Спектрометр обратно рассеянных ионов низких энергий

/26. Н 01 31;5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬС(56) Волков С.С. и др. Спектроскопиобратно рассеянных ионов низкихэнергий. - В сб,: Обзоры по электронике, М., 1981, с.7, в 15 (820),с.37.Патент США У 3920990,кл. Н 01,3 49/00, 1974.(54) СПЕКТРОМЕТР ОБРАТНО РАССЕЯННЫХ ИОНОВ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ(57) Изобретениепозволяет проводить элементный анализ поверхностии может быть использовано, например, в электронной технике. Цельизобретения - повышение энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов. Первичныйионный пучок ионной пушки 8 фокусируется диафрагмой 6 и линзой на поверхность исследуемого образца 2Отклоняющая система 1 О направляет пучок обратно рассеянных ионов в фокальную область анализатора 3. В пространстве между электродами 4 и 5 рассеянные ионы разделяют го энергиям. Ионы с определенной энергией, траектории которых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходят выходную щель электрода 5, фокусируются диафрагмой 6 и попадают на коллектор 7. Импульсы регистрируются измерительной схемой 13, Измерение интенсивности рассеянных ионов различных энергий осуществляют изменением напряжения на электро- Р дах 4 и, 5 источником 12. Вероятностьф столкновения Ъ рассеянного иона .первичного пучка с ионом обратно рассеяного лучка определяется коли- Се чеством и, встречных первичных ионов,Э пролетевших через пересекаемую область пучка длиной 1 , сечением столкновения ионов б и площадью 5 пучка В ="1 и составляет Ю яф . я 10 О, т.е. практически не влияет на результаты измерений. 1 ил,Изобретение относится к устройст- вам для элементного анализа поверхности и может быть использовано в электронной технике, металловедении, каталитической химии, ядерной 5 физике.Целью изобретения является повыше ние энергетического разрешения спектрометра обратно рассеянных ионов на основе электростатического анализа О тора типа "цилиндрическое зеркало" и соосной с ним ионной пушки за счет регистрации вторичных ионов после пересечения их траекторий с осью устройства. 5На чертеже изображена функциональная схема спектрометра.Спектрометр включает подвижный держатель 1, на котором закреплен исследуемый образец 2, энергетичес кий анализатор 3 типа "цилиндрическое зеркало" с внешним электродом 4, внутренним электродом 5, выходной диафрагмой 6 и коллектором 7, ионную пушку 8 с линзой 9 и отклоняющей 25 системой 10, расположенными во внутреннем цилиндрическом электроде 5,Диафрагма 6 расположена в фокальной плоскости ионной пушки 8, являющейся одновременно фокальной плоскостью энергоанализатора.Спектрометр содержит также источник питания 11 ионной пушки, источник линейно изменяющегося напряжения 12, соединенный с электродами 4 и 5, анализатора 3, и измерительную схему 13, соединенную с коллектором 7.Коллектор 7, в частности, может быть выполнен в виде кольцевого вторичного электронного умножителя на микроканальных пластинах (ВЭУ МКП).На чертеже изображены огибающие ,траектории первичного ионного пучка и пучка обратно рассеянных ионов.Работа спектрометра заключается в следующем. Первичный ионный пучок формируется ионной пушкой 8. Для максимального устранения попадания ионов на плоскость диафрагмы 6 ионный пучок фокусируется в отверстие диафрагмы 6. Затем расходящийся от диафрагмы 6 пучок линзой 9 фокусируется55 на поверхность исследуемого образца 2, а с помощью отклоняющей системы 10 пучок обратно рассеянных ионов,направляется в фокальную областьанализатора 3.Необходимый участок поверхностиобразца 2 выставляется в фокус анализатора с помощью подвижного держателя 1,Сталкиваясь с атомами внешнегомонослоя поьерхности образца 2, ионыпервичного пучка в результате упругого парного соударения рассеиваются в разные стороны. Рассеянные ионы,прошедшие через входную щель во внут реннем цилиндре 5 анализатора 3 впространство между электродами. 4и 5, разделяются по энергиям. Ионыс определенной энергией, траекториикоторых ограничены крайними траекториями по всему азимуту, проходятчерез выходную щель внутреннегоэлектрода 5 и фокусируются в отверстие выходной диафрагмы 6 анализатора 3.Пройдя через отверстие диафрагмы 6, ионы, двигаясь в эквипотен-.:циальном пространстве по прямолинейным траекториям, попадают на коллектор 7, Далее импульсы регистрируются с помощью измерительной схемы 13.Изменяя напряжение на электродах4 и 5 анализатора 3 с помощью источника 12, измеряют интенсивность рассеянных ионов разных энергий,т.е.регистрируется энергетический спектррассеянных ионов, по которому производится идентификация масс атомовповерхности, от которых рассеялисьионы.Покажем, что встречные пучкиионов первичного пучка и обратнорассеянных ионов в отверстии диафрагмы 6 не мешают друг другу.Вероятность столкновения В рассеянного иона первичного пучка сионом обратно рассеянного пучка определяется количеством П; встречных первичных ионов, пролетевшихчерез пересекаемую область пучкадлиной, сечением столкновения, бионов и площадью 5 пучкаЩ 5аКоличество встречных первичных электронов В можно определить по величине тока 1, пучка, длине пересекаемого участкаи относительной скорости 11 О, ионовЗаказ 910/58 Тираж 644 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытийПодписное Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул, Проектная, 4;ее2)где 1 - заряд электрона.Рассеянные ионы пересекают пучок,ионов в области отверстия диафрагмы 6 под углом ы , равным для данного типа анализатора оптимальномуауглу фокусировки М = 42 + ьгде 44 определяется шириной щеливо внутреннем электроде 5.При диаметре ионного пучка, равным диаметру 3 отверстия диафрагмы 6,рассеянные ионы пересекают пучок нарасстояние 3 не более1 =3/соз90- (с Ф ь Ю,)1,Относительная скорость ионов определяется суммой встречных составляющих скорости 11, ионов первичного ручка и скорости М рассеянных ионов Ущ=М+Ч,соа М, = 2 - ,Е Ф 2 - Е, сов ОС =е, е2 - Б Ф - СОВОГОо С учетом равенств 11-4) вероятность столкновения ионов равна"Отн н с) саб Г 90-(с Ь 6.1,Ф (ВнГ,2 - ,е, (1совк 1 ьп (к да)0Если принять равным= 10 А; Е = 2000 эВ; Е, = 1000 эВ; д = 42 ь =20; = О" ;1то вероятность столкйовения Ва 10.,Следовательно, токи первичных иобратно рассеянных ионов из-за рассеяния в области отверстия диафрагмы 6 уменьшаются на О 7, т,е,-8на очень малую величину и не влияют на результаты измерений. Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом показывает, чтопри одинаковой светосиле энергетическое разрешение анализатора впредлагаемом изобретении может бытьобеспечено в 2 раза больше.Кроме того, предлагаемое устройство в отличии от прототипа характеризуется возможностью использова О ыия анализатора с фокусировкой типа"ось-кольцо" с любым малым диаметром кольцевой диафрагмы, так какколлектор расположен после пересечения траекторий рассеянных ионов с 15 первичным пучком.Расположение части оптическойсистемы ионной пушки между выходной диафрагмой и исследуемым объектом позволяет повысить фокусировку 20 ионного пучка более чем в 2 раза,а соответственно увеличить пространственное и энергетическое разрешениетоже не менее, чем в 2 раза. 25 Формула из обретения Спектрометр обратно рассеянныхионов низких энергий, содержащийподвижный держатель для исследуемо-го образца, ориентированные на держатель энергетический анализатортипа "цилиндрическое зеркало" с выходной диафрагмой и с расположеннымза ней кольцевым коллектором и соосную с ним ионную пушку со средствами формирования ионного пучка,измерительную схему, подключеннуюк кольцевому коллектору,источниклинейноизменяющегося напряжения, 40 соединенный с анализатором и измерительнои схемой, и источник питания ионной пушки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения энергетического разрешения, выходная диафрагма анализатора выполнена с отверстием на осианализатора и установлена в выходной фокальной плоскости анализатора.