Спектрометр оже-электронов

,ЯО 130 9 4 Н 01,) 49 4 0 НИЕ И СТ зСС Ана- Мето- ЗанНОВ твам мате- -элек М ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Институт, ядерной физики АН Ка(56) Иоши А., Дэвис Л., Палмберг Плиз электронов по энергиям. - В кнды анализа поверхностей./Под ред. Адерны. М.: Мир, 1979, с. 213 - 226.Авторское свидетельство СССР1093164, кл. Н 01 ) 39/38, 1984.Авторское свидетельство СССР865046, кл. Н 01 ) 49/48, 1979.Авторское свидетельство СССР1112440, кл. Н 01 1 49/46, 1982.Авторское свидетельство СССР1086991, кл. Н 01,) 49/48, 1983.(57) Изобретение относится к устройдля элементного анализа поверхностириалов методом спектроскопии Оже (О) тронов. Цель - расширение функциональных возможностей О-микроанализа поверхности твердых тел, Спектрометр О-электронов содержит микрофокусную электронную пушку 1, металлический экран 4, электроды (Э) 6, 7 цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА), причем Э 6 имеет кольцевые вырезы, затянутые металлическими сетками высокой прозрачности, приемную диафрагму 8 с отверстием, детектор 9, апертурную диафрагму 10 с кольцевым вырезом и цент. ральным отверстием. Цель достигается тем, что электростатическое сферическое зеркало выполнено из двух обращенных выпуклой стороной к ЦЗА сегментных сферических Э 2 и 3, причем Э 2 выполнены пз металлической сетки высокой прозрачности, а ЭЗ сплошной с отверстием. В описании изобретения дано металлическое выражение для расчета радиуса Э 2. Изобретение позволяет увеличить глубину и чувствительность зондирования впадин по спектрам О-электронов. 3 ил.40 45 50 Изобретение относится к устройствамдля элементного анализа поверхности материалов методом спектроскопии Оже-электронов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей Оже-микроанализа поверхности твердых тел за счет увеличения глубины и чувствительности зондирования впадин по спектрам Оже-электронов,Применение ЭСЗ с сегментными электродами, обращенными выпуклостью к ЦЗА,при условии выполнения соответствующихсоотношений между К и г, между кинетической энергкей анализируемых электронов и отклоняющими потенциалами электростатических зеркал является необходимым идостаточным для осуществления светосильного энергоанализа высокого разрешениятой части потока вторичных электронов,которая выходит из образа под малымуглом отбора и содержит информацию оглубинных участках впадин,На фиг. 1 представлена схема датчикаспектрометра Оже-электронов; на фиг. 2 -отражающий участок ЭСЗ и угловые координаты, которыми описываются траекториичастиц; на фиг. 3 - зависимости коэффициента заполнения К от параметров анализатора.Устройство содержит микрофокуснуюэлектронную пушку 1, источник тонкого возбуждающего электронного пучка с энергией от нескольких килоэлектрон-вольт до десятков (фиг, 1 первичный электронный пучок обозначен штриховыми линиями). сегментные электроды 2 и 3 электростатического сферического зеркала (ЭСЗ)(электрод 2 выполнен из металлическойсетки высокой прозрачности, электрод 3 -сплошной, имеет малое отверстие при вершине для прохождения возбуждающегоэлектронного пучка), металлический экран 4сферической формы, защищающий ЭСЗ состороны электронной пушки 1. Электроды2 - 4 концентричны. На фиг. 3 также обозначены; исследуемый образец 5, внутренний6 и наружный 7 электроды цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА) (электрод 6 снабжен кольцевыми вырезами дляпрохождения анализируемого пучка вторичных электронов, вырезы затянуты металлическими сетками высокой прозрачности,электрод 6 заземлен, на электрод 7 подается отрицательный отклоняющий потенциал), приемная диафрагма 8 с малым круглым отверстием, детектор 9, апертурная диафрагма 10, имеющая кольцевой вырез ицентральное отверстие для прохождения первичного пучка. Электронная пушка 1, ЭСЗ2 - 4, ЦЗА 6 - 8, соосны. На фиг. 1 а - угол конуса, образованного оптическими осями, пучка вторичных электронов с поверхности образца 5, угол наклона осевой траектории анализируемого 5 О 5 20 25 30 35 пучка в ЦЗА. Ввод образца 5 в область внутреннего электрода 6 производится через окно в электроде 6, для этого электроды ЦЗА должны иметь боковой секторный вырез на угол -90 и электростатическую защиту рабочего поля по краям выреза. В этом случае угол раскрытия анализирующего поля ЦЗА в азимутальной плоскости составляет -90 и электростатическую защиту рабочего поля по краям выреза. В этом случае угол раскрытия анализирующего поля ЦЗА в азимутальной плоскости составляет -270.Датчик спектрометра Оже-электронов работает следующим образом.Оразец 5 вводится в датчик и располагается в рабочем положении в области внутреннего цилиндрического электрода 6. Исследуемый участок образца 5 облучается тонким электронным пучком, генерируемым пушкой 1 и под действием облучения эмитирует вторичные электроны. Часть потока вторичных электронов, вышедшего из поверхности образца 5 под небольшим углом отбора а, регулируемым перемещением вдоль оси апертурной диафрагмы 10, отражается полем ЭСЗ, затем поступает в ЦЗА, отражаясь от отклоняющего поля которого, фокусируется на круглом отверстии приемной диафрагмы 8 и поступает в детектор 9. Поскольку система электростатических зеркал (ЭСЗ и ЦЗА) обладает свойством линейной дисперсии по энергии, то согласованно изменяя отклоняющие потенциалы зеркал 1.Зэсз и(./изз, получают спектр энергий вторичных электронов,Специфическая особенность предлагаемого датчика заключается в том, что в режиме, благоприятном для Оже-микрозондирования глубоких впадин на поверхности образца, поток вторичных электронов, выходящий из поверхности обрзца под малым углом отбора а, в результате отражения от ЭСЗ, сегментные электроды которого обращены к образцу выпуклыми поверхностями. трансформируется в пучок, наклоненный под углом близким к а 1= 42.3, при котором в ЦЗА осуществляются наиболее благоприятные условия для угловой фокусировки второго порядка и наилучшего энергетического разрешения.Существенное отличие от известных устройств состоит в том, что радиус внешнего сегментного сферического электрода К больше радиуса внутреннего электрода ЦЗА г и определяется выражением К, - ,Г 1з 1 пЦ а - а+ 2 агссоз ( да) - л 1 (1) где г 1 - радиус внутреннего электрода цили.ндрического зеркального анализатора, м;к - заданный коэффициент заполнениярабочей области поля электростатического сферического зеркала траектории (0(1 с(1);(4) 35 в 1 пЫп= 0,758 (г 1 - ра 45 50 Формула изобретения Л - расстояние от источника Оже-электрононов до поверхности внешнего сегметного сферического электрода, м;а - угол наклона оптической оси в пучкеОже-электронов на выходе пучка из источника, рад;а - угол наклона оптической оси на входе пучка в цилиндрический зеркальный анализатор.Необходимость этого обоснована следующими расчетами. По закону сохранения момента количества движения заряженной частицы в поле центральных сил имеет место соотношение л - (хд - а)= Х,+х (2) С помощью уравнения (2) угол переме щения заряженной частицы в поле ЭСЗ Х может быть представлен следующим обра- зом Х= Хг - Х= а 1 - а+2 Хэ - л Если 20 - , угол раскрытия внешнего сегментного сферического электрода ЭСЗ, то Х составляет долю от ОХ= КО 0(К( 1; где К - коэффициент заполнения рабочей области поля ЭСЗ траекториями.Пусть Л - удаленность источника Ожеэлектронов (зондируемой поверхности образца) от внешнего сегментного сферического электрода. Из фиг. 2 следует, чтоКсоз х) (дА; Х= агссоз ( (д 4) Подставляя (4) и (5) в (3), можно по- лучить Ка=,эс, - ск+2 агссоз (ф 1 д-) - тс (6) ПосколькузпИ= 1, на основании (6) можно получить уравнение (1) для нахождения К = э. Отражаясь от ЭСЗ, пучок дважды пронизывает поверхность внешнего сегментного сферического электрода, который по необходимости изготавливается из металлической сетки высокой прозрачности. При подаче на ЭСЗ отклоняющего потенциала на ячейках сетки возникают провалы поля, которые возмущают траектории заряженных частиц при входе в ЭСЗ и при выходе из него. Если К мало, то длина участка траектории в поле ЭСЗ сравнима с длинами тех ее отрезков. на которых проявляется действие краевого поля, и аберрационное размытие изробржения в системе ЭСЗ - ЦЗА велико, а разрешающая способность по энергии низкая, В этом случае прибор не пригоден для решения поставленной задачи. Выбор значений параметров, входящих в уравнение (1), диктуется следующими соображениями:. а= 42,3 - наиболее благоприятные условия угловой фокусировки в ЦЗА: а= 15 - при меньших значениях сс мала светосила системы, при больших - уменьшается глубина зондирования впадин; - = 0,5 - 1 - с учетом короткоЬфокусности микрозондовых электронных пушек и удобства размещения исследуемого образца. На фиг. 1 для четырех случаев (р,= 1, 1,4, 1,8, 2) изображены осевые траектории пучков, отражаемых ЭСЗ и ЦЗА в условиях - -- 0,5, а= 42,3, а= 15. Видно, как с увеличением возрастает коэффициент заполнения К и глубина захода траекторий в поле ЭСЗ. Если при ц= 1 коэффициент заполнения мал и действие краевых полей вблизи сетчатого электрода заметно проявляется, то при оптимальном заполнении (К) 0,5, р) 1,6) эти эффекты сводятся к минимуму благодаря значительному возрастанию длины траектории в поле ЭСЗ. Справа вверху на фиг. 2 представлены графики зависимости К= К(М) для трех значений= 0,2; 0,5; 1. Как видно, в области Кэ 0.5 величина р,=всегда больше единицы. В рассматриваемой системе невозможно добиться глубокого проникновения траекторий заряженных частиц в поле ЭСЗ, если цап. 5 О 5 20 25 30 Приведем некоторые численные даннье о параметрах ЭСЗ и ЦЗА датчика, работающего в одном из возможных режимов по схеме (фиг. 1) сс= 15, а= 42,3, р= 1,7;0= 36,03, Л= 0,5 г; Х= 67,22; Хэ= =85,48, К= 0,507; 1 = 6,80 г, Ь= 2,19 гь параметр отражения частиц от ЭСЗ= 1,8480, где с 1 - и Е - зарядс .Зэсз2 Е Кн )вн40 и кинетическая энергия анализируемых электронов; параметр отражения от ЦЗА диус электрода 7). Глубина зондирования возрастает в 3,6 раза по сравнению со стандартным режимом с использованием одиночного ЦЗА (а= 42,3). Спектромегр Оже-электронов, содержащий соосно расположенные цилиндрический зеркальный анализатор, электростатическое сферическое зеркало и микрофокусную эпектронную пушку, а также источник Оже-электронов, установленный во внутрен,г г.,т Состави Техред И Тираж 69 итета С Ж - -35, скос пред ель А. Ннем электроде цилиндрического зеркального гдеанализатора, приемную диафрагму и детектор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей Ожемикроанализа поверхности твердых тел засчет увеличения глубины и чувствительностизондирования впадин по спектрам Оже-электронов, электростатическое сферическое зеркало выполнено из двух обращенных выпуклой стороной к цилиндрическому зеркальному анализатору сегментных сферических 1 Оэлектродов, причем радиус внешнего сегментного сферического электрода К определяется выражением з 1 п - а - а+ 2 агссоз(- (да) - л),й г - радиус внутреннего электрода цилиндрического зеркального анализатора, м; к - заданный коэффициент заполнения рабочей области поля электростатического сферического зеркала траекториями (ЙЙ 1);Ь - расстояние от источника Оже-электронов до поверхности внешнего сегментного сферического электрода, м;а - угол наклона оптической оси в пучке Оже-электронов на выходе пучка из источника, рад,а - угол наклона оптической оси на входе пучка в цилиндрический зеркальный анализатор.