Электростатический энергоанализатор заряженных частиц Советский патент 1982 года по МПК H01J49/48 

Энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало, выбранный в качестве прототипа, получил широкое распространение, так как обладает высокой светосилой и имеет сравнительно простую конструкцию. Относительная дисперсия цилиндрического зеркала Дог,, 0,91, а его удельная дисперсия составляет Дуд а 0,18. Недостатком прототипа - цилиндрического зеркала являются большие размеры npHi6opa в продольном ,l т (где .г - радиус внутреннего щилиндра) и поперечном направлении d-4 г (где d - диаметр внешнего цилиндра). Кроме того, прибор имеет сравнительно малую дисперсию Д 5,6 и сравнительно большой коэффициент аберрации третьего порядка ,4 г, что определяет невысокий уровень относительной и удельной дисперсии. Целью изобретения является повышение дисперсии электростатического анализатора заряженных частиц по энергии и уменьшение его габаритов. Эта щель достигается тем, что в электростатическом энергоанализаторе заряженных частиц, содержащем узел .формирования пучка заряженных частиц, узел формирования поля в виде двух электродов, источник постоянного напряжения и приемник заряженных частиц, один из электродов узла формирования поля вьь полнен в виде двугранного угла величиной -г- ±0,01, а другой его электрод расположен внутри первого симметрично относительно плоскости, проходящей через ребро двугранного угла и делящей его пополам, причем узел формирования пучка и приемник заряженных частиц расположены с внешней стороны второго электрода. Поле, создаваемое такими электродами, имеет плоскость симметрии и растет пропорционально кубу расстояния, отсчитываемого от ребра двугранного угла по направлению ко второму электроду, т. е. является сильно неоднородным. При впуске пучка заряженных частиц в поле предлагаемого энергоанализатора с внешней стороны второго электрода дисперсия по энергии увеличивается, а расстояние меж ДУ входом и выходом пучка из поля умень шается за счет сильного возрастания отклоняющего действия электростатического поля, изменяющегося по кубическому закону. При этом источник, узел формирования и приемник заряженных частиц должны находиться с внешней стороны второго электрода. Ниже дано аналитическое выражение для расстояния между входом в поле и выходом из поля .центральной траектории пучка заряженных частиц в плоскости дисПерсии XOZ (плоскость симметрии поля): -/Tlf- КТ г-Л 4 /ф где .Лмин I/ 1 , е агс cosЗдесь V vi g - разность потенциалов и расстояние между электродами энергоанализатора, соответственно: Ф - ускоряющий потенциал; в - угол наклона центральной траектории пучка на входе в поле, образованный с осью Z; Х,„.л - координата точки поворота центральной траектории пучка; rjs, -г-1 - эллиптический инI- 4 теграл первого рода. Дифференцируя выражение (.1) по энергии и доумножая на энергию частиц, получим формулу для дисперсии прибора 2 и«„ sin 0 cos в При определенной связи параметров и 8 в предлагаемом энергоанализаторе может быть осуществлена фокусировка до второго порядка включительно в плоскости дисперсии. На фиг. 1 представлено поперечное сечение предлагаемого электростатического энергоанализатора; на фиг. 2 приведена его схема в плоскости дисперсии. Предлагаемый энергоанализатор состоит из узла формирования пучка заряженных частиц 1, узла формирования поля, содержащего электроды 2 и 3, приемника заряженных частвц 4. Энергоанализатор работает следующим образом. Из узла для формирования пучка 1, ось которого расположена под углом к границе поля, выходит пучок заряженных частиц 5, попадающий в электростатическое поле, образованное в пространстве между электродами 2 и 3. Ход траектории пучка в этом поле является зеркально симметричным (при определенных условиях) относительно плоскости, проходящей через точку его поворота. В указаином поле происходит разделение пучка заряженных частиц по энергии таким образом, что при данной напряженности поля частицы с одинаковой энергией попадают в приемиик 4, расположенный зеркально симметрично относительно узла формирования 1. Приводим результаты расчета относительной и удельной дисперсии предлапаемого анализатра по энергии. Оптимальным режимом, при котором осуществляется фокусировка второго порядка и имеет место максимальное значеуние дисперсии, оказался режим с ,986 и 0 -73,5° для случая фокусировки на краю поля (). При этом в соответстВИИ с формулами (1) и (2) имеем ,90 g и Д 6,5 g- Коэффициент аберрации третьего порядка для этого режима оказался равным ,0 g. Тогда величина относительной дисперсии предлагаемого прибора Дотн 7,2, а величина его удельной дисперсии ,40. Полученные величины относительной дисперсии в 8 раз, а удельной дисперсии в 2,2 раза превышают соответствуюш.ие величины прототипа (Цилиндрического зеркала). Таким образом, предлагаемый электроСтатический энергоанализатор позволяет примерно на порядок превысить относительную дисперсию известных приборов, что дает возможность повысить дисперсию энергоанализатора при одновременном сокращении его размеров. При этом в плоскости дисперсии предлагаемого энергоана-лизатора осуществляется фокусировка второго порядка по углу, что обеспечивает вйигрыш в удельной дисперсии по сравне-нию с лучшими известными приборами такого типа. Описываемый энергоанализатор прост в конструктивном отнощении. Формула изобретения Электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий узел формирования пучка заряженных частиц, узел формирования поля в виде двух электродов,, источник постоянного напряжения и приемник заряженных частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения дисперсии прибора по энергии и уменьшения его габаритов, один из электродов узла формирования поля выполнен в виде двугранного угла величиной -г- ± 0,.01, а другой его электрод расположен внутри первого симметрично относительно плоскости, проходящей через ребро двугранного угла и делящей его пополам, причем узел формирования пучка и приемник заряженных частиц распложенны с внешней стороны второго электрода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1.Афанасьев В. П.,. Явор С. Я- Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука, 1978, с. 53-70. 2.Афанасьев В. П., Ябор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука, 1978, с. 184-188. 3.Афанасьев В. П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука, 1978, с. 125-143. 4.Афанасьев В. П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частищ, М., «Наука, 1978, с. 181-185. 5.Фридрихов С. А. Энергоанализаторы и монохроматоры для электронной спектроскопии. Л., изд. ЛГУ, 1978, с. 60-61, с. 68-77 (прототип).