Электростатический анализатор заряженных частиц Советский патент 1980 года по МПК H01J49/00 

(54)ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

РОБКИ Образцов в фокусе и недостаточное энергетическое разрешение и чувствительность анализа.

Цель изобретения - обеспечение экспрессности измерений и увеличение чувствительности и энергетического разрешения.

Указанная цель достигается тем что во внутреннем цилиндрическом электроде коаксиально с ним размещен дополнительный электрод цилиндрической формы.f находящийся по оси между крайними кольцеобразными щелями и соединенный с источником питания так, что знак подаваемого на него потенциала совпадает со знаком заряда анализируемых частиц, причём радиус электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летящих во Бнутреннем цилиндрическом электроде частиц с осью анализатора.

Измененная конфигурация электродов и I соответственно.электрического поля, в котором движутся заряженные частицы, позволяет регулировать положение фокуса анализатора и улучшить его фокусирующие характеристики.

На чертеже показан предлагаемый ан 1лизатор в разрезе и траектории проходящих через него заряженных частиц.

Предлагаемый анализатор содержит источник 1 ионизирующего излучения ишшень 2 из исследуемого материала, детектор 3 заряженных частиц, внешний цилиндрический электрод 4, внутренний цилиндрический электрод 5, дополнительный цилиндрический электрод 6, диафрагму 7. Электроды 4,5 и 6 имеют разные диаметры и вложены друг в друга так/ что их оси совпадают. Для прохода заряженных частиц внутренний цилиндрический электрод 5 имеет три или четыре кольцеобразные щели 8, расположенные по его периметру и закрытые прозрачной сеткой. Внутренний цилиндрический электрод 5 заземлен, внешний цилиндрический электрод подключен к источнику 9 питания, а дополнительный цилиндрический электрод 6 подключен к источнику.10 питания, причем полярность подаваемого на электроды напряжения совпадает со знаком заряда анализируемых частиц. Длина цилиндрического электрода 6 зависит от наличия и конструктивного выполнения известных устройств - экранов для компенсации искажений поля у краев электродов, разрешающей силы-анализатора и может лежать в интервале 0,2-0,9 L I где/, - расстояние между крайними щелями во внутреннем .цилиндрическом электроде. Радиус дополнительного цилиндрического эл трода б должен быть меньше, чем минимальный радиус траектории заряженных частиц, иначе они будут попадать

на поверхность дополнительного цилиндрического электрода. Его минимальный радиус определяется лишь кон|СТруктивны1 и соображениями, поэтому удобно изготовить электрод 6 в виде отрезка металлической проволоки, лежащего на оси двух других цилиндрических электродов.

Предлагаемый анализатор работает следующим образом.

Источник ионизирующего излучения дает пучок, попадающий на мишень. Из мишени вылетают вторичные заряженные частицы, часть из которых пролетает через ближайшую к мишени щель в электроде 5 и попадает в отклоняющее поле, создаваемое внешним цилиндрическим электродом 4 и регулируемое источником 9 питания. Далее заряженные частицы отклоняются к оси системы цилиндрических электродов и, пройдя через следующую кольцеообразную щель внутрь электрода 5, попадают в поле, создаваемое дополнительным электродом б и регулируемое источником 10 питания. Это поле отталкивает заряженные частицы от oci и отклонившись, они выходят из внутреннего цилиндрического электрода 5 через следующую кольцеобразную щель.

Потом заряженные частицы снова отклоняются полем внешнего цилиндрического электрода и снова попадают во внутреннюю область электрода 5 через следующую кольцеобразную щель, где они летят в бесполевом простран,стве до дифрагмы. На диафрагме заряженные частицы фокусируются, проходят через нее и регистрируются детектором электронов, в качестве которого может служить цилиндр Фарадея или электронный умножитель. Если заряженные частицы.имеют энергию отличную от той, на которую настроен анализатор, то они не фокусируются на диафрагме и до детектора не доходят. Изменением соотношения между потенциалами, подаваемыми от источников питания на электроды предлагаемого ансШизатОра,можно осуществить фокусировку заряженных частиц в широком диапазоне углов входа частиц в электродную систему анализатора и растояний от мишени до электродов при сохранении свойства угловой фокусировки второго порядка. Это дает возможность избежать юстировки образцов в фокусе предлагаемого анализатора и вместо этого менять расстояние с помощью известных электронных устройст работающих в автоматическом режиме.

Предлагаемый анализатор позволяет автоматизировать трудоемкую юстировку образцов в фокусе при исследова НИИ их хил1ического состава и других характеристик методами вторично-электронной, в частности, оже-электронной спектроскопии, а также методами спектроскопии энергетических потерь Б отраженных ионных пучках, что дает -экономию времени, особенно при по точном методе исследования серии образцов с введением их в вакуумный шлюз или при исйледовании образцов с I неплоскими поверхностями. Предлагаемый анализатор заряженных частиц имеет лучшие фокусируквдие и дисперсионные характеристики, чем прототип. Его критерий качества -.от ношение дисперсии по энергии к аСер.рационному коэффициенту третьего порядка, в 3,9 раза больше, чем у прототипа, что, например, дает возможность при равной с прототипом чувствительности повысить разрешающую силу S 3,9 раза и тем самым увеличит точность анализа. Предлагаемый анализатор позволяет по сравнению с прототипом уменьшить угол входа заряженных частиц от до 31°27 и поставить мишень в 1,4 раза дальше от входной щели, что существенно увеличивает эксперименталь ные возможности, так как облегчается послойный анализ химического состава ионным травлением, напыление тонких пленок и т.д. , Формула изобретения Электростатический анализатор заряженных частиц, содержащий вакуумную камеру, детектор заряженных частиц, мишень из исследуемого материал размещенный между мншемьй и дотвкто ром наружиыл цилиндрический элекгроЯ| расположенный внутри него и коаксиально с ним 3a3eNmeHHbiR цилнндрическиЯ электрод, имеющий на поверхности коль цеобразные щели по периметру, диафрагму, находящуюся между коаксиальными цилиндрическими электродами и лотек тором заряженных частиц, источник питания, подключенный к наружному цилиндрическому электроду полярностью, совпадающей со знаком заряда анализируемых частиц, отли.чающиЯс я тем, что, с целью обеспечения :экспрессности измерений и увеличения чувствительности и энергетического разрешения, во внутреннем цилиндрическом электроде коаксиально с ним размещен дополнительный электрод цилиндрической формы, расположенный, по оси между крайними кольцеоОраэными щелями, соединенный с источником питания тойже полярностью, что и о наружным цилиндрическим электродом, причем радиус дополнительного электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летящих во внутреннем цилиндрическом электроде частиц с осью анализатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3582649, кл. 250/49.5, 1971. 2.Journal of Physics, ser E.7, № б,.1974, p. 461. 3.Авторское свидетельство СССР № 175584,.кл Н 01 Т 39/04, 1965.

± 8 6 5. t 7 J

III ЯЛвлтятятш Mill и I ИИ. 1юв«11Мi | -1«.

и

10