Энерго-массанализатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 2 9/32 49/44 Й КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО ЕНИЯ ОБР1 Д1 К Н УС ячков о ССС 1981 к физ тност с е ОПИСАНИЕ ТОРСНОМУ СВИДЕТ(57) Изобретение относитсякому приборостроению, в ча 80, 1265 устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала. Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение аналитических возможностей. Пучок частиц направляется на поверхность исследуе мого образца 3. Угол отбора анализируемых частиц относительно поверхнос ти образца 3 устанавливается поворотом энергоанализатора вместе с плоским конденсатором, системой 5 коллимирующих и ускоряющих электродов и1265890 детектором 16 вокруг оси А-А. Прианализе электронов разность потенциалов на пластинах 11 и 12 плоскогоконденсатора устанавливают равнойнулю. При анализе ионов на пластину12 подается тормозящий потенциал,Чувствительность энергомассоанализатора определяется точностью выводатраектории анализируемых частиц наось А-А. При этом конфигурация выходной щели 8 имеет вид дуги окружностис радиусом, равным одной трети расстояния между входной и выходной 8 ФИзобретение относится к физичес" кому приборостроению, в частности к устройствам для анализа ионов иэлектронов по углам, энергиям и массам, и может быть использовано для анализа поверхностных слоев материалов различными методами ионной и электронной спектроскопии с угловым разрешением. Для всестороннего анализа элементного состава, кристаллической и электронной структуры поверхности, а также при изучении ориентации и характера взаимодействия адсорбирован-, ных слоев и пленочных конденсатов не" обходнмо в единой сверхвысоковакуумной камере использовать методы как ионной, так и электронной спектроскопии с угловым разрешением.Анализ только ионов или только электронов и отсутствие данных о каком-либо из распределений (по углам, энергиям или массам) не позволяет получать полное представление о поверхности объекта.Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение ана" литических возможностей за счет обеспечения анализа электронов по угловому и энергетическому распределениям.На чертеже изображена схема устройства.Энергомассоанализатор содержит размещенные в вакуумной камере (не показана) источник 1 бомбардирующих щелями внутреннего электрода 6, чтопозволяет собрать все частицы, вошедшие в ЭА под разными углами, т,е.увеличить пропускание ЭА, уменьшивпотери при анализе частиц, что повышает его чувствительность. Так, точность анализа кристаллическойструктуры монокристаллов в устройстве увеличивается в 4 раза,точность анализа сил связи - в15 раэ, точность анализа электронной структуры поверхности -в 2,5 раза. 1 ил. 3частиц 1, систему 2 фокусировки пучка частиц на поверхность исследуемого образца 3, размещенного на манипуляторе 4. По ходу пучка анали зируемых частиц расположены система 5 коллимирующих и замедляющих электродов, энергоанализатор, состоящий из внутреннего электрода 6, в котором прорезаны входная 7 и вы 1 р ходная 8 щели, и внешнего электрода, собранного из двух симметричных электрически разъединенных частей 9 и 10. Электроды энергоанализатора имеют арочную форму, За энергоанализатором по ходу движения анализируемых частиц расположено отклоняющее устройство - плоский конденсатор, состоящий из внутренней 11 и внешней 12 пластин. Внутренняя 2 О пластина 11 имеет входную 13 и выходную 14 щели, а наружная пластина 12 плоского конденсатора имеет выходную щель 15, за которой по ходу пучка анализируемых электронов размещен детектор 16, За плоским конденсатором по ходу пучка анализируемых ионов расположены массо- анализатор 17 монопольного типа и детектор 18.Система 5 коллимирующих и замедляющих электродов энергоанализатор с электродами арочной формы, плоский конденсатор и детектор 16 электрически изолированы один от другого механически жестко связаны между со" 35бой и с помощью изоляторов 19 укреплены на поворотной платформе 20.12658 90 у 0,73 Н 9 Р,Последняя размещена на опорном подшипнике 21 и может поворачиватьсявокруг оси А-А, направление которойсовпадает с осью поворота исследуемой поверхности образца 3, проходящей через точку падения пучка бомбардирующих частиц, а также с ионнооптической осью массоанализатора 17. Устройство работает следующим 10 образом.Пучок бомбардирующих частиц генерируется источником 1, например источником ионов и фокусируется с помощью системы 2 фокусировки на15 поверхность исследуемого образца 3. Требуемый угол между направлением бомбардировки и поверхностью образца устанавливается с помощью манипулятора 4. Требуемый угол отбора анализируемых частиц относительно поверхности образца 3 устанавливается за счет поворота энергоанализатора вместе с плоским конденсатором, системой 5 коллимирующих и ускоряющих электродов и детектором 16 на опорном подшипнике 21 вокруг оси А-А. Рассеянные или эмиттированные поверхностью ионы или электроны проходят через систему 5 коллимирующих и замедляющих электродов, ограничивающих угол отбора частиц, определяя тем самым угловое разрешение анализа, и через входную щель 7 внутреннего электрода 6 попадают в энерго анализатор. В последнем частицыподвергаются анализу по энергии в поле соответствующей конфигурации, образованном внутренним электродом 6 и двумя симметричными электрически 40 разъединенными частями 9 и 10 внешнего электрода. Выходящие через выходную щель 8 внутреннего электрода 6 энергоанализатора частицы проходят через входную щель 13, прорезан; 45 ную во внутренней пластине 11 плос" кого конденсатора. При анализе электронов разность потенциалов на плас" тинах 11 и 12 плоского конденсатора устанавливают равной нулю и электро ны проходят через выходную щель 15 внешней пластины 12 и попадают в детектор 16. При анализе ионов на.пластину 12 подают тормозящий потенциал. Пучок ионов отклоняется в 55 направлении оси А-А, проходит через выходную щель 14 внутренней пластины 11, анализируется по массам в 4массоанализаторе .17 и попадает в детектор 18.Чувствительность энергомассоанализатора с угловым разрешением определяется точностью вывода траектории анализируемых частиц на ось А-А. Корректировка траектории анализируемых частиц в плоскости, перпендикулярной оси А-А, осуществляется за счет подачи корректирующей разностипотенциалов на симметричные части 9 и 10 наружного электрода энергоанализатора, При этом конфигурациявыходной щели 8, выполненной в видедуги окружности с радиусом, равным одной трети расстояния между входной 7 и Выходной 8 щелями внутреннегоэлектрода 6, обеспечивает минимальиые потери при эиергоанализе частиц. Для частиц, выходящих из точки падения первичного пучка на мишень под углом 0 (угол в плоскости хог) и углом(угол в плоскости хоу) к оси х время пролета в поле энергоанализатора меньше, чем время пролета частиц, входящих в энергоанализатор строго по направлению х (6==0 ), В результате частицы, вошедшие в энергоанализатор под одинаковыми углами 0, но разными углами , Собираются в месте выхода из энергоанализатора на внутреннем электроде по дуге окружности, концы которой направленыв сторону входной щели, При 6 - -2 имеет место фокусировка второго порядка по г и набор дуг, соответствую. щий разйичным углам входа 8 вблизи96- образуется в месте выхода из2энергоанализатора узкая криволиней.ная полоска изображения. Координаты частиц, образующих эту полоску изображения, в первом приближении прио9)70 находят после интегрирования уравнений движения в виде г = в ,с- (Осов 3+сдд)3 4 Н н где Н - ширина энергоанализатора вплоскости хоу.Вычислим радиус крйвизны К полос/оки иэображения при 9 -ф - ,0(0,73 Н О) 0,73 Н"9 - 94 НЧ 1ф2 1 О ность ВНИИПИ Заказ 5674/52Тираж 643 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Учитывая то, что Ь=2 Н, получаем К = 0,657 Н=0,328 Б "- 3 Ь,115где Е - расстояние между входной ивыходной. щелями энергоанализатора.Таким образом, размещая выходнующель по дуге окружности, радиус которой равен одной трети расстояниямежду входной и выходной щелями,можно собрать все частицы, вошедшиев энергоаналиэатор под разными углами , т.е. при прочих равных условиях увеличить пропускание анализатора,повысив тем самым чувствительВ предлагаемом устройстве информацию получают с одного и того же участка поверхности, и настройка прибора на максимальную чувствительность может осуществляться непосредствен.но по ходу анализа. Это, в свою оче редь, позволяет всесторонне исследовать поверхность твердого тела, увеличить эффективность и точность анализа. Так, точность анализа крис. таллической структуры монокристал лов предлагаемым устройством увеличивается в 4 раза, точность анализа сил связи - в 15 раз, точность анализа электронной структуры поверхности - в 2,5 раз по сравнению 45 с известным. Перечисленные факторы делают предлагаемое устройство универсальным и пригодным для анализа поверхности многими прогрессивными методами: масс-спектрометрией вторичных ионов, спектроскопией рассеяниямедленных ионов, методами электронно-стимулированной десорбции ионов,оже-электронной спектроскопии привозбуждении поверхности ионами иэлектронами, рентгеновской и фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии характеристических потерьэнергии и др., каждый из которыхобладает угловым разрешением.При этом сочетание аналитических возможностей различных методовв едином энерго-массоанализаторе сугловым разрешением ведет к экономии времени, энергетических ресурсов и является в десятки раз болеепроизводительным, чем использованиедля получения того же объема информации разрозненных методов спектроскопии поверхности твердого тела.Изобретение является особенноперспективным при анализе материалов, применяемых в полупроводниковой, эмиссионной и криогенной электронике, ядерной физике, космическом материаловедении и др. областяхтехники, где используются массивныеи пленочные объекты, обладающиеанизотропией физических и физикохимических свойств,Фформула изобретения Энергомассоанализатор по авт, св. 9 957317, отличающийс я тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения аналитических возможностей, в него дополнительно введен детектор заряженных частиц, расположенный за отклоняющим устройством, во внешнем электроде которого выполнена выходная щель, электроды анализатора имеют арочную форму, при этом внешний электрод энергоанализатора выполнен разрезным в виде двух симметричных электрически разъединенных частей, а выходная щель внутреннего электрода энергоанализатора размещена по дуге окружности с радиусом, равным одной трети расстояния между входной и выходной щелями.