Устройство для регистрации энергетических спектров электронов

О П И С А Н И Е пц 475686ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сова йеетеиик Социалистических Ресдчблик61) Зависимое от авт 22) Заявлено 02.02,73 видетельства(32) Прпорит Совета в 1 нннстров СССло делам изобретенийи открытий публиковано 30.06.75. Бюллетень24ата опубликования описания 18.09.75 3) УДК 621.384(71) Заявител ОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ(54 ыхойсти д Изобретение относится к технике спектроскопии заряженных частиц малых и средних энергий и может быть применено для получения энергетических спектров ионов и электронов, освобождаемых при взаимодействии корпускулярного и электромагнитного излучения в области энергий 50 в 20 эв с конденсированной средой и изолированными атомами. Оно может быть использовано с наибольшим эффектом при исследовании энергетики неодноэлектронных процессов в разного рода эмиссиях при больших энергиях возбуждения, а также при излучении Ожепроцессов, переходов при кратной ионизации, эффектов размножения электронных возбуждений и рассеяния энергии возбужденных электронов внутри твердого тела,Известны приборы для исследования энергетических спектров фото- вторичной электронной эмиссии, состоящие из магнитн и электростатических анализаторов, устр в ввода эмиссии в анализирующее поле етекторов заряженных частиц.Так, например, в приборе для анализа рентгеновской фотоэмиссии по энергиям используется магнитный анализатор электронных энергий, в фокальной плоскости которого установлен блок канальных электронных умножителей (КЭУ) (микроканальная плата), усиливающий в 10" - 10 крат электронные потоки, которые ооразуют изображение электронных линий, и охватывающий участок спектра электронов в 10 эв одновременно.Расположенный за канальной платой фос форесцирующий экран при подаче на неговысокого напряжения преобразует импульсы тока умножителей в световые вспышки, которые регистрируются сканирующей,видеокамерой и многоканальным анализатором с 10 электронной памятью.Недостатками описанного прототипа являются невозможность регистрации электронных спектров одновременно во всей области энергий эмиттирующих электронов до 60 - - 15 70 эв и связанная с этим невозможность непосредственного получения парциальных энергетических спектров электронов в эмиссионный пачках с какой-либо определенной интересующей численностью.20 В предлагаемом устройстве с целью прямойрегистрации энергетического распределения электронов в эмиссионных пачках любой численности, за блоком канальных электронных умножителей по ходу электронных пучков ус тановлены последовательно суммирующая ускоряющая сетка с 50% -ныл пропусканием электронов, двухсеточный замедлптель электронов, управлгпощая сетка с 90%-ным пропусканием и запоминающая пластина потен циалоскопической электроннолучевой трубки,50 55 60 65 причем суммирующая сетка подключена ко входу дифференциального амплитудного анализатора импульсов, выход которого подсоединен к управляющей сетке.Между блоком канальных умножителей и запоминающей пластиной ЭЛТ приложено постоянное электромагнитное поле, достаточное для стигматической фокусировки электронных пучков на поверхности запоминающей пластины.На чертеже изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого устройства (разрез в меридиональной плоскости), где 1 - мишень, эмиссия с которой исследуется, 2 - электронный магнитный 180-ный анализатор с входной щелью, 3 - блок КЭУ с диаметром отдельных каналов в несколько десятков мкм, 4 - суммирующая сетка с прозрачностью Т для электронов - 50 Я 5 - 6 - двухсеточный замедлитель электронов, 7 - управляющая сетка, Т/О, 8 - запоминающая пластина потенциалоскопической ЭЛ Г, 9 -- горизонтально отклоняющие пластины ЗЛТ, 10 - вертикально отклоняющие пластины, 11 - электронная пушка ЭЛТ; ААИ - амплитудный анализатор импульсов.Прибор работает следующим образом.Пучок монохроматического света или моно- энергетических электронов возбуждает электронную эмиссию из мишени 1 (например, из фотокатода), которая ускоряется электрическим полем и фокусируется так, что целикоы проходит во входную щель анализатора 2. В однородном поперечном магнитном поле траектории электронов любых энергий Е представляют собой окружности, поэтому в фокальной плоскости анализатора электроны одинаковых энергий при повороте на 180 фокусируются в узкие линии, перпендикулярные меридианальному сечению, причем ширина их тем больше, чем шире входная щель и больше угловая апертура входного, пучка.При достаточно малом сечении индивидуальных КЭУ (порядка десятков мкм) и их высокой эффективности (0,8 - 0,9 при Еэв) контур электронной линии переносится на .выходную плоскость блока КЭУ-З, конечно, с некоторыми искажениями.Далее, по выходе из блока 3, усиленные пучки электронов фокусируются с помощью комбинированной магнитоэлектростатической фокусирующей электроннооптической системы (в нее входят ускоряющая сетка 4 и магнитная линза, не показанная на чертеже) ла запоминающую пластину 8 ЭЛТ - потенциалоскопа, так, что осуществляется перенос изображения электронного спектра с выхода блока КЭУ на запоминающую пластину 8,Таким образом, на пластине 8 образуется потенциальный рельеф, соответствующий энергетическому (суммарному для вссх пачек) спектру электронной эмиссии.Сетки 4 и 7 служат для обеспечения условий управления процессом регистрации энер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 гетических спектров по совпадениям во времени импульсов от отдельных КЭУ.Сетка 4 имеет Т=50% при размерах ячейки в несколько десятков КМК. Это позволяет отобрать на нее около 50% электронов из каждого индивидуального КЭУ.Поскольку входная апертура КЭУ невелика (несколько сот квадратных мкм), можно предположить, что при небольших интенсивностях электронного потока на вход каждого КЭУ в течение его разрешающего времени (-5 нсек) попадает не более одного электрона. Тогда совпадение во времени токовых импульсов КЭУ будет означать (с точностью до разрешающего времени -5 нсек) принадлежность вызывающих их электронов к одной эмиссионной пачке.Если КЭУ все работают в режиме насыщения и, следовательно, импульсы тока на выходе их всегда имеют одну и ту же величину (амплитудное распределение (АР) напоминает по виду 6-функцию) и если, кроме того, коэффициент усиления не очень сильно варьирует в пределах полезной площади канальной платы, то можно считать, что амплитуда импульса напряжения, снимаемого с сетки 4, будет пропорциональна, числу электронов в пачке, эмиттируемой фотокатодом 1. Сигнал с сетки 4 подается на ААИ, который настраивается,на группу каналов, соответствующую пачкам определенной численности, и в случае обнаружения такой пачки выдет положительный разрешающий импульс на сетку 7.Все остальное время сетка 7 находится под постоянным отрицательным потенциалом, что обеспечивает запирание электронных пучков, соответствующих пачкам любой другой численности,При отпирании сетки 7 эмиссия, соответствующая пачкам с исследуемой численностью, создает на пластине 8 потенциалоскопа потенциальный рельеф, сохраняя пространственное линейчатое распределение по энергиям, как уже отмечалось выше, при условии отигматической фокусировки. Расчет времени пролета электронами расстояния в 10 мм между сетками 4 и 7 при энергии в 1 кэв,дает величину 0,5,нсек. Этого времени совершенно недостаточно для работы ААИ даже наносекундного диапазона. Поэтому в увеличенное пространство между сетками 4 и 7 введены еще две, 5 и 6, сетки высокого (90 О/о) пропускания, находящиеся под одинаковым низким напряжением и образующие, таким образом, замедлитель электронных пучков.При выборе соответствующих потенциала и расстояния между сетками (например, 2 - 4 в и 10 мм, соответственно) время прохождения электронами участка замедления может быть легко увеличено,до 10 - 30 нсек. Этого уже вполне достаточно для срабатывания схемы ААИ и выдачи импульса управления на сетку 7.Таким образом, схема управления с двумя сетками и замедлителем также из двух сеток позволяет из общего энергетического распределения выделять только те энергетические спектры, которые соответствуют выбранным пачкам.Запечатленные в виде потенциального рельефа на пластине 8, эти энергетические спектры затем легко считываются электронным лучом ЭЛТ и регистрируются самописцем, синхронизованным с медленной кадровой разверткой.Достоинством предлагаемого 1 рибора является многоканальная регистрация энергетических спектров электронных 1 ачск с высоким разрешением по площади, а следовательно, и по энергии за счет ис:;ользования блока КЭУ.К числу недостатков прибора следует отнести возможность потери информации в случае попадания более чем одного элек 1 рона одновременно в один и тот же КЭУ.Однако этот недостаток устраним при использосанп 1 и В предлагаемом устройстве блоков КЭУ с оолсе высоким разрешением,Чтобы избежать ошибок из-за инерцио;шоЧтобы избежать ошибок из-за инерционности потенциалоскопа, необходимо стирание предыдущего потенциального рельефа осуществлять электронным лучом ЭЛТ при той же развертке, что и считывание; тогда время хранения зарядов становится равным для всех точек запоминающей пластины.5Предмет изобретенияУстройство для регистрации энергетическихс 1;ектров электронов, содержащее, магнитный анализатор энергий электронов и установлен ный в фокальной плоскости анализатора блокканальных электронных умножителей, отли: и ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности прямой регистрации энергетического распределения электронов в эмисси онных пачках любой численности, за блокомканал.1:.ь 1 х электронных умнож 1;тслсй по ходу электронных пучков установлены последовательно суммирующая ускоряющая сетка с оООо-ным пропуск нием электронов, двухсеточ ный замедлитель электронов, управляющаясетка с 90%-ным пропусканием и запоминающая пластина потенциалоскопической элек;оннолучсвой трубя, причем суммирующая сстка подключена ко входу дифференциально:э амг 1 л 11 тудпого анализатора импульсов, выхо: которо; о:.одсоединсн к управляющей сетке,