Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1465.52,. быть испольико-химичесности и вастности, впроводниковойзобретения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ПЮТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙЭМИССИИ(57) Изобретение может зовано для изучения фи ких процессов на повер объеме твердых тел, в микроэлектронике и пол промьппленностИ. Целью является упрощение конструкции, экономии материалов и электроэнергии,что достигается измерением угловыхзависимостей при неподвижных источнике первичных ионов и анализаторевторичных ионов. Устройство содержитвакуумную камеру 1, с которой жесткосвязаны источник 2 первичных ионови энерго-масс-анализатор 9, Для фокусировки первичных ионов используется фокусирующая система 3. Междуфокусирующей системой 3 и мишенью бвведены две пары плоскопараллельныхпластин 5, подключенных к отдельнымисточникам постоянного напряжения.Изменение полярного угла ц для снятия угловых зависимостей вторичнойионной эмисии осуществляется вращением мишени б. Изменяя потенциалына пластинах, добиваются сохраненияугла падения пучка первичных ионовна мишень во всем интервале значений . 2 ил. 1 табл.Изобретение огнас1 сне к облас"нисследования материалов при помощиВТОРИЧНОЙ ИОХЕЕ 10 й ЗМИСЕЕт,Л И МОЖЕТбыть использотвано для изучения фе;:ее)ко-химических процессов на поверхности и в объеме твердых тел в9частности, в микроэлектронике, полупроводниковой проиьпилеенеости,Целью изобретения является упрсщение конструкции устройства дляизмерения угловь 1 х зависимостей вторичной ионной эмиссии и экономияматериалов и электроэнергииНа фиг 1 схематически изображеноустройства для измерения угловыхзависимостей вторичной ионной эмиссии; на фиг.2 - траектория движенияионов в декартовой системе координат. 20Устройство садерекит вакуумнуюкамеру 1, к которой жестко присоединен источник 2 первичных ионов,Внутри камеры размешена электроннооптическая система 3 для фокусиров.ки пучка первичных ионов с выходнойщелью 4, за которой расположень 1 двепарь 1 пло с КОпар ягллель ны 2 пластин т(каждая пара подключена к отдельномуисточнику постоянного регулируесмага 30напряжения (не показан, так. тто.СОСЕДНИЕ ПЛаСТИтЕЕЫ ПОДКЛЮЧЕНЫ К Раэ=ноименным полюсам истсчников напря жения. По оси камеры расположенами 1 лень 6, прикрепленная: к держателн 1(не показан), обеспечивающему вращение мишени вокруг своей оси. Далеерасположена входная щель 7 электронно-оптической системы 8 для фокусировки Втаричееых ианаво С ВакуумнОе 1 Якамерой 1 жестко связан энерго-масс"анализатор 9.Устройство работает следующимобразом.Источник 2 ионов создает пучокпервичных ионов, который затем попадает в электронно-оптическую систему 3 фокусировки с выхоцной щелью 4.Они формируют попадающий первичныйпучок так чтобы за выходной щелью504 он был параллельным и имел требуемые геометрические размеры, Сформированный пучок г.:ервичных ионовпроходит систему глосколараллельныхпластин 5. Электрические поля междупервой и второй парами пластин нап 55равлены в противоположные стороныи напряженность их изменяется с изменением потенциалов на обкладках пластин., Затем пучок падает на мишень 6 пад определенным углам О(угол мелинду осью пучка и нормалью кповерхности мишени), ВыбиВает из Беевтаричнь;е ионы. Бтареечные ионы подопределенным полярным углом т(уголмежду нормалью к поверхности мишении направлением регистрации) черезвходную 1 цель входят в систему 8 фокусировки вторичного пучка, фокусируются и далее попадают в энергомасс-анализатор 9, в котором происходит разделение по энергиям и массам с последующей регистрацией. ПОлярный угол Оизменяется в интервалео0-90 поворотам мишени 6. Для сохранения неизменным угла 0 при поворотемишени пучок первичных ионов припрохождении ч рез 2-е пары плоскоПаРаятЕЕЛЕ,НЬ:Х ПЛаСтии РаЗВОРаЧИВаЕтСЯна угол с, равный углу поворота мишени, изменением потенциалов на обкладках плоскапараллельееых пластин.Сущнас:ть изобретения состоит втом, что при измерении угловых завивимостей вторичной ионной эмиссииьвадят две пары пласкапараллельныхпластин с соответствующим подключением к регулируемым источникам носапряжения,СОХРаннтт. НЕПОДВИЖНЫМ ИСтаЧНИК ПЕРвичных ионов и энерго-масс-анализатор и обеспечить поддержание рабочих параметров (электронно-оптической соосности, вакуумных условий)без применения. дополнительных устройств с сохранением достоверностирезультатов на уровне прототипа.Эта приводит к упрощению конструкции в целом и снижению затрат электроэнергии и материалов. При этомдве пары нлоскопараллельных пластинобеспечивают изменение траекториипучка первичных ионов таким образом,чтобы угол падения пучка первичныхионов на мишень сохранялся неизменным при вращении мишени во всеминтервале изменения полярного угла,необходимого для получения достоверных результатоа,Обеспечение неизменного угла падения пучка первичных ионов на мишень ва всем интервале изменения угла регистрации вторичных ионов требует поворота лучка первичных ионовна угол 1, равный углу поворота мишени, путем изменения величины потенциалов подаваемых на плоскопарал1465923 лельные пластины. Связь между углом поворота, геометрическими размерами пластин, их расположением и величиной напряжения на каждой из пластин5можно получить, решая задачу о движении заряженных частиц в двух посо ледовательно расположенных электрических полях при условии попадания в заданную точку.Ось ОХ (фиг.2) направлена параллельно вектору начальной скорости ионов 7,. Пусть координата выходной щели Х , а мишени - Х , Первая пара плоскопараллельных пластин располо жена между Х, и Х , вторая - между Хи Х параллельно оси ОХ, Движение ионов описывается системой управлений: 1,+2(8+8+1) 1 +28 у11 о 7Ц .е1 т 10 1 1 1+1+28 ( )2 И 1 1 +28 20 шх=Оюу = еЕ(х),Е 7 ф Х 1 Х с Х2З аеХ(Х,Ег Хз- Х Хе 25 где Е(Х) 11 т+2828 ме С1 2 1 30 1.+25сКсиакс р поля.Отсюда которые могут быть выведены исходяиз требований, чтобы пучок ионов свободно проходил между обеими парамипластин, не попадая на них.Проведены лабораторные испытаниямакета устройства, включающего стандартные блоки; источник первичных 40ионов ИЭ-М 1, источники. регулируемогопостоянного напряжения Б-50 и ВС 20-10 для подачи потенциалов наплоскопараллельные пластины, держатель мишени, энерго-масс-анализатор 45 и регистрирующую систему с выходомна самопишущий прибор КСП; уголмежду осями источника и анализаторай =90; испытания проводили при углепадения 0= 4550 й у е 1ей т - Е (х)сРх т Ч сох если 1, 1 +2(8 +8+1) (2)1, 1,+28,а Е=, поэтому можП,связь между Сд Ы и пона пластинах П, и П. Е=-Е Но ЕМежду источником ионов и мишеньюрасполагали две пары плоскопараллельных пластин со следующими параметрами: 1 =4 см 1 =10 см, Я,= 15 см,Я = 2 см, д,= 1 см, И=8 см, энергия 1 1+1+2811 +28О первичных ионов И = 1 10 эВ, Почформулам (4,5) рассчитаны значенияРешая это дифференциальное уравнейуние.и учитывая, что - =Сд с(х), в начальной точке Ср Ы(х )=О, в конечной сИ(х)= да, а у(Хм)=у(Х),1 е 1 +1 2+28с Ы= -- Е 1 ---- в . (1)у ш "1+2 Я где 1,=Х-Х,и 1 =Х -Х з - длина каждой паРы пластин соответственно;й и д - зазор между пластинами; Б=Х -Х - расстояние между первойи второй парами пластин;Я =Х -Х- расстояние от второйпары пластин до мишени.Учйтывая, что ш 7/2 =И - энергия ионов первичного пучка (эВ), получим формулу (1) в виде Зная И и.требуемое значение Ы, можно рассчитать значения П, и П, При этом на расположение и геометрические параметры пластин накладываются следующие ограничения:+45 45 -45 45 Таким образом, как видно из таблицы, введение двух пар плоскопаралдельных пластин позволяет обеспечить 15 интервал изменения углапри неподвижных источнике ионов и энерго" масс-анализаторе с сохранением неизменным угла пацения первичного пучка на мишень, Предлагаемое устройст" 20 во достигает цели с сохранением достоверности результатов не хуже чем в прототипе. При этом по сравнениюпрототипом предлагаемое техничесое решение позволяет существенно 25 простить конструкцию прибора и сзкоомить материалы и электроэнергию. формула изобретения30 лельных пластинах для углов а, соответствующих предельным значениямугла Ч. Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии, содержащее вакуумную камеру с присоединенным к ней источником первичных ионов и размещенными в ней системой фокусировки пучка первичных юонов с выходной щелью, держателем мишени, узлов вращения держателя вокруг оси устройства, системой фо 1 сусировки вторичных ионов, энергоасс-анализатор и детектор, о т- ,6 и ч а ю щ е е с я тем, что, с йелью упрощения конструкции, в уст 1 ойство введены две пары плоскорабРезультаты расчета и полученные в эксперименте значения углов а( приведены в таблице. раллельных пластин, расположейныхмежду выходной щелью источника первичных ионов держателя и мишеньюсимметрично относительно оптическойоси источника первичных ионов, атакже два источника регулируемогопостоянного напряжения, причем каждая пара пластин подключена к отдельному источнику напряжения, при этомсоседние пластины подключены к разноименным полюсам, а геометрическиепараметры пластин и их расположениеудовлетворяют выражениям 1 1, т+280 макс 1 д+28 г---( ссйд, ксмо в где 1 1 - длина первой и второйпар пластин соответственно, м;с 1 и й - зазор между пластинамикаждой пары, м;Б - расстояние между первой и второй парамипластин, м;Я- расстояние между второй парой пластин имишенью, м;самс,с - максимальный угол поворота пучка, рад.1465923 Составитель В,КащеевТехред М.Дидык Корректор М.Шароши Редактор А.Маковская Заказ 951/51 Тираж 694 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при К Т ССГН СР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101