Энергетический анализатор заряженных частиц

.А.Горелик, А.К.Жу.Зверева и А,А.Тру 45-6325 ьство СССР9/44, 04.09.86 АЛИЗАТОР ЗА я к устройствам еских спектров тности электро- вано, например, ктроскопии при ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АН РЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относитс для регистрации энергетич заряженных частиц, в час нов, и может быть использо в фотоэлектронной спе исследовании поверхности твердых тел.Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности анализа, а также увеличение диапазона регулировки энергетического разрешения.Энергоанализатор содержит коаксиально расположенные внутренний и внешний цилиндрические электроды 1 и 2. На входе расположены коническая сетка 5 и фокусирующая система из конических электродов 6 и 7, электрически изолированных один от другого. Для возбуждения электронов с образца 10 испол ьзуется источник 11 фотонов.На выходе расположены диафрагма 12 и приемник 13 электронов. Путем подачи раздельных потенциалов на конические элЕкт-, роды 6 и 7 можно скомпенсировать уход ф траекторий электронов при изменении степени предварительного торможения. 14 ил.Изобретение относится к устройствамдля регистрации энергетических спектровзаряженных частиц, в частности электро, нов, и может быть использовано, например,в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхности твердых тел,Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности иточности анализа, а также увеличениедиапазона регулировки энергетическогоразрешения,На фиг,1 приведена схема предлагаемого анализатора; на фиг.2 - зависимость отношения потенциалов на фокусирующих,электродах от степени торможения электронов при постоянном положении кольцевогоизображения точечного источника; нафиг,З - 8 - ход траектории при осевом смещении точки вылета электронов; на фиг.9 -14 - то же, при радиальном смещении точкивылета.Анализатор представляет собой коаксиально размещенные внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические электроды. Набоковой поверхности электрода 1 выполнены входная 3 и выходная 4 кольцевые прорези для пролета заряженных частиц, Навходе анализатора расположена конусообразная сетка 5 и фокусирующая система изконусообразных секций (электродов) 6 и 7,разделенных кольцевой прорезью 8, Сетка5 заземлена. Образующие электродов 5 - 7параллельны друг другу и нормальны к траектории 9 центрального электрона, испускаемого образцом 10 под углом ао,Для возбуждения электронов с образца10 используется источник 11 фотонов. Навыходе анализатора соосно расположенывыходная диафрагма 12 и приемник 13электронов,Анализатор содержит также источник14 питания, подключенный к внешнемуэлектроду 2, источники 15 и 16 питания,подключенные к электродам 6 и 7 фокусирующей системы. Электроды 1 и 2 и 5 - 7изолированы один от другого посредствомизолирующих колец (керамических дистанцеров) 17-, 21.Анализатор работает следующим образом,Исследуемый образец 10 облучается потоком фотонов, формируемых источником11, в результате чего образец 10 испускаетпоток фотоэлектронов, который, преодолевпространство свободного дрейфа за счетначальной энергии Е между образцом 10 исеткой 5, попадает в электростатическое поле с переменным электронно-оптическимпоказателем преломления,созданноеотри 10 20 цательными потенциалами - Ч 1 на внутреннем электроде 1 анализатора и - Чф 1,2 на фокусирующих электродах 6 и 7, Торможение происходит за счет потери электронами части энергии при преодолении разностипотенциалов между сеткой 5 и внутреннимэлектродом 1 энергоанализатора,Для уменьшения энергии частиц в й раз на внутренний цилиндр подается потенциал Ч = -Е (й)/К, где К - постоянная анализатора. Потенциал одного из фокусирующихэлектродов определяется из соотношения Чф 1 = М Чп независимо от начальной энергии электронов Е, где значение М выбирается в соответствии с требующимся фокуснымрасстоянием системы. Соответственно, потенциал Чф 2 другого фокусирующего электрода определяется из соотношения Чф 2= = ОЧф, где значение В выбирается в соответствии со степенью торможения электроновМ (т.е, отношения начальной энергии электронов к их энергии у входной кольцевой прорези 3).Потенциалы Чф 1 и Чф 2 должны обеспечивать положение изображения источника вплоскости входной щели анализатора при различных степенях торможения электронов Сфокусированный пучок электронов с30 энергией, уменьшенной в М раз, через входную кольцевую прорезь 3 попадает в пространство между цилиндрическими электродами 1 и 2. Далее под действиемотрицательного потенциала Ч, поданного на35 внешний цилиндрический электрод 2 с источника 14, электроны отклоняются к внутреннему цилиндрическому электроду 1 ичерез выходную прорезь 4 и апертуру диафрагмы 12 попадают на вход приемника 1340 электронов,Анализатор имеет полосовую функциюпропускания, т,е. на вход приемника 13электронов попадают электроны, энергиякоторых лежит в определенной полосе, Ме 45 няя напряжение, подаваемое на внешнийцилиндрический электрод 2, а через делитель на внутренний электрод 1, можно снятьвесь энергетический спектр вторичныхэлектродов, испускаемых образцом 10,50 В регистрируемом устройстве не показано), соединенном с приемником, энергетический спектр анализируется по энергии,в результате чего выявляются энергетические пики фотоэлектронов, по которым55 можно судить о химическом составе поверхности образца. и ее структуре,При радиусе внутреннего электрода 135 мм размеры анализатора следующие:радиус внешнего электрода 2 75 мм; длина1597968 ОУ 5 08 иг. г внутреннего электрода 1 154,2 мм, длина внешнего электрода 2 129,2 мм; расстояние оси образца до сетки 15 мм; растояние между сеткой и фокусирующим электродом 11 мм Расстояние между фокусирующими электродами 8 мм; расстояние между фокусирующими электродами и входной щелью 3 - 13 мм; высота сечения конусообразных электродов 22 мм; расстояние между образцом 10 и выходной диафрагмой 12 172,2 мм; угол влета ао центрального электрона 39. Разброс углов влета электронов относительно траектории центрального электрона й 6, разрешающая способность 0,1%,На фиг,2 приведены результаты численного расчета зависимости отношения потенциалов Ч 7/Ч 6 для различных степеней торможения, полученное при условии, что положение кольцевого изображения точечного источника остается в области входной кольцевой прорези внутреннего электрода анализатора, Численный расчет показывает, что на выходе анализатора обеспечивается постоянство отношения сигнал/шум при различных степенях торможения, что позволяет анализировать широкий диапазон энергий вторичного пучка без ухудшения эффективности работы анализатора,Степень прохождения аксиальных электронов при различных смещениях по оси 7 представлена на фиг.З - 8, На фиг.З - 5 показаны смещения источника по оси г на 0;1; 3 мм. При этом степень прохождения. меняется в пределах 100 - 10% соответственно, На фиг.6 - 8 источник смещается на -1; -2; -3 мм. При этом прохождение электронов изменяется соответственно в пределах 100 - 25%.На фиг.9 - 14 представлена степень и рохожденМя аксиал ьн ых электронов при различных смещениях от Я, На фиг.9 - 12 показано смещение источника на 0;1; 2;3 мм. При этом прохождение электронов соответственно 100, 100, 50, 0%. На фиг,13и 14 смещение проводилось в обратную сторону от 0 по оси В соответственно -1, -2 мм,Прохождение при этом уменьшается в два5 раза,Слабая зависимость отношения сигнал/шум от коэффициента торможения (вотличие от известного) показывает возможность существенного улучшения чувстви 10 тельности и разрешающей способности,формула изобретенияЭнергетический анализатор заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренйий15 цилиндрические электроды с входной и выходной кольцевыми прорезями на боковойповерхности внутреннего цилиндрическогоэлектроДа, экранирующий электрод, выполненный в виде конусообразной сетки и20 размещенный соосно с цилиндрическимиэлектродами, фокусирующую систему, расположенную во внутреннем цилиндрическом электроде между его боковойповерхностью и экранизирующим электро 25 дом и выполненную в виде двух конусообразных секций, разделенных кольцевойпрорезью, исследуемый образец и приемник заряженных частиц, диафрагму, расположенную перед приемником заряженных30 частиц, а также источники питания, подключенные к электродам и фокусирующей системе, причем экранирующий электродэлектрически соединен с держателем исследуемого образца, отл и ча ю щи йс я тем,35 что, с целью одновременного повышениячувствительности и точности анализа, а также увеличения диапазона регулировкиэнергетического разрешения, конусообразные секции фокусирующей системы выпол 40 иены электрически изолированными однаот другой, причем одна из секций электрически соединена с внутренним цилиндрическим электродом.роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,аказ 3061 ВНИИПИ Госу Тираж 403 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11303 ф, Москва, Ж, Раушская наб 4/5