Электронный спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1 11 4 Н 01 1 49/44 ТЕНИЯ с.,ца на баз оанализат ог 3884652/24-224.01.8515,04,87, Бю онич тигает а о тельн о едения доп лни устройства, упр и снижения втори ектов. Устройств 1, первый 2 оворотного у 4 и внешний ст и ротно рукци о-эми ых эфф бразец и второи 3стройства, 5 электродь вну н обисточникииафрагму10, систебо изаторвыходную нал к е онный умн тки инфорполнены вей, обратями. В бора и обрароды 2 и 3их поверхно ения виде кон ве- с ллическими анн оворот огабаритног а позволяет аберрациях ттированные зца. При эт тронная нас н ироват и при малых тицы эм щади обр ется эле ежимы наи тр ти и преп.ф-лы. вительно ния. 2 з-и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ(71) Специальное конструкторское бюр аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН СССР и Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) 1 О.К.Голиков, М.Л,Александров, А.А.Матышев, А.М.Романов, К.Г.Уткин, Н.А,Холин и В.В.Чепарухин (53) 621,384(088.8)(56) Зашквара В.В., Корсунский М,И., Космачев О.С. Фокусирующие свойства электростатического зеркала с цилиид рическим полем. - ЖТФ, т, 3, М 1, с. 132, 1966.Авторское свидетельство СССР Р 1112440, Н 01 3 49/44, 1983.Авторское свидетельство СССР У 845674, кл. Н О 1 ,1 49/44, 1980, (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР (57 Изобретение относится к области электронной спектрометрии и к масс, - спектрометрам. Цель изобретения - увеличение площади сканирования заряженные часе большой пло- С ом обеспечиватройка спектрольшей чувстьного разреше 1304106конусу компонента градиента потенциала 9 в полярных координатах имеет вид1 ЗФЕп= (2)1 д5 Условие1 ЭФЕп / = Е=уду =у, - соп 5 С заведомо выполнится, если удастсянайти решение для (1) вида 15 О можно получить равенстваС,соз е + С 11 + соз с 19 1 и сд ) О,- ) = Е = сопзс.Ч,Решая эту алгебраическую системуотносительно постоянных С и Сможно получить1 + соз М, 1 и йс 1 Ч)а/2з 1 п б + соз ЧоЕСще етшшж1 + суй,55 45 50 ТаКИМ Образ.:.9), ИМЕЕтСя ВОЗМОжНОСтъ построить поле, однородное вдоль всей образующей конуса 1 = й и прак- то Р= Г(У). (11) Действительно, величинаЕ = - в ( э Г = - (5)1 3 ЭГ не зависит от П и, следовательно, при= Ч = сопзс Е = сопзй также.о "Подстановка предполагаемой Формы 20 . решения (4) в (1) дает для Г обыкновенное дифференциальное уравнение, которое является уравнением Функций Лежандра с нулевым индексом)125Г, + стус Г, + 2 Г = О. (6) Общий интеграл для (6) имеет вид9 с 05С+ с 05 и с 9(7) (4) должен иметь вид(8) 35 Подчинив теперь эту функцию услови- ям тически не меняющееся в достаточноузком слое, прилегающем к этому эквипотенциальному конусу. Злектроннооптические характеристики такой системы очень близки к плоскому зеркалу, если только траектории не заходят слишком далеко от конуса (ро Эквипотенциалы поля представляют собой поверхности вращения, проходящие через вершину конуса, причем вдали от оси симметрии они постоянно превращаются в конусы, параллельные начальному (Ч 9 ), а при приближении к началу координат вытягиваютсясв иглу. Для реализации этого поля нужно взять Какую-нибудь эквипотенциаль Р = Стогда ее уравнениеЭимеет вид= Сз,где С, и С взяты из (9),Отсюда и получают выражение дляточной формы полезадающего электрода поворотного устройства.Величина С имеет наглядный физический смысл геометрического Фактора,определяющего максимальное расстояниевдоль оси 2 между электродами 2 и 3поворотного устройства (фиг.3), характеризует габариты, этого устройства и для практически интересныхслучаев реализации может быть выбрана в зависимОсти от конкретных требований к габаритам из диапазоназначений 0,1С Х 1,2,Положение вершины коническогоэлектрода на оси 2 (точка А) определяется выражениемЕ - 2 д = г)сг.ду - 25,гле 5 есть отрезок РО, т.е. ширина входной щели в электроде 4 квазиконического энергокатализатора (фиг.2).Положение вершины конуса не слишком критично сказывается на работе поворотного устройства, так как "зеркальный" режим его работы допускает перемещение "зеркала" параллельно, самому себе в пределах величины л 5.Угол ц) в каждом конкретном случае практической реализации определяется через углы /3 и )с ввода осевой траектории соответственно в поворотное устройство и в квазиконический энергоанализатор (фиг.2). Точка 1. место пересечения осевой траектории с внешним электродом 2 поворотногоустройства, где прорезается входная щель поворотного устройства, 0 угол вывода осевой траектории из поворотного устройства через электрод 2 в точке К. Здесь прорезается выходная щель поворотного устройства. М, - угол касательной к траектории в точке К. Этот же угол Ж является углом ввода осевой траектории во входную щель Р 0 квазиконического энергоанализатора, прорезанную в электроде 4 этого анализатора в соответствии с выбранным режимом его работы. М. - угол касательной к траектории в точке О (середина щели с координатами гп, 2 п).О оДиапазон углов 70ь й 90 определяется выбором режима работы квазиконического энергоанализатора (режим фокусировки: мнимое кольцо ось) в соответствии с теорией его работы.Диапазон углов 10Ъ й ЗО определяется взаимным расположением входной щели квазиконического энерго- анализатора и исследуемого источника заряженных частиц (образца) с учетом необходимости максимального удаления последнего от входа в анализатор (для обеспечения свободы манипуляций с образцом 1).Указанные диапазоны углов ос и э дают диапазон возможных углов для величины ( в соответствии с форму лой с+ 5ф 40 . Чо й 60 Эта формула легко находится из очевидных геометрических соотношений 1 между углами (фиг.2):Юо=Ц Исключая уголиз системы, находят приведенную связь между углами М,и 0.Ожидаемый эффект прогнозируется с очевидностью на основе следующей оценки. Как известно, разрешающая способность ЙО Й =6 7 где О - дисперсия; Ь - аберрационное уширение изображения источника.Из теории квазиконического энергоанализатора следует, что для него,О не менее чем в 2,5 раза больше, а Д не менее чем в 4 раза меньше соответствующих значений цилиндрического зеркала, Таким образом, в предлагаемом устройстве теоретически достижима разрешающая способность Й не менее чем в 1 О раз большая, чем в цилиндрическом зеркале (если у цилиндрического зеркала 1/Й 1 то здесь 1/Й".0,13). При этом одновременно площадь сканирования уве 1личивается в - раз, где М - линейное увеличение поперечного размера источника частиц, Поскольку в данном случае 1 М ( 0,1, как это следует из построения изображения источника на основе расчета траекторий то увеличение площади будет не менее чем в 100 раз, т.о. вместо 0,2к 0,2 мм будет 2 х 2 ммКонкретная реализация устройства позволяет изменять расстояние от образца до энергоанализатора в диапазоне 0-30 мм без изменения разрешения и при очень слабом влиянии на положение спектральных линий. Размеры эмиттирующего участка образца отображаемого без искажений в анализируемых электронах, составляет 2 2 мм , что на два порядка превосходит обычно используемое цилиндрическое зеркало таких же габаритов и на порядок превосходит цилиндрическое зеркало с шаровым поворотным устройством.Данная энергоанализирующая система с поворотным устройством легко настраивается в оптимальный режим за счет изменения соотношения между по-тенциалами на поворотном электроде и на внешнем электроде энергоанализатора. Функцию настройки в режим наибольшей чувствительности в спектрометре осуществляет СУСОИ, управляющая соответствующими потенциалами на основе анализа сигнала с электронного умножителя.Таким образом, электронный спектро метр, энергоанализирующая система которого состоит из квазиконического энергоанализатора и встроенного в него малогабаритного поворотного уст-, ройства с коническим входным электродом, обладая высоким энергетическим разрешением позволяет фокусировать при очень малых аберрациях заряженные частицы, эмиттированные с большой7 13041 площади образца, зондируемой источниками облучения при изменяющихся в широком диапазоне расстояниях от образца до энергоанализатора, Кроме того, имеется возможность электрон ной настройки спектрометра в режимы наибольшей чувствительности и предельного разрешения. Формула изобретения1, Злектронный спектрометр, содержащий соосные квазиконический энергоанализатор, держатель облучаемого образца и приемник вторичных частиц, установленные на входе и на выходе энергоанализатора, а также источник облучения образца, оптическая ось которых проходит через держатель образца, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения площади сканирования образца, энергоанализатор снабжен устройством поворота пучка, выполненным из двух соосных осесимметрических изолирован 25 ных электродов, причем внешний элект. род с выполненными в нем входной и выходной концентрическими щелями выполнен в виде конической поверхности с углом полураствора при.вершине (, а внутренний электрод имеет се(06 чение в меридиональной плоскости,соответствующее в полярной системекоординат выражению полярный радиус, м;язимутальный угол, рад, 1 + соз Ч ф 1 и СО Чф/2 а ЗФзи (о + со з Чо гдеЧ 1СШ В1 + Я(о Ф2; Спектрометр по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкций, внутренний электрод устройства поворота выполнен в виде конической поверхности с углом полураствора при вершине конуса (3, Спектрометр по п.2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения вторично-эмиссионных эффектов, есвяэанных с краями щелей, оба электрода устройства поворота выполнены в виде конических поверхностей, образованных металлическими нитями, натянутыми вдоль образующих конусов, н лежащих в совмещенных меридиональ. ных плоскостях.. ног н л.Проектная,4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужго Тираж 698 ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д,4/5