Устройство для регистрации энергетических спектров электронов

Устройство для регистрации энергетических спектров электронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О Il И С А Н И Е (и) 475686

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова йеетеиик

Социалистических

Ресдтблик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заяглено 02.02.73 (21) 1877961/26-25 (51) Ч. Кл. Н OIj 39,, 34 с присоединением заявки №

Совета 6Лннлстров СССР

Опубликовано 30.06.75. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 18.09.75 ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.384.8 (088.8) (72) Автор изобретения

О. М. Сорокин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ

Государственный комитет (32) Приоритет

Изобретение относится к технике спектроскопии заряженных частиц малых и средних энергий и может быть применено для получения энергетических спектров ионов и электронов, освобождаемых при взаимодействии корпускулярного и электромагнитного излучения в области энергий 50 — 2000 эв с конденсированной средой и изолированными атомами.

Оно может быть использовано с наибольшим эффектом при исследовании энергетики неодноэлектронных процессов в разного рода эмиссиях при больших энергиях возбуждения, а также при излучении Ожепроцессов, переходов при кратной ионизации, эффектов размножения электронных возбуждений и рассеяния энергии возбужденных электронов внутри твердого тела.

Известны приборы для исследования энергетических спектров фото- вторичной электронной эмиссии, состоящие из магнитных и электростатических анализаторов, устройств ввода эмиссии в анализирующее поле и детекторов заряженных частиц.

Так, например, в приборе для анализа рентгеновской фотоэмиссии по энергиям используется магнитный анализатор электронных энергий, в фокальной плоскости которого установлен блок канальных электронных умножителей (КЭУ) (микроканальная плата), усиливающий в 10" — 10 крат электронные потоки, которые ооразуют изображение электронных линий, и охватывающий участок спектра электронов в 10 эв одновременно.

Расположенный за канальной платой фос5 форесцирующий экран при подаче на него высокого напряжения преобразует импульсы тока умножителей в световые вспышки, которые регистрируются сканирующей,видеокамерой и многоканальным анализатором с

10 электронной памятью.

Недостатками описанного прототи IB являются невозможность регистрации электронных спектров одновременно во всей области энергий эмиттирующих электронов до 60 —15 70 эв и связанная с этим невозможность непосредственного получения парциальных энергетических спектров электронов в эмиссионный пачках с какой-либо определенной интересующей численностью.

20 В предла гаемом устройстве с целью прямой регистрации энергетического распределения электронов в эмиссионных пачках любой численности, за блоком канальных электронных умножителей по ходу электронных пучков ус25 тановлены последовательно суммирующая ускоряющая сетка с 50 % -ныл пропусканием электронов, двухсеточный замедлитель электронов, управлгпощая сетка с 90%-ным пропусканием и запоминающая пластина потен30 циалоскопической электроннолучевой трубки, 475686

65 причем суммирующая сетка подключена ко входу дифференциального амплитудного анализатора импульсов, выход которого подсоединен к управляющей сетке.

Между блоком канальных умножителей и запоминающей пластиной ЭЛТ приложено постоянное электромагнитное поле, достаточное для стигматической фокусировки электронных пучков на поверхности запоминающей пластины.

На чертеже изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого устройства (разрез в меридиональной плоскости), где 1 — мишень, эмиссия с которой исследуется, 2— электронный магнитный 180 -ный анализатор с входной щелью, 3 — блок КЭУ с диаметром отдельных каналов в несколько десятков мкм, 4 — суммирующая сетка с прозрачностью Т для электронов — 50Я>, 5 — 6 — двухсеточный замедлитель электронов, 7 — управляющая сетка, Т-90 /о, 8 — запоминающая пластина потенциалоскопической ЭЛ Г, 9 — — горизонтально отклоняющие пластины ЗЛТ, 10 — вертикально отклоняющие пластины, 11 — электронная пушка ЭЛТ; ААИ вЂ” амплитудный а нализатор импульсов.

Прибор работает следующим образом.

Пучок монохроматического света или моноэнергетических электронов возбуждает электронную эмиссию из мишени 1 (например, из фотокатода), которая ускоряется электрическим полем и фокусируется так, что целиком проходит во входную щель анализатора 2.

В однородном поперечном магнитном поле траектории электронов любых энергий E представляют собой окружности, поэтому в фокальной плоскости анализатора электроны одинаковых энергий при повороте на 180 фокусируются в узкие линии, перпендикулярные меридианальному сечению, причем ширина их тем больше, чем шире входная щель и больше угловая апертура входного, пучка.

При достаточно малом сечении индивидуальных КЭУ (порядка десятков мкм) и их высокой эффективности (0,8 — 0,9 при

Е-400 эв) контур электронной линии переносится на .выходную плоскость блока КЭУ-3, конечно, с некоторыми искажениями.

Далее, по выходе из блока 3, усиленные пучки электронов фокусируются с помощью комбинированной магнитоэлектростатической фокусирующей электроннооптической системы (в нее входят ускоряющая сетка 4 и магнитная линза, не показанная на чертеже) ла запоминающую пластину 8 ЭЛТ вЂ” потенциалоскопа, так, что осуществляется перенос изображения электронного спектра с выхода блока КЭУ на запоминающую пластину 8.

Таким образом, на .пластине 8 образуется потенциальный рельеф, соответствующий энергетическому (суммарному для вссх пачек) спектру электронной эмиссии.

Сетки 4 и 7 служат для обеспечения условий управления процессом регистрации энер5

45 гетических спектров по совпадениям во времени импульсов от отдельных КЭУ.

Сетка 4 имеет Т=50 /о при размерах ячейки в несколько десятков КМК. Это позволяет отобрать на нее около 50 /о электронов из каждого индивидуального КЭУ.

Поскольку входная апертура КЭУ невелика (несколько сот квадратных мкм), можно предположить, что при небольших интенсивностях электронного потока на вход каждого КЭУ в течение его разрешающего времени (5 нсек) попадает не более одного электрона. Тогда совпадение во времени токовых импульсов

КЭУ будет означать (с точностью до разрешающего времени -5 нсек) принадлежность вызывающих их электронов к одной эмиссионной пачке.

Если КЭУ все работают в режиме насыщения и, следовательно, импульсы тока на выходе их всегда имеют одну и ту же величину (амплитудное распределение (АР) напоминает по виду 6-функцию) и если, кроме того, коэффициент усиления не очень сильно варьирует в пределах полезной площади канальной платы, то можно считать, что амплитуда импульса напряжения, снимаемого с сетки 4. будет пропорциональна, числу электронов в пачке, эмиттируемой фотокатодом 1. Сигнал с сетки 4 подается на ААИ, который настраивается,на группу каналов, соответствующую пачкам определенной численности, и в случае обнаружения такой пачки выдет положительный разрешающий импульс на сетку 7.

Все остальное время сетка 7 находится под постоянным отрицательным потенциалом, что обеспечивает запирание электронных пучков, соответствующих пачкам любой другой численности.

При отпирании сетки 7 эмиссия, соответствующая пачкам с исследуемой численностью, создает на пластине 8 потенциалоскопа потенциальный рельеф, сохраняя пространственное линейчатое распределение по энергиям, как уже отмечалось выше, при условии отигматической фокусировки.

Расчет времени пролета электронами расстояния в 10 мм между сетками 4 и 7 при энергии в 1 кэв,дает величину 0,5,нсек. Этого времени совершенно недостаточно для работы

ААИ даже наносекундного диапазона. Поэтому в увеличенное пространство между сетками 4 и 7 введены еще две, 5 и 6, сетки высокого (90 ) пропускания, находящиеся под одинаковым низким напряжением и образующие, таким образом, замедлитель электронных пучков.

При выборе соответствующих потенциала и расстояния между сетками (например, 2 — 4 в и 10 мм, соответственно) время прохождения электронами участка замедления может быть легко увеличено,до 10 — 30 нсек. Этого уже вполне достаточно для срабатывания схемы

ААИ и выдачи импульса управления на сетку 7.

475686

Таким образом, схема управления с двумя сетками и замедлителем также из двух сеток позволяет из общего энергетического распределения выделять только те энергетические спектры, которые соответствуют выбранным пачкам.

Запечатленные в виде потенциального рельефа на пластине 8, эти энергетические спектры затем легко считываются электронным лучом

ЭЛТ и регистрируются самописцем, синхронизованным с медленной кадровой разверткой.

Достоинством предлагаемого прибора является многоканальная регистрация энергетических спектров электронных пачек с. высоким разрешением по площади, а следовательно, и по энергии .за счет ис:;ользовация блока КЭУ.

К числу недостатков,прибора следует отнести возможность потери информации в случае попадания более чем одного электрона одновременно в один и тот же КЭУ.

Однако этот недостаток устраним при использовании в предлагаемом устройстве бло ков КЭУ с оолсе высоким разрешс псм.

Чтобы избежать ошибок из-за инерцио,iiioЧтобы избежать ошибок из-за инерционности потенциалоскопа, необходимо стирание предыдущего потенциального рельефа осуществлять электронным лучом ЭЛТ при той же развертке, что и считывание; тогда время хранения зарядов становится равным для всех точек запоминающей пластины.

Предмет изобретения

Устройство для регистрации энергетических спектров электронов, содержащее, магнитный анализатор энергий электронов и установленIo ный в фокальной плоскости анализатора блок канальных электронных умножителей, отли.- и ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности прямой регистрации энергетического распределения электронов в эмисси15 онных пачках любой численности, за блоком канальных электронныx умножителей по ходу электронных пучков установлены последовательно суммирующая ускоряющая сетка с

50%-ным пропуск нием электронов, двухсеточ2О ный замедлитель электронов, управляющая сетка с 90%-ным пропусканием и запоминающая пластина потенциалоскопической элек::,oii1;Qëó÷i. ..îé трубя, пр; чем суммирующая сстка подключена ко входу дифференциально25: э амл iiiтудпо-.о анализатора импульсов, выхол которо: о: одсоединсн к управляющей сетке.