Электростатический анализатор заряженных частиц

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 07.07. 77 (21) 2506261/18-25с присоедмненмем заявки Ио. Дата опубликований описания 253 280(51)М. Кл. Н 01,1 49/Щ) Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54)ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ 1Предлагаемое изобретение относит"1 ся к устройствам для анализа заряженных частиц, в частности к дисперсионным электростатическим анализаторам заряженных частиц, и может быть использовано при изучении химического состава поверхностей твердых тел.Известен электростатический ана" лиэатор заряженных частиц с задерживающим полем, содержащий вакуумную 10 камеру, в которой находится мишень иэ исследуемого материала, источник ионизирующего излучения, сферический коллектор, электроды в виде сферических сеток, размещенных между ми шенью и коллектором так, что центры сферических сеток и коллектора находятся на мишени 13 .Однако сильный дробовой шумухудшает его чувствительность по сравне нию с дисперсионными анализаторами не менее, чем в 100 раз.Известен и электростатический анализатор заряженных частиц - сферичес кий дефлектор. Он содержит вакуумную 25 камеру, в которой размещены мишень: из исследуемого материала, источник .ионизирующего излучения, детектор заряженных частиц, сферические электроды, образующие канал, посредст. - 30 вом которого частицы иэ мишени попадают к детектору ИНо в таком анализаторе наблюдается резкое уменьшение чувствительности при увеличении разрешающей силы, что не позволяет реализовать анализатор, обладающий одновременновысоким,разрешением и чувствителькостью.Наиболее близким к предлагаемому по конструкции является известный электростатический анализатор заряженных частиц, содержащий вакуумную ,камеру, в которой находится мишень из исследуемого материала, источник ионизирующего излучения, детектор заряженных частиц, размещенный между мишенью и детектором наружный цилиндрический электрод, в котором коаксиально с ним расположен внутренний цилиндрический электрод, имеющий на поверхности две кольцеобраэные щели по периметру, источник напряжения, подаваемого на внешний цилиндрический электрод, диафрагму, расположенную на оси между коаксиальными цилиндрическими электродами и детектором заряженных частиц ГЭ 3.К "недостаткам анализатора относятся необходимость трудоемкой юстировки Образцов в Фокусе и недостаточное энергетическое разрешение ичувствительность анализа.Цель изобретения - обеспечениеэкспрессности измерений и увеличение чувствительности и энергетичес"кого разрешения.указанная цель достигается темчто во внутреннем цилиндрическомэлектроде коаксиально с ним размещен дополнительный электрод цилиндрической формы, находящийся по осимежду крайними кольцеобразными щелями и соединенный с источником питания так, что знак подаваемого нанего потенциала совпадает со знакомзаряда анализируемых частиц, причемрадиус электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летящих во внутреннем цилиндрическом электроде частиц с осью анализатора,Измененная конфигурация электро-дов и,соответственно электрическогополя, в котором движутся заряженныечастицы, позволяет регулировать положение Фокуса анализатора и улучшитьего Фокусирующие характеристики,На чертеже показан предлагаемыйанализатор в разрезе и траекториипроходящих через него заряженныхчастиц.Предлагаемыч анализатор содержитисточник 1 ионизирующего излучениямишень 2 из исследуемого материала,детектор 3 заряженных частиц, внешний цилиндрический электрод 4, внутренний цилиндрический электрод 5,дополнительный цилиндрический электрод 6, диафрагму 7. Электроды 4,5и 6 имеют разные диаметры и вложены друг в друга так, что их оси совпадают, Для прохода заряженных частиц внутренний цилиндрический электрод 5 имеет три или четыре кольцеобразные щели 8, расположенные поего периметру и закрытые прозрачнойсеткой. Внутренний цилиндрическийэлектрод 5 заземлен, внешний цилиндрический электрод подключен к источнику 9 питания, а дополнительный цилиндрический электрод 6 подключенк источнику 10 питания, причем полярность подаваемого на электроды напряжения совпадает со знаком зарядаанализируемых частиц. Длина цилиндрического электрода 6 зависит от наличия и конструктивного выполненияизвестных устройств - экранов длякомпенсации искажений поля у краевэлектродов, разрешающей силы анализатора и может лежать в интервале0,2-0,9где Ь - расстояние между крайними щелями во внутреннем цилиндрическом электроде. Радиус дополнительного цилиндрического элЖтрода 6 должен быть меньше, чем минимальный радиус траектории заряженных частиц, иначе они будут попадать на поверхность дополнительного цилиндрического электрода. Его минимальный радиус определяется лишь конструктивными соображениями, поэтомуудобно изготовить электрод 6 в видеотрезка металлической проволоки, лежащего на оси двух других цилиндрических электродов.Предлагаемый анализатор работаетследующим образом.Источник ионизирующего излучениядает пучок, попадающий на мишень. Измишени вылетают вторичные заряженныечастицы, часть из которых пролетаетчерез ближайшую к мишени щель в электроде 5 и попадает в отклоняющее по 3 ле, создаваемое внешним цилиндрическим электродом 4 и регулируемое источником 9 питания, Далее заряженныечастицы отклоняются к оси системыцилиндрических электродов и, пройдяЯ через следующую кольцеообразную щельвнутрь электрода 5, попадают в поле,создаваемое дополнительным электродом 6 и регулируемое источником 10питания, Это поле отталкивает заря 5 женные частицы от ос и отклонившись, они выходят из внутреннего цилиндрического электрода 5 через следующую кольцеобразную щель,Потом заряженные частицы сноващ отклоняются полем внешнего цилиндрического электрода и снова попадаютво внутреннюю область электрода 5через следующую кольцеобразную щель,где они летят в бесполевом пространЗ 5 стве до дифрагмы. На диафрагме заряженные частицы Фокусируются, проходят через нее и регистрируются детектором электронов, в качестве которого может служить цилиндр Фарадеяили электронный умножитель. Если за 4 О ряженные частицы. имеют энергию отличную от той, на которую настроенанализатор, то они не фокусируютсяна диафрагме и до детектора не доходят, Изменением соотношения междупотенциалами, подаваемыми от источников питания на электроды предлагаемого анализатора, можно осуществитьфокусировку заряженных частиц в широком диапазоне углов входа частиц вэлектродную систему анализатора и расстояний от мишени до электродов присохранении свойства угловой фокусировки второго порядка. Это дает возможность избежать юстировки образцовв фокусе предлагаемого анализатора ивместо этого менять расстояние с по- .мощью известных электронных устройств,работающих в автоматическом режиме.Предлагаемый анализатор позволяетавтоматизировать трудоемкую юстиров 40 ку образцов в Фокусе при исследовании их химического состава и другиххарактеристик методами вторично-электронной, в частности, оже-электронной спектроскопии, а также методами65 спектроскопии энергетических потерьгв отраженных ионных пучках, что дает экономию времени, особенно при по- точном методе исследования серии об" разцов с введением их в вакуумный шлюз или при исСледовании образцов с неплоскими поверхностями.Предлагаемый анализатор заряженных частиц имеет лучшие Фокусирующие и дисперсионные характеристики, чем прототип. Его критерий качества - отношение дисперсии по энергии к абер. рационному коэффициенту третьего порядка, в 3,9 раза больше, чем у прототипа, что, например, дает возмож- . ность при равной с прототипом чувствительности повысить разрешающую силу в 3,9 раза и тем самым увеличиТь 15 точность анализа.Предлагаемый анализатор позволяет по сравнению с прототипом уменьшить угол входа заряженных частиц от 42 О 18 до 31 О 27 и поставить мишень в 1,4 раза дальше от входной щели, что су" щественно увеличивает экспериментальные возможности, так как облегчается послойный анализ химического состава ионным травлением, напыление тон" ких пленок и т.д.Формула изобретенияЭлектростатический анализатор за"ряженных частиц, содержащий вакуум"ную камеру, детектор заряженных час"тиц, мишень из исследуемого материала размещенный между мишенью и детектором наружный цилиндрический электрод,расположенный внутри него и коаксиально с ним заземпенный цилиндрическийэлектрод, имеющий на поверхности коль"цеобразные щели по периметру, диафрагму, находящуюся между коаксиальнььецилиндрическими электродами и детектором заряженных частиц, источник питания, подключенный к наружному цилиндрическому электроду полярностью,совпадающей со знаком заряда анализи.руемых частиц, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения:экспрессности измерений и увеличениячувствительности и энергетическогоразрешения, во внутреннем цилиндрическом электроде коакснально с нимразмещен дополнительный электродцилиндрической Формы, расположенный,по оси между крайними кольцеобраэ-ными щелями, соединенный с источникомпитания той же полярностью, что и снаружным цилиндрическим электродом,причем радиус дополнительного электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летя"щих во внутреннем цилиндрическомэлектроде частиц с осью анализатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3582649,кл. 250/49.5, 1971.2. 0 оцгпа 2 ог Рпузсз, ьег Е.7,Р 6, 1974, р. 461.3. Авторское свидетельство СССРМ 175584, кл Н 01 У 39(04, 1965,683516 Тираж 844 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, ЖРа шская наб. д. 4 5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 9246/74 Составитель Б. Рахманов Редактор Е. Месропова Техред А .Щепанская Кор екто Н. Г иго ук