Электростатический энергоанализатор Советский патент 1985 года по МПК H01J49/44 H01J49/22 

16 Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и мо жет быть использовано для построения электростатического энергоанализатора высокой разрешающей способности и значительной светосилы. Известен электростатический эн 5ргоанализатор пучков заряженных частиц типа цилиндрического зеркала Этот анализатор состоит из двух соосных цилиндрических электродов. Вну ренний электрод обычно заземляется, а к наружному прикладывается меняющийся потенциал У , по знак/ одноимен ный заряду анализируемых частиц. Точечный источник и его изображение находятся на оси симметрии и фокусное расстояние равно 6,3 ч, где г, - радиус внутреннего электрод Анализ заряженн{51х частиц по кинетическим энергиям в этом устройстве основан на фокусирующем и диспергирующем действии электростатического поля в пространстве между цилиндрическими элек гродами на пучок заряженных частиц, направленный под некоторым углом oif, к оси симметрии электродов. Разрешающую способность анали затора можно характеризовать отноше нием дисперсии к величине аберрацио ного размытия изображения. Чем больш . это отношение, тем выше разрешающая способность анализатора. Для создани цилиндрического поля в области прохождения траекторий заряженных частиц требуются электроды большой длин1,1, позволяющие устранить влияние краевьпс полей. Такие анализаторы оказываются громоздкими. На практике, в цилиндрических зеркалах анализиру щее поле обычно ограничивают в направлении оси симметрии, а на торца цилиндрических электродов располагают изолирующие пластины с системами коаксиальных металлических электродов, несущих корректирующие потенциалы. Внутренняя поверхность изолирующих пластин иногда покрывается слоем с большим омическим сопротивлением, что улучшает корректирующее действие. Только применение таких довольно сложных и громоздких систем защитных электродов позволяет значительно сократить длину анализатора, избавившись от искажающего действия краевых полей. При этом фокусировка анализатора не улучшается. Известен также укороченный анализатор типа цилиндрического зеркала, содержащий источник, приемник, внутренний и наружный цилиндрический электроды, одну торцевую систему защиты. Цель изобретения - повышение разрешающей способности при большой светосиле и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в межэлектродном пространстве устанавливается плоская торцевая металлическая пластина, перпендикулярная оси симметрии анализатора, имеющая потенциал внутреннего цилиндрического электрода. В предлагаемом устройстве нужный эффект ослабления отклоняющего поля создается торцевой металлической пластиной, имеющей потенциал внутреннего цилиндра. С другой стороны, та же самая металлическая пластина ограничивает анализирующее поле, так что отпадает необходимость в системе защитных электродов с одного из торцов по сравнению с прототипом. Тем самым упрощается конструкция. На фиг. 1 дана схема предлагаемого анализатора; на фиг, 2 - графики, поясчяющие его работу. Электростатический энергоанализатор содержит внутренний цилиндрический электрод 1 радиуса г, наружный цилиндрический электрод 2 радиуса fg , металлическую торцевую пластину 3, точечный источник 4 заряженных частиц, приемник 5, окно 6 для ввода частиц в поле, окно 7 для вывода частиц из поля, приемную диафрагму 8 с малым круглым отверстием, систему 9 защитных электродов, изолирующее кольцо 10. Анализатор работает следующим образом. I Расходящийся от точечного источника 4 пучок заряженных частиц поступает через окно 6 в анализирукщее поле. Осевая траектория пучка наклонена на входе в поле углом 42, к осисимметрии. Отраженные полем заряженные частицы выходят через окно 7 и попадают в отверстия приемной диафрагмы 8. Изменяя потенциал на наружном электроде 2, получают спектр частиц по энергиям в анализируемом пучке. Благодаря помещению на определенном расстоянии от окна 7 пластины 3 разрешающая способность

анализатора при регистрации пучков заряженных частиц с большой угловой расходимостью в несколько раз выше, чем в случае цилиндрического зеркала в режиме угловой фокусировки второго порядка. Кроме того, в предлагаемом анализаторе отсутствует система защиты со стороны приемника. Положение торцевой пластины 3 определяется ее расстоянием S относительно точечного источника 4. На фиг. 2 представлены аберрационные кривые, характеризирующие продольное размытие изображения в анализаторе. Выполненные на ЭВМ расчеты показали, что в случае 0(,3, , 2, даже при небольшом расстоянии от пластины 3 до окна 7, дисперсия по энергии остается такой же, как в цилиндрическом зеркале, а величина размытия изображения в несколько раз уменьшается при изменении 8 и соответствующем значении ,/(0, где E(j - кинетическая энергия частиц

и - отклоняющий потенциал на наружном электроде;

С - заряд частиц,

что и приводит к повышению разрешения. Нужно отметить, что фокусное расстояние для различных сочетаний у и 5 может быть как больше, так и

меньше фокусного расстояния цилиндрического зеркала, которое равно 6,13 На фиг. 2 по горизонтальной оси отложены значения угла ввода пучка траекторий в полес , а по вертикальной - значения фокусного расстояния в единицах г . Кривая 1 соответствует цилиндрическому зеркалу, для которого У 1 ,890, кривая П соответствует ,890,5 6,30, кривая Ш -у 1,809,5 5,30г . Видно, что введение торцевой металлической пластины существенно зт еньшает аберрационное размыкание при использовании больших углов расходимости. Так для кривых П иШ при использовании угла расходимости 4 аберрационное размыкание уменьшается в 3,6 раза и в 2 раза соответственно, по сравнению с цилиндрическим зеркалом, что в соответствующее число раз повьшзает разрешающую способность анализатора. . Предлагаемый анализатор более совершенен и более прост по конструкции, чем прототип. Это вьфажается в том, что разрешение при регистрации пучков с большой угловой расходимостью оказьгоается в несколько раз выше, а конструкция проще, так как устраняется система защитных электродов с одного из торцов анализатора.