Электростатический анализатор заряженных частиц

Электростатический анализатор заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) 1 I Ì

ИСА-Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

О ЙСоюз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СИИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Зеявлено 07.07. 77 (21) 2506261/18-25 с присоедмненмем заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликоввно 232282 Бюллетень N9 47 . Дата опубликований описания 253. 280 (51)М, Кл,з

Н 01 J 49/Щ) Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621 ° 374 °.32(088.8) (72) Автор изобретения

К. A. Меньшиков (71) Заявитель (54)ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Предлагаемое изобретение относит-q ся к устройствам для анализа заряженных частиц, в частности к дисперсионным электростатическим анализаторам заряженных частиц, и может быть использовано при изучении химического состава поверхностей твердых тел.

Известен электростатический ана" лизатор заряженных частиц с задерживающим полем, содержащий вакуумную камеру, в которой находится мишень иэ исследуемого материала, источник ионизирующего излучения, сферический коллектор, электроды в виде сферических сеток, размещенных между ми- 15 шенью и коллектором так, что центры сферических сеток и коллектора находятся на мишени (.1. .

Однако сильный дробовой шум ухудшает его чувствительность по сравне- 20 нию с дисперсионными анализаторами не менее, чем в 100 раз.

Известен и электростатический анализатор заряженных частиц — сферичес кий дефлектор. Он содержит вакуумную 25 камеру, в которой размещены мишень: из исследуемого материала, источник .ионизирующего излучения, детектор заряженных частиц, сферические электроды, образующие канал, посредст. — 30 вом которого частицы иэ мишени попадают к детектору!Я

Но в таком анализаторе наблюдается резкое уменьшение чувствительности при увеличении разрешающей силы, что не позволяет реализовать

,.анализатор, обладающий одновременно ! высоким,разрешением и чувствителькостью.

Наиболее близким к предлагаемому по конструкции. является известный электростатический анализатор заряженных частиц, содержащий вакуумную ,камеру, в которой находится мишень из исследуемого материала, источник ионизирующего излучения, детектор заряженных частиц, размещенный между мишенью и детектором наружный цилиндрический электрод, в котором коаксиально с ним расположен внутренний цилиндрический электрод, имеющий на поверхности две кольцеобраэные щели по периметру, источник напряжения, подаваемого на внешний цилиндрический электрод, диафрагму, расположенную на оси между коаксиальными цилиндрическими электродами и детектором заряженных частиц ЭЗ.К "недостаткам анализатора относятся необходимость трудоемкой юсти683516 ровки Образцов s фокусе и недостаточное энергетическое разрешение и чувствительность анализа.

Цель изобретения — обеспечение экспрессности измерений и увеличение чувствительности и энергетического разрешения. указанная цель достигается тем что во внутреннем цилиндриче ком электроде коаксиально с ним размещен дополнительный электрод цилиндрической формы, находящийся по оси между крайними кольцеобразными щелями и соединенный с источником питания так, что знак подаваемого на него потенциала совпадает со знаком заряда анализируемых частиц, причем радиус электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летящих во внутреннем цилиндрическом электроде частиц с осью анализатора.

Измененная конфигурация электро- дов и соответственно электрического

t поля, в котором движутся заряженные частицы, позволяет регулировать положение фокуса анализатора и улучшить его фокусируюцие характеристики.

На чертеже показан предлагаемый анализатор в разрезе и траектории проходящих через него заряженных частиц.

Предлагаемыч анализатор содержит источник 1 ионизирующего излучения„ мишень 2 из исследуемого материала, детектор 3 заряженных частиц, внешний цилиндрический электрод 4, внутренний цилиндрический электрод 5, дополнительный цилиндрический электрод 6, диафрагму 7. Электроды 4,5 и 6 имеют разные диаметры и вложены друг в друга так, что их оси совпадают. Для прохода заряженных частиц внутренний цилиндрический электрод 5 имеет три или четыре кольцеобразные цели 8, расположенные по его периметру и закрытые прозрачной сеткой. Внутренний цилиндрический электрод 5 заземлен, внешний цилиндрический электрод подключен к источнику 9 питания, а дополнительный цилиндрический электрод 6 подключен к источнику 10 питания, причем полярность подаваемого на электроды напряжения совпадает.со знаком заряда анализируемых частиц. Длина цилиндрического электрода б зависит от наличия и конструктивного выполнения известных устройств — экранов для компенсации искажений поля у краев электродов, разрешающей силы анализатора и может лежать в интервале

0,2-0,9 4, где 4 — расстояние между крайними щелями во внутреннем цилиндрическом электроде. Радиус дополнительного цилиндрического элЖтрода б должен быть меньше, чем минимальный радиус траектории заряженных частиц, иначе они будут попадать на поверхность дополнительного цилиндрического электрода. Его минимальный радиус определяется лишь кон структивными соображениями, поэтому удобно изготовить электрод б в виде отрезка металлической проволоки, лежащего на оси двух других цилиндрических электродов.

Предлагаемый анализатор работает следующим образом.

Источник ионизирующего излучения дает пучок, попадающий на мишень. Из мишени вылетают вторичные заряженные частицы, часть из которых пролетает через ближайшую к мишени щель в электроде 5 и попадает в отклоняющее not5 ле, создаваемое внешним цилиндрическим электродом 4 и регулируемое источником 9 питания. Далее заряженные частицы отклоняются к оси системы цилиндрических электродов и, пройдя

2О через следующую кольцеообразную щель внутрь электрода 5, попадают в поле, создаваемое дополнительным электродом б и регулируемое источником 10 питания. Это поле отталкивает заря 5 женные частицы от ос и отклонившись, они выходят из внутреннего цилиндрического электрода 5 через следуюцую кольцеобразную щель.

Потом заряженные частицы снова щ отклоняются полем внешнего цилиндрического электрода и снова попадают во внутреннюю область электрода 5 через следующую кольцеобразную щель, где они летят в бесполевом пространЗ5 стве до дифрагмы. На диафрагме заряженные частицы фокусируются, проходят через нее и регистрируются детектором электронов, в качестве которого может служить цилиндр Фарадея или электронный умножитель. Если за4О ряженные частицы. имеют энергию отличную от той, на которую настроен анализатор, то они не фокусируются на диафрагме и до детектора не доходят. Изменением соотношения между потенциалами, подаваемыми от источников питания на электроды предлагаемого анализатора, можно осуществить фокусировку заряженных частиц в широком диапазоне углов входа частиц в электродную систему анализатора и расстояний от мишени до электродов при сохранении свойства угловой фокусировки второго порядка. Это дает возможность избежать юстировки образцов в фокусе предлагаемого анализатора и вместо этого менять расстояние с по- . мощью известных электронных устройств, работающих в автоматическом режиме.

Предлагаемый анализатор позволяет автоматизировать трудоемкую юстиров40 ку образцов в фокусе при исследовании их химического состава и других характеристик методами вторично-электронной, в частности, оже-электронной спектроскопии, а также методами

65 спектроскопии энергетических потерь г

683516 в отраженных ионных пучках, что дает экономию времени, особенно при по:точном методе исследования серии образцов с введением их в вакуумный шлюз или при исследовании образцов с неплоскими поверхностями.

Предлагаемый анализатор заряженных частиц имеет лучшие фокусирующие и дисперсионные характеристики, чем прототип. его критерий качества - отношение дисперсии по энергии к абер. рационному коэффициенту третьего порядка, в 3,9 раза больше, чем у прототипа, что, например, дает возмож- . ность при равной с прототипом чувствительности повысить разрешающую силу в 3,9 раза и тем самым увеличиТь 15 точность анализа.

Предлагаемый анализатор позволяет по сравнению с прототипом уменьшить угол входа заряженных частиц от 42О18 до 31О27 и поставить мишень в 1,4 раза дальше от входной щели, что су" щественно увеличивает экспериментальные возможности, так как облегчается послойный анализ химического состава ионным травлением, напыление тон" ких пленок и т.д.

Формула изобретения

Электростатический анализатор заряженных частиц, содержащий вакуумную камеру, детектор заряженных частиц, мишень из исследуемого материала размещенный между мишенью и детектором наружный цилиндрический электрод, расположенный внутри него и коаксиально с ним заземпенный цилиндрический электрод, имеющий на поверхности коль" цеобразные щели по периметру, диафрагму, находящуюся между коаксиальны я цилиндрическими электродами и детек тором заряженных частиц, источник питания, подключенный к наружному цилиндрическому электроду полярностью, совпадающей со знаком заряда анализируемых частиц, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения

:экспрессности измерений и увеличения чувствительности и энергетического разрешения, во внутреннем цилиндрическом электроде коакснально с ним размещен дополнительный электрод цилиндрической формы, расположенный. по оси между крайними кольцеобраэ- ными щелями, соединенный с источником питания той же полярностью, что и с наружным цилиндрическим электродом, причем радиус дополнительного электрода не превышает расстояния наибольшего сближения траектории летящих во внутреннем цилиндрическом электроде частиц с осью анализатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Патент CUIA 9 3582649, кл. 250/49.5, 1971.

2. 0 ourna7 df Physics, sar Е.7, Р 6, 1974, р. 461.

3. Авторское свидетельство СССР М 175584> кл Н 01 У 39/04, 1965, 683516

Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Ра шская наб. д. 4 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектными, 4

Заказ 9246/74

Составитель Б. Рахманов

Редактор Е. Месропова Техред A .ÆeïàHñêàÿ Кор екто Н. Г иго ук