Электростатический энергоаназилатор заряженных частиц

(19) (И 01 Л 49/48 НИЕ ИЗОБРЕТЕН РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ из которых плоскии, с системой и питания, источник заракенных час расп ению нитех ффе электродам стороны плоского электрода симметрично относительно плоскости, проходящей через центр плоского электрода перпендикулярно ему,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения разрешающей способности и упрощения конструкции,другой электрод выполнен в виде цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной плоскому электроду, иобращен вогнутостью в сторону последнего. тро ЕСКИЙЧАСТИЦродов,Е соод ГосудАРственный номитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Ордена Ленина физикоческий институт им. А.Ф.Ио(56) Афанасьев В,П, и др. Элстатические энергоанализатопучков заряженных частиц. М(54)(57) ЭЛЕКТРОСТАТИЧАНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХдержащий систему элект иц и приемник тока пуч оженные с внешней по о1 1Изобретение относится к спектрометрии элементарных частиц, а именно к анализу заряженных частиц поэнергии,Известен электростатическийэнергоанализатор заряженных частицс двумерным полем, образованныйдвумя коаксиальными цилиндрическими электродами либо их частями (цилиндрическое зеркало), Источник иприемник заряженных частиц расположены внутри малого цилиндра симметрично Относительно плоскости,проходящей через середины упомянутых электродов,Цилиндрическое зеркало имеетвысокую разрешающую способностьвследствие малой величины линейнойдисперсии и большого коэффициентааберрации третьего порядка. Егонедостатком является также большие размеры в продольном и поперечном направлениях. Кроме того,у цилиндрического зеркала отсутствует воэможность фокусировки в азимутальном направлении всех пучков,кроме конических, ось которых совпадает с осью энергоанализатора. Известен электростатическийэнергоанализатор с двумерным полем,образованным двумя электродами вформе гиперболических цилиндров(гиперболическое зеркало), Источники приемник заряженных частиц расположены вне поля симметрично относительно плоскости, проходящей через середины гиперболических электродов, которые искривлены своейвогнутостью к источнику и приемнику,Недостатком гиперболическогозеркала является, в первую очередь,сложная форма электродов,из-за чегооно не нашло применения на практике,Кроме того, гиперболическое зеркало имеет сравнительно большой коэффициент аберрации второго порядкав вертикальной плоскости, что ограничивает его разрушающую способность,Ближайшим по технической сущности к изобретению является электростатический энергоанализатор заряженных частиц с двумерным полем,содержащий электроды, один иэ которых плоский, с системой питанияэлектродов, источник заряженныхчастиц и приемник, расположенные120870с внешней стороны плоского электро- да симметрично относительно плос 45 50 55 10 15 20 25 30 35 40 кости, проходящей через серединуупомянутого электрода. После такого анализатора образовано двумяпарами противолежащих плоских электродов, расположенных так, что в сечении получается прямоугольник (коробчатый анализатор), Величина линейной дисперсии коробчатого анализатора 1) =1,26 , где- расстояние вдоль продольной оси между источником и приемником, Величинаглавного аберрационного члена коробчатого анализатора Е =(1,98 М +3+ 1,46) 1 где М. и- углы раствора пучка в горизонтальной. (Плоскость дисперсии) и в вертикальнойплоскостях соответственно,Недостатком указанного анализатора является малая разрешающаяспособность, которая прямо пропорционалъна Э и обратно пропорциональна Я вследствие большого коэффициента аберрации второго порядкав вертикальной плоскости С=0,731,Другим недостатком коробчатого анализатора является сложная конструкция из-за наличия четырех электродов,Целью изобретения является увеличение разрешающей способности иупрощение конструкции энергоанализатора.Цель достигается тем, что вэлектростатическом энергоанализаторе заряженных частиц, содержащем систему электродов, один изкоторых плоский; с системой их питания, источник заряженных частици приемник тока пучка, расположенные с внешней по отношению к электродам стороны плоского электродасимметрично относительно плоскости,проходящей через центр плоскогоэлектрода перпендикулярно ему, другой электрод выполнен в виде цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной плоскому электроду, иобращен вогнутостью в сторону последнего,На фиг,1 изображена схема электростатического анализатора в плоскости дисперсии (МОЕ) и в вертикальной плоскости (10); на фиг,2 (а,б,в) - варианты поперечного сеченияего электродов,Знергоанализатор состоит из источника 1 заряженных частиц, двухгд между входом водом из него центаекторни пучка,Ианализатора,сила э разно равная отношениюпотенциалов между егоэлектродами 7 к ускорящему потенциалу У;начальный угол наклонацентральной траекториина входе в поле;- величина максимальногоудаления центральной тектории пучка от продолной оси;- кратчайшисточник кс ее расстояние о а и приемника д я, при котором к ая п электродов 2, 3 для формированияэлектростатического поля и приемника 4 тока пучка,Работа предлагаемого устройствасостоит в следующем,Из источника 1, ось которогорасположена под углом к границеполя, выходит пучок заряженных частиц, который попадает в электростатическое поле, образованное в пространстве между электродами плоским 2 и цилиндрическим 3, Ход траектории пучка в этом поле являетсязеркально симметричным (при выполнении определенных условий) относительно плоскости, проходящей через точку его поворота, В указанном поле происходит разделение пучка заряженных частиц по энергиитаким образом, что при данной напряженности поля частицы с одинаковойэнергией попадают в приемник 4,расположенный зеркально симметрично относительно источника 1.Величина линейной дисперсии Зодного из вариантов предлагаемогоэнергоанализатора, у которого высота сегмента цилиндрического электрода 3 равна его радиусу к (энергоанализатор полуцилиндрического типасм.фиг,2 б),имеет следующий вид:осуществляется фокусировка по углу в плоскостидисперсии,Ск 43 Кэ С ц - Оэ 2Разрешающая способность энерго 0анализатора по основанию2,м,.аширина входходкой щеленейное ув и вые 6,ли(н личение каль для приборого типа Мтогда разрредлагаемогоолуцилиндричеимальном ре шающая энергоского ти- жиме Пустьспособ ть и лизатор в о 0 6ф + (1 ф 06 0 +О э 05где- углы раствора пуч плоскостях Х 02 и 1 соответственно,Автором написана система дифференциальных уравнений для траекториизаряженных частиц в плоскости дисперсии (ХОЕ) и в вертикальной плоскости ( 102), которая решена численно на ЭВМ, что позволяет определить условия пространственной фокусировки, т.е. фокусировки первогопорядка, одновременно в двух плоскостях Х 02 и УО Е . Наличие трехнезависимых параметров 1 , 9 ипозволяет наряду с пространственнойфокусировкой получить в плоскостидисперсии более острую фокусировку,а именно, фокусировку второго порядка. Такой оптимальный режим работы предлагаемого энергоанализатора осуществляется при 1 =0,677,9 = 49,7 и и = 0,625, При этомвеличина линейной дисперсииЭ =1,201,а величины старших аберрационныхкоэффициентов в плоскости дисперсии Ск и в вертикальной плоСкости С, рассчитанные по формуламУкоторые здесь из-за гормоздкости неприводятся, оказались равными/ Ти ВНИИПИфгосуд по делам 3035, Москва, 136 3 одписн омитета СССР открытий я наб., д, 4/5 Патент" 5 11В изобретении дополнительно улучшается по крайней мере один из электронно-оптических параметров энергоанализатора при неизменности остальных. Это достигается за счет варьирования еще одного (четвертого) независимого параметра, а именно высоты сегмента 11 в поперечном сечении цилиндрического электрода (см,фиг,2 а,в),Сравним разрешающую способность предлагаемого энергоанализатора с прототипом. У коробчатого анализатора разрешающая способность чДля максимально возможных углов0,08 и 8 = 0,01 К разрешающая способность коробчатого анализатора я , = 77, а у предлагаемого анализатора полуцилиндрического типа 6 = 181, т,е, при одинаковой све- . тосиле разрешающая способность предлагаемого анализатора, более чем в 2 раза больше,ЬДля оС = 0,08;= 0,01 и- 0,00111, й = 178; а Й и = 759,При увеличении вертикального угладо= 0,03 разрешающая способностьпредлагаемого анализатора 8 , =722,т,е, становится равной разрешающейспособности коробчатого анализаторапри светосиле в 3 раза большей, Габаритные размеры предлагаемого1 О анализатора в продольном направлении на 207. больше, чем у прототипа, а в поперечном в 1,5 раза меньше. Конструктивно предлагаемый анализатор проще, так как содержит5 лишь два электрода простой формы,в то время как у прототипа такихэлектродов четыре,Предлагаемый электростатическийанализатор может быть использован2 О для анализа энергетического спектра заряженных частиц при исследовании элементного и химического состава материалов в эмиссионной и СВЧэлектронике, электронной спектро 25 скопии, растровой электронной микроскопии,при изучении элементарныхвений, в космических исследованияхи т.д,город, ул, Проектная, 4