Энергоанализатор электронов по вре-мени пролета
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Саветскмх
Социалистических, Республик (u>851297 (61) Дополммтельиое к авт. сеид-ву (22) Заявлено 041079 (23) 2824445/18-25 с присоединением заявим Hо(23) ПрмормтетОпубликоввмо 300781. Бюллетень М 28
Дата опублмкованм» опмсанмя 30.0781 (51)М. Кл.8
G T 1/36
Н -01 3 49/00 государственный комитет
СССР ио лелин изобретений и открнтнй (53) УДК 535. 232, .61(088.8) (72) Автор изобретения
О.N. Сорокин 4 !
1 (73) Заявитель (54) ЭНЕРГОАНАЛИЗА ХОР ЭЛЕКТРОНОВ ПО ВРЕМЕНИ
ПРОЛЕ УА
Изобретение относится к темнике спектроскопии заряженных частиц (эяектронов) и может быть применено для исследования энергетических спектров вторичной н фотоэлектронной эмиссии прн взаимодействии. возбуждающего излучения с газами и твердым телом в области энергий 0,0159 зВ. С наибольшим эффектом устройство может быть.использовано s .электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА) поверхностных слоев твердого тела, изучения полей пятен контактных потенциалов, микроиристаллического строения наружных граней кристаллов, а также поверхностных загрязнений, дислокаций и структурных неоднородностей приповерхностных слоев.
Известен энергоанализатор электронов но времени пролета, осуществляющий преобразование временного интервала между стартовым отаирающим импульсом и импульсом прихода электрона на детектор в амплитуду калиброванного импульса, пропорциональную атому интервалу, с последующим анализом сформированных импульсов с помощью амплитудного анализатора.
Преобразование осуществляется методом зарядки конденсатора за указанное время с последующим его разрядом в конце преобразования (1).
Однако существующая квадратичная завн имость между энергией и временем пролета определенной базы доставляет неудобства при последуюЩ щей обработке информации из-за непостоянного разрешения во всем рабочем энергетическом интервале и нелинейности шкалы прн графической визуализации результатов.
t5
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник алектронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предчарительный усилитель импульсов и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импуяьсов и амплитудный анали-. затор. Устройство имеет собственное время усиления 1,0 нс при разбросе около 100 нс. При таком временном разрешении соответствующее энергетическое составляет 0,1 эВ при Е
12 эВ и 3 мэВ прн Е 5 эВ (2) °
851297
Недостатком известного устройства является неудобство представления спектров электронов во временной шкале, что затрудняет как оценку точности измерений, так и интерпретацию результатов. При изменении энергии электронов от 920 до 0,9 эВ время пролета меняется от 25 до
800 нс, а энергетическое разрешение изменяется более чем на четыре порядка от 7,4 эВ,цо 0,23 мэВ соответственно.
Цель изобретения — повышение точности регистрации и последующего преобразования время-пролетного спектра электронов.
Поставленная цель достигается тем, что в знергоанализатор, содержащий источник электронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предварительный усилитель импульсов и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импульсов и амплитудный анализатор, введены генератор напряжения в форме гиперболы второго поряДка и импульсно-потенциальный вентиль-ограничитель, выход которого подключен ко входу амплитудного анализатора, импульсный вход вентиляограничителя подключен к выходу формирователя импульсов с детектора, а потенциальный вход вентиля-ограничителя соединен с выходом генератора напряжения в форме гиперболы второго порядка, вход которого соединен с выходом генератора стартовых импульсов и с отпирающим электродом источника электронов. о
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого энергоанализатора.
Энергоанализатор содержит источник 1 электронов (фотокатод или вторичный эмиттер), эмиссия с которого исследуется, сетку 2 для создания отрезающего поля с временным окном порядка 1 нс, пролетную базу 3 (длиной L 40 см), детектор 4 электронов, предусилитель 5 импульсный, формирователь б стандартных импульсов импульсно-потенциальный вентиль (ИПВ) 7, амплитудный анализатор 8 импульсов, генератор 9 стартовых импульсов и генератор 10 напряжения в форме гиперболы второго порядка.
Энергоанализатор работает следующим образом. ,Выбитые из фотокатода 1 излучением (n,Ер) электроны в отсутствии запирающего поля сетки 2 проходят прост- ранство дрейфа вдоль базы ), за время
Lt = / Г2 Е;7т сообразно своей начальной энергии Ета
В конце пути за сеткой перед шевроном электроны ускоряются до 500 эВ и дают начало ливням умножения внутри МКП, причем временное расположение их, а значит, и импульсов на коллекторе МКП также соответствует
ЗО
Функции ht = f (E; ), данной выше, с точностью до собственного разрешения МКП. Усиленные и сформированные импульсы в неизменном временном расположении подаются на импульсно-потенциальный вентиль (закрытый вход).
Начало электронному пучку дает импульс старт-генератора 9. Этот же импульс старт"генератора запускает генератор гиперболы второго порядка, состоящий из стартового триггера, генератора линейно-изменяющегося напряжения (интегрирующий усилитель) и функционального преобразователя (на одном решающем усилителе с входными резистивно-диодными цепями с заземленными анодами), осущест вляющего кусочно"линейную аппроксимацию положительноге- напряжения подставки для импульсно-потенциального вентилями(для его открытого входа) вида V = k/t, где амплитуды „,,„и Ч„,» могут принимать значеййя соответственно до 1000 нс и
6 В. ИПВ 7 работает как ограничитель отрицательных импульсов сверху на нулевом уровне при пороге V„ = k/t, зависящем от времени таким образом, что на анализаторе 8 поступают ограниченные импульсы, имеющие разностную амплитуду A = A — Ао. в соответствии с фазой t гиперболы.
Следовательно, электрон с малой энергией и большим временем пролета создает стандартный импульс в точке большой фазы гиперболы с малой подставкой и поступает на анализатор 8 с большой амплитудой A
= A — А, и наоборот. Поскольку подставка зависит от времени по закону k/t, то амплитуда А линейна относительно начальной энергии
Е„. электрона.
При зависимости времени пролета от Е; вида At =L /ЛЕ, ° m u напряжении генератора квадратичной гиперболы A = k/t, включаемого одновременно с электронным пучком (t at), на анализатор импульсов поступают импульсы с амплитудой
k ° 2 Е
A=At-AA=At
2k
° ° т е. А-.= А — — Е с mg? л
Предлагаемый энергоанализатор позволяет преобразовать амплитудный спектр сигнальных импульсов таким образом, что делает метрику его ocu абсцисс линейной относительно начальных энергий эмиттировавших электронов. В результате этого отпадает необходимость в дальнейшей обработке зарегистрированных спектров с целью их линеариэации и приведения к виду, удобному для дальнейшей рабоТЫA
851297
Формула изобретения
Составитель В. Недопекин
Редактор М. Митровка ТехредИ. Астолош Корректор М. Демчик
Заказ 6347/64
Тираж 732 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4
Энергоанализатор электронов по . времени пролета, .содержащий источник электронов, пролетную базу, соединенные последовательно детектор электронов, предварительный усилитель импульсов и формирователь стандартных импульсов, генератор стартовых импульсов и амплитудный анализатор, о т л и ч аю шийся тем, что, с- целью повышения точности регистрации и последующего преобразования время-пролетного спектра электронов, в него введены генератор напряжения в форме гиперболы второго порядка и импульс- но-потенциальный вентиль-ограничи" тель, выход которого подключен к входу амплитудного анализатора, импульсный вход вентиля-ограничителя подключен к выходу формирователя импульсов с детектора, а потенциальный вход вентиля-ограничителя соединен с выходом генератора напряжения ,в форме гиперболы второго порядка, вход которого соединен с выходом генератора стартовых импульсов и с отпирающим электродом источника электронов.
Источники информации, О принятые во внимание при экспертизе
1. Bagdwin G.Ñ. and Friedman S.I.
Time-ой-Flight Ve8ocity Spectrometer.-Rev. Sci.Instr.v.38,1967, 9 4, р. 519.
Ô5 2. Kenner6y R.Å. Hig -ВеэобШ1оп
Рябsed Ебectron Beam. Time-of-Р61ght
Spectrometer.-Rev.Sci.Instrum.ч.48>
1977, Р 12, р. 1682 (прототип) °