Ионно-эмиссионный микроскопмикроанализатор

276269 Союз Советских Социалистических Республик(л. 21 д 37 рисоединением заявкиКомитет по делам зобретений и открытий при Совете Министров СССРубликовано 14.711.1970. Бюллетень23 Дата опубликования описания 23,1 Х.1970 Авторизобретени В. Т, Череп титут металлофизики АН Украинско вител ОННО-ЭМИССИОННЫЙ МИК МИКРОАНАЛ ИЗАТОР КОП Ионно-эмиссионные микроскопы-микроянализаторы применяются для наблюдения структуры монолитных образцов и осущест. вления локального химического анализа поверхности.Известна конструкция ионно-эмиссионного микроскопа-микроанализятора. в котором Осуществляется сканирование первичного изображения относительно диафрагмы и последук- щий масс-спектральный анализ ионов каждого элемента изображения.Известный ионно-эмиссионный микроскопмикроанализатор содержит ионный источник. аксиально-симметричную электростатическую оптическую систему, коллектор ионов, диафрагму, регистрируюцтее устройство, систему развертки, синхронизированную с регистрирующим устройством и пропускающую увеличенное ионное изображение поэлементпо через диафрагму и анализатор масс, установленный между диафрагмой и коллектором ионов.Однако в таком микроскопе-микроацялизаторе осуществляется лишь одноканальная регистрация ионного изображения.Целью настоящего изобретения являет;я создание возможности одновременной многоканальной регистрации изображений, Образуемых ионами, эмиттированными с одного и того же участка исследуемой поверхности образца и соответствующими различным эле ментам, входягцим в состав образца.Предлагаемый ионно-эмиссцоцныц микроскоп отличается от известных тем, что диа.5 фрагма снабжена несколькими отверстиями,расположенными симметрично относительно оптической оси.микроскопа причем число установленных в микроскопе масс-анализаторов ц коллекторов попов соответству ет числу от верстий в диафрагме: между указанной диафрагмой и анализаторами масс помещеча электростатическая линза, создающая тормозящее электрическое поле, снцжаюшсе энергию ионов, прошедших через отверстия в диа фрагме, и просктирующая увеличенное ионноеизображение отверстий в диафрагме на плоскость Входных диафрагм коллекторов ионов н разветвляющая ионные пучки таким образом, что каждый из них проходит через отдельный 20 масс-анализатор, установленный так, что оптическая ось масс-анализатора совпадает с осью соответствующего ионного пучка.В качесгве анализаторов масс примененырадиочастотные масс-спектрометры.25 Такое сочетание диафрагмы с несколькихгиотверстиями и тормозящей линзь позволяет осуществить прц поэлементном пропусканцц увеличенного ионного изображения через диафрагму независимую регулировку ускоряю щцх напряжения (т. е. энергии ионов) до ипосле прсхон(дени 1 указанноЙ диягррагмы.Поскольку формирование ионного изображе 1 ИЯ ЗавврШаЕТСЯ В ПЛОСКОСТИ дИафраГМЫ, ТОпосле прохождения ионами этой диафрагмыи.( энергия мо)г(ет быть снижена в тормозящей 5линзе без ущерба для опти геской разрсша;ощей спссссности микроскопа. С 1 и)кеггие энергии ионов до уровня порядка 100 эв позволя"тприменить в качестве анализатора масс радиочастотный масс-спектрометр, что згз гительно упрощает конструкцию устройства, Согласно изобретению, в качестве анализаоровмасс в многоканальном микроскопе-мпкроанализаторе применены монопольные радиочастотные масс-спектрометры. ЛМасс-спектрометр 15такого типа имеет низкую чувствительность кьариациям энергии анализруехгьгх ионов, малогабаритен и допускает конструктивное объединение нескольких масс-анализаторов околооптической оси микроскопа, что неосходимо 20для многоканальной регистрации ионных изобр ажений.предлагаемый многоканальный ионно-эмиссионный микроскоп-лгикроанализатор схематически изображен на чертеже. 25На стенке вакуумной камеры установленионный источник 1, внутри камеры размещеныисследуемый объект 2, эмиссионная линза 3,электростатический экран 4, диафрагма 5,снабженная несколькими отверстиями, размер 50которых равен величине оптического;разрешения на поверхности образца, умноженнойна ионно-оптическое увеличение в плоскостггдиафрагмы,Отверстия размещены сиюетрично Огносительно оптической оси микроскопа, в пределахполя изображения, а число их равно числуканалов микроскопа. НепосредствсП за диафрагмой 5 установлена электростатическаялинза б, первый электрод которой имеет потенциал диафрагмы 5, а второй заземлен Затормозящей линзой б установлены монопольные масс-анализаторы, состоящие пз угловых электродов 7 и круглых электродов 8.Угловые электроды заземлены, а к круглым 45подведены постоянные и радиочастотные напряжения от генераторов 9. Каждый массанализатор соответствует отверстию в диафр агае 5. За масс-анализаторами установлены коллекторы 10 ионов. Для усиления сигнала коллектора 10 используются усилители11, а для наблюдения изображения - регистрирующие устройства 12 гг(инескопьг), которые синхронизируются общей системой развертки 13, Эта же система развертки используется для осуществления сканирования первичного изображения относительно диафрагмы при помощи отклоняющих устройств 14.Электрод линзы 3, ихгеющий самый высокийотносительно земли потенциал, связа 1 электрически и механически с электростатическимэкраном 4, на другом кочце которого устачовлена диафрагма 5,Описанное устройство работает следующимобразом, 65 Обьект, подле)кащий исследованию, обл - чается пучкозг ионов из ионного источни:(а 1, В результате бомбардирогп(и объекта 2 образуются вторичные ионы, характеризующие распределение химических элементов в пов.рхности. Эмиттированньге ионы ускоряются эмиссионной линзой 3 и фокусируются в плоскости диафрагмы 5, образуя первичное 1 о иное изобра)кение. Ионы элехгента пзооражения, выделенньге отверстиями в диафрагме. тормозятся в линзе б, котопгя так)ке создает увеличенное изсбражеП отверстий в диа. (1 рагме 5 в плоскосги коллектора 10 ионоз. За счет этого получается рчзветвление пучков ионов, прошедших через ка)кдое из упомян; - тых отверстий, причем оси гучков лежат в поверхности конуса с вершиной в кроссовере тормозящей линзы б.Затормо)кенные ионы попадают в просранство между угловыми электродами 7 и круг.- лыми электродами 8 монопольных масс-апализаторов. Сочетание высокочастотного и постоянного полей в этом пространстве действует так, что при даннопг соотношении между амплитудой переменного напряжения, его частотой и постоянным напряжением, прглс)кенны.5 к электроду 8, на коллектор ионов поггадают ионы с определенньгм отношением заряда к массе,Сигнал с детектора ионов после усилсП используется для модуляции яркости "ветового пятна кинескопа. Развертывающее устройство 13 перехещает пятна кинескопа 12 синхронно с перемещением ионного изображения относительчо диафрагмы 5, в результате чего на экранах получают изображение Поверхности, характеризующее распрсделе гие ионов определенной мчссы в соответствии с настройкой каждого из масс-анализаторов. Получаемые изооражепия смещены друг относительно друга, однако, поскольку все отверстия в диафрагме 5 находятся в пределах поля первичного изображения, имеется участок образца, где все полученные изображения перекрываются, Этот участок и соответ ствует многоканальной одновременной регистрации химического состава поверхности.Предмет изобретения1. Ионно-эхгиссиснныЙ згикдоскоп-ликро)нализатор, содержащий ионный источник, аксиально-симметричную электростатическую оптическую систему, коллектор ионов, диафрагму, регистрирующее устройство, систему развертки, синхронизированную с регистрирующим устройством и пропускающую увеличенное ионное изображение поэлементно через диафрагму, анализатор масс, установленный между диафрггмой и коллектором гонов, Отгичающайся тем, что, с целью обеспечения возможности многоканальной регистрации хи.ического состава исследуемого участка поверхности образца., указанная диафрагма снаб)кена несколькими отверстиями, располс.480 Г 1 одписноеоткрытий при Совете Министров СССР кая нао., д. 4 о Тира елам изобретений 1 осква, Ж, Рау Заказ 2636/14Ц 11 ИИПИ Комитет ипография, пр. Сапунова, 2 женными симметрично относительно оптпчекой оси микроскопа, причем число усганов ченных в микроскопе масс-анализаторов и коллекторов ионов соответствует числу отверстий в диафрагме, между указанной диафрагмой и анализаторами масс помецена электрсстатическая линза, создающая тормозящее электрическое полс, снижающее энергию ионов, прошедшик через отверстия в диафрагме, и проектирующая увеличенное ионное изображение отвертий в диафрагме на плоскость вкоднык иафрагм коллекторов ионов и разветвляюгцая ионные пучки таким ооразом, что каждый нз ни прокоднт через отде;ьный 5 асс-анализатор, установленный так, что опп 1- 5 ческая ось масс-анализатора совпадает с осьосоотвегствлощего ионного и чка. 2, Микроскоп-мпкроаналпзатор по п, 1, от.гггчаюгггггг 1 ся тем, что в качестве анализаторов 10 масс применены радиочастотные масс-спектрометры.