(54) ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ЭЛЕКТРОНОВ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА
.:,.
изобретение относится к технике спектроскопии заряженных частиц i 5{электррнов) и может быть пршленено для исследования энергетических 5 сйектсров вторичной и фотоэлектрониой ЭМИССИИ при взаимодействии возбужяаяпцего излучения с газами и твердум телом в области энергий 0, ЭВ. С наибольшим эффектом устрой- tQ ство может быть, использовано в электронной спектроскопии для химического анализа ЭСХА) пове{ хностных сяоег твердого тела, изучения попей пятен контактишс потенциалов, мик- jj окристаляичёского строения наружных граней кристаллов, а также поверхностных загрязнений, дислокаций и структурных нео;днородностей
приповерхностных слоев.20
Известен энергоанализатор электронов но пролета, осуществляющий преобразование еремеийого интервала между стартовым от1шраюн№1м импульсе и импульсом прихода элект- 25 рона на детектор в амплитуду калиб1рованного импульса, пропорциональную этому интервалу, с последуквдим анализом сформированных импульсов с помощью амплитудного анализатора.
Преобразование осуществляется методом зарядки конденсатора за указанное время с последующим его разрядом в конце преобразования (1).
Однако существующая квадратичная завийимость йежду энергией и временем пролета определенной базы доставляет неудобства при последующей обработке информация нз-за непостоянного разрешения во всем рабочем энергетическом интервале и нелинейности шкалы при графической визуализации результатов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник электронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предварительный усилитель импульсов и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импульсов и ๫1литудный анализатор. Устройство имеет собственное время усиления «1,0 не при разбросе около 100 НС. При таком временном разрешении соответствующее энергетическое составляет 0,1 зВ при Е а 12 эВ и 3 мэВ при Е 5 за 21 .
Недостатком известного устройства является неудобство представления спектров электронов во временной шкале, что затрудняет как оценку точности измерений, так и интерпретацию результатов. При изменении энергии электронов от 920 до 0,9 эВ время пролета меняется от 25 до 800 НС, а энергетическое разрешение изменяется более чем на четыре порядка от 7,4 эВ до 0,23 мэВ соответственно.
Цель изобретения - повьлшение точности регистрации и последующего преобразования время-пролетного спектра электронов.
Поставленная цель достигается тем, что в энергоанализатор, содержащий источник электронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предварительный усилитель импульсов и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импульсов и амплитудный анализатор, введены генератор напряжения в форме гиперболы второго поряДка и импульсно-потенциальный вентиль-ограничитель, выход йоторОго подключен ко входу амплитудного анализатора, импульсный вход вентиляограничителя подключен к выходу формирователя импульсов с детектора, а потенциальный вход вентиля-ограничителя соединен с выходом генератора напряжения в форме гиперболы второго порядка, вход которого соединен с выходом генератора стартовых импульсов я с отпирающим электродом источника электронов.о
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого эиергоанализатора.
Энергоанализатор содержит источник 1 электронов (фотокатод или вторичный эмиттер), эмиссия с которого исследуется, сетку 2 для создания отрезающего поля с временным окном порядка 1 НС, пролетную базу 3 (длиной L - 40 см), детектор 4 электронов/ предусилитель 5 импульсный/ формирователь 6 стандартных импульсов, импульсно-потенциальный вентиль (ИПВ) 7/ амплитудный анализатор 8 импульсов/ генератор 9 стартовых импульсов и генератор 10 напряжения в форме гиперболы второго порядка.
Энергоанализатор работает следующим образом.
,Выбитые из фотокатода 1 излучение (пУ/Ер) электроны в отсутствии эапиракмцего поля сетки 2 проходят пространство дрейфа вдоль базы А. за время
t U /V2 Е; /т
сообразно своей начальной энергии Е В конце пути за сеткой перед шевроном электроны ускоряются до 500 эВ и дают начало ливням умножения внутри МКП, причем временное расположение их, а значит, и импульсов HJI коллекторе МКП также соответствует
функции t f(E-), данной выше, с точностью до собственного разрешения МКП. Усиленные и сформированные импульсы в неизменном временном расположении подаются на импульсно-потенциальный вентиль (закрытый вход).
Начало электронному пучку дает импульс ст-арт-генератора 9. Этот же импульс старт-генератора запускает генератор гиперболы второго порядка, состоящий из стартового триггера, генератора линейно-изменяющегося напряжения (интегрирующий усилитель) и функционального преобразователя (на одном решающем усилителе с входными реэистивно-диодными цепями с заземленными анодами), осуществляющего кусочно-линейную аппроксимацию положительног«г напряжения подставки для импульсно-потенциального вентиляо(для его открытого входа) вида V k/t, где амплитуды тах Чиау могут принимать значения соответственно до 1000 не и б В.ИПВ 7 работает как ограничитель отрицательных импульсов сверху на нулевом уровне при пороге Vp k/t, зависящем от времени таким образом, что на анализаторе 8 поступают ограниченные импульсы, имеющие разностную амплитуду А А - А в соответствии с фазой t гиперболы. Следовательно, электрон с малой энергией и большим временем пролета создает стандартный импульс в точке большой фазы гиперболы с малой подставкой и noctynaeT на анализатор 8 с большой амплитудой А А.; - А(, и наоборот. Поскольку подставка зависит от времени По закону k/t, то амплитуда А линейна относительно начальной энергии Е- электрона.
При зависимости времени проленапряжении генератора квадратичной гиперболы А« k/t , включаемого одновременно с электроннь пучком (t bt), на анализатор импульсов поступают импульсы с амплитудой
Д-Д-Д -А -
- с ч с
д 2k
/т.е. А
с mui
Предлагаемый энергоанализатор позволяет преобразовать амплитудный спектр сигнальных импульсов таким образом/ что делает метрику его оси абсцисс линейной относительно начальных энергий эмиттировавших электронов. В результате этого отпадает
необходимость в дальнейшей обработке зарегистрированных спектров с целью их линеаризации и приведения к виду/ удобному для дальнейшей работы.
Формула изобретения
Энергоанализатор электронов по времени пролета, содержащий источник электронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предварительный усилитель и 4пyльcoв и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импульсов и амплитудный анализатор, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с-целью повышения точности регистрации и последующего преобразования время-пролетного спектра электронов, в него введены генератор напряжения в форме гиперболы второго порядка и импульсно-пртенциальный вентиль-ограничитель, выход которого подключен к входу амплитудного анализатора, импульсный вход вентиля-ограничитвл г подключен к выходу формирователя импульсов с детектора, а потенциальный вход вентиля-ограничителя соединен с выходом генератора напряжения ,в форме гиперболы второго порядка, вход которого соединен с выходом генератора стартовых импульсов И с отпирающим электродом источника электронов,
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
5 Putsed Electron Beam Time-of-F8ight Spectrometer.-Rev.Sci.Instrura.v.48 1977, 12, p. 1682,1 (прототип).
