Энерго-массанализатор

) Приорите 53) УДК 621.38 (088.8) Опубликовано 07.09.82. Бю Дата опубликования описан етень 317.09.82 о делам изобретеии ткрмти 72) Авторы изобретен и к в. т. ч Р Г-.; т;,. к Украинско нститут металлофизик 71) Заявител 4) ЭНЕРГО-МАССАНА,ЛИЗАТО ности исследуемого об физическому к устройстссам и энерано для анаериалов разпектроскопии. тавление о пкта. Изобприборосвам длягиям, илиза повличными етение троению анализа может б ерхностнметода относится кв частностиионов по мыть -использоых слоев мами ионной с П,ля анализа методами ионной спектроскопии элементного состава, кристаллографической и электронной структуры поверхности, а также при излучении ориентации о и характера взаимодействия адсорбированных слоев и пленочных конденсатов с подложкой необходимо знание угловых распределений интенсивностей рассеянных поверхностью первичных, а также эмиттируемых ею вторичных ионов а зависимости от на правления облучения поверхности потоком первичных ионов. При этом для анализа материалов, обладающих анизотропией физических и физико-химических свойств, измерение угловых распределений необходимо 2 о выполнять одновременно с анализом распределений ионов по энергиям и массам.Отсутствие данных о каком -либо из распределений (по массам, энергиям или углам) не позволяет получать полное предИзвестен спетрометр, позволяющий производить анализ рассеянных поверхностью ионов по углам и энергиям. Спектрометр содержит источник первичных ионов, средство для фокусировки пучка первичных ионов на поверхность образца, расположенные по ходу движения пучка анализируемых ионов секторный сферический энергоанализатор и детектор ионов. На входе энерго- анализатора расположена коллимирующая и замедляющая пучок анализируемых ионов система, позволяющая отбирать ионы с определенным углом эмиссии с поверхности. Эта система, энергоанализатор и детектор ионов установлены на поворотной платформе и могут вращаться вокруг анализируемой поверхности, что дает возможность изменять направление отбора рассеянных поверхностью первичных или эмиттируемых ею вторичных ионов 1 .Недостатком известного устройства является отсутствие разрешения ионов по массе, что ограничивает его аналитические возможности, снижает точность и эффективность анализа поверхности образца, осо 957317бенно при работе с многокомпонентными материалами,Наиболее близкий к предлагаемому энерго-массанализатор содержит размещенныев вакуумной камере источник ионов, систему фокусировки пучка ионов на поверхность5мишени, расположенные по ходу движенияпучка анализируемых частиц секторныйэнергоанализатор и массанализатор, а также детектор ионов. Исследуемый образецможет поворачиваться относительно источника бомба рдирующих ионов с помощьюпрецизионного манипулятора, что обеспечивает анализ поверхности при различныхуглах падения бомбардирующих ионов 2,Недостатком этого устройства являютсяограниченные аналитические возможности 5изучения поверхности, так как анализ частиц осуществляется только по энергиям имассам. В устройствам такого типа не реализована возможность проведения анализаионов, эмиттированных или рассеянных поверхностным слоем материала, по их угловому распределению. Это объясняется тем, чтодля реализации возможности анализа ионовпо углам необходимо вращать энерго- и массанализаторы вокруг образца либо непосредственно в вакуумной камере, либо вне ее, 25соединив с нею анализаторы каким-либогибким вакуумно-плотным соединением. Ито, и другое технически трудно выполнимо.Цель изобретения - расширение аналитических возможностей устройства за счетанализа ионов по углу.Поставленная цель достигается тем, чтои энерго-массанализатор, содержащий источник ионов с системой фокусировки, расположенные . последовательно энергоанализатор, массанализатор и детектор, введено з 5отклоняющее ионы устройство, расположенное между энергоанализатором и массанализатором, и энергоанализатор выполнен с возможностью поворота вокруг оси, продолжением которой является ионно-оптическаяось массанализатора.Такое выполнение энерго-массанализатора позволяет кроме анализа ионов поэнергиям и массам производить анализконов по их угловому распределению, чтозначительно улучшает аналитические возможности устройства, увеличивает универсальномть, эффективность прибора, его чувствительность к состоянию поверхности иточность выполнения анализа поверхностипри любых углах облучения и отбора анализируемых ионов,На чертеже изображена схема устройства.Энерго-массанализатор содержит размещенные в вакуумной камере 1 источник 2ионов, систему 3 фокусировки пучка ионовна исследуемый образец 4, расположенныепо ходу пучка анализируемых частиц коллимирующую и замедляющую систему 5, установленную на входе полусферического энергоанализатора 6, отклоняющее устройство 7, выполненное, например, в виде плоского конденсатора, и установленное на выходе энергоанализатора 6. За отклоняющим устройством 7 по ходу движения анализируемых частиц расположен массанализатор 8 и детектор 9 ионов. Управляемый извне манипулятор 1 О осуществляет поворот образца 4 на любой угол относительно направления падения пучка бомбардирующих ионов.Коллимирующая и замедляющая система 5, энергоанализатор 6 и отклоняющее устройство 7 механически жестко связаны между собой и размещены на поворотной платформе 11, установленной на опорном подшипнике 12, Вращение платформы 11 осуществляется с помощью управляемого извне механизма 13 передачи вращения и отсчета углов поворота, что обеспечивает поворот энергоанализатора 6 на любой угол относительно нормали к исследуемой поверхности образца 4. При этом вращение поворотной платформы 11 осуществляется вокруг оптической оси А - А, направление которой совпадает с осью поворота исследуемой поверхности образца 4, проходящей через точку падения пучка бомбардирующих ионов, а также с направлением выхода анализируемых ионов из отклоняющего устройства 7 и с ионно-оптической осью масс- анализатора 8.Устройство работает следующим образом.Пучок ионов генерируется источником 2 ионов, например источником с ионизацией электронным ударом, и фокусируется с помощью системы 3 фокусировки на поверхность исследуемого образца 4. Требуемый угол между нормалью к поверхности образца и направлением бомбардировки ионами устанавливается с помощью манипулятора 10, Рассеянные поверхностью или эмиттируемые ею вторичные ионы проходят через коллимирующую и замедляющую систему 5, ограничивающую угол отбора ионов Ьсс, определяя тем самым уголовое разрешение анализа, и попадают в полусферический энергоанализатор 6, где подвергаются анализу по энергиям путем отклонения в электрическом поле соответствующей конфигурации.Выходящие из полусферического энерго- анализатора 6 частицы попадают в отклоняющее устройство 7, которое отклоняет частицы по направлению оси А - А, проходящей через точку падения бомбардирующего пучка ионов и совпадающей с осями поворота энергоанализатора 6 и ионно-оптической осью массанализатора 8.Требуемый угол отбора анализируемых частиц а устанавливается с помощью механизма 12 передачи вращения, расположенного вне вакуумной камеры 1, путем поворота платформы 11 на опорном подшипнике 12 вокруг оси А - А. При этом анализируемые частицы, выходящие из отклоняющего устройства 7, попадают в массанализатор 8 и регистрируются затем с помощью детектора 9 ионов.Предлагаемое устройство имеет улучшенные аналитические возможности по сравнению с известным, поскольку оно дает возможность одновременно производить анализ ионов по энергиям и массам, а также выполнять анализ угловых распределений ионов в диапазоне любых углов облучения поверхности и любых углов отбора анализируе 1 О мых ионов. Это, в свою очередь, позволяет всесторонне исследовать поверхность твердого тела, увеличить эффективность, чувствительность анализа. Так, точность анализа кристаллографической структуры монокристаллов предлагаемым устройством увеличивается в 10, раз, точность анализа сил связи атомов поверхности - в 6 раз, по сравнению с прототипом. Кроме того, разрешающая способность (при сохранении светосилы) энергоанализатора предлагаемого устройства на 400/О выше, чем у прототипа, за счет дополнительного энергоанализа ионов в поворотном устройстве, выпопненном в виде плоского конденсатора.Перечисленные выше факторы делают р 5 предлагаемое устройство универсальным и пригодным для анализа поверхности многими прогрессивными методами: масс-спектрометрией вторичных ионов, спектроскопией ионного рассеяния, методами каналирования ионов и др. зо Изобретение является особенно перспективным при анализе материалов, применяемых в полупроводниковой, эмиссионной и криогенной электронике, ядерной технике, космическом материаловедении и других областях техники, где используются массивные и пленочные твердотельные объекты, обладающие анизотропией физических и физико-технических свойств.Формула изобретенияЭнерго-массанализатор, содержащий источник ионов с системой фокусировки и последовательно расположенные энергоанализатор, массанализатор и детектор, отличающийся тем, что, с целью расширения аналитических возможностей, в него введено отклоняющее ионы устройство, расположенное между энергоанализатором и массанализатором, а энергоанализатор выполнен с возможностью поворота вокруг оси, продолжением которой является ионно-оптическая ось массанализатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Комбинированный спектрометрАРЕЗ - 400 фирмы ЧСь Яс 1 епЫ 1 с. Проспекти техническое описание.2. Выложенная заявка ФРГ2313852,кл. б 01 1 Ч 23/22, 1968Составитель И. Некрасов Редактор А. Огар Техред А. Бойкас Корректор Г, Огар Заказ 6512/43 Тираж 761 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4