстий, причем оси пучков лежат в поверхности конуса с верщиной в кроссовере тормозящей линзы 6. Заторможенные ноны попадают в простраиство между угловыми электродами 7 и круглыми электродами 8 монопольных масс-апализаторов. Сочетание высокочастотного и постояпНого полей Б этом пространстве действует так, что при данном соотношепии между амплнтудой переменного папряжения, его частотой и постоянным напряжением, приложенным к электроду 8, па коллектор ионов попадают ионы с определенным отношением заряда к массе.

Сигнал с детектора нонов после усиления используется для модуляции яркости светового пятна кинескопа. Развертывающее устройство 13 перемещает пятна кинескопа 12 синхронно с перемещением ионного изображення относительно диафрагмы 5, FJ результате чего на экранах получают изображение поверхности, характеризуюгцее распределение иопов определенной массы в соответстзич с настройкой каждого из масс-анализаторов.

Получаемые изображения смещены друг относительно друга, однако, поскольку все отверстия в диафрагме 5 находятся в пределах поля первичного изображения, имеется участок образца, где все полученные нзображения перекрываются. Этот участок и соответствует многоканальной одновременной регистрации химического состава поверхности.

Предмет изобретения

50

1. Ионно-эмиссионный микроскон-мнкроанализатор, содержащий ионный источник, аксиально-симметричную электростатическую оптическую систему, коллектор ионов, диафрагму, регистрирующее устройство, систему развертки, синхроннзированную с регистрирующим устройством и пропускающую увеличенное ионное изображение поэлементно через диафрагму, анализатор масс, установленный между диафрагмой и коллектором коноз, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности многоканальной регистрации химического состава исследуемого участка поверхности образца, указанная диафрагма женнымм симметрично отиосительно оптичеокой оси микроскопа, причем число установ1енпых в микроскопе масс-анализйтороз и коллекторов ионов соответствует числу отверстий в диафрагме, между указанной диафрагмой и анализаторами масс помещена электростатическая линза, создающая тормозящее электрическое поле, снижающее энергию иоиов, прощедщих через отверстия в диафрагме, и проектирующая увеличенное ионное изображение отвертий в диафрагме на плоскость входных диафрагм коллекторов 1юнов и разкетвляющая ионные пучки таким образом, что каждый из НИх проходит через отдельный масс-аналнзатор, установленный так, что оптическая ось масс-анализатора совпадает с осью соответствующего ионного . 2. Микроскон-микроанализатор ио п. 1, огличаюишйся тем, что в качестве анализаторов масс примеиены радиочастотные масс-спектрометры.