CN111727489B - 动量分辨光电子能谱仪及用于动量分辨光电子能谱的方法 - Google Patents

动量分辨光电子能谱仪及用于动量分辨光电子能谱的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物理学领域，并且涉及一种动量分辨光电子能谱仪，通过其可以确定物理性质。本发明的目的是提供一种动量分辨光电子能谱仪，其实现了设备部件的具有显著减小的结构体积的简单结构。本发明的目的通过一种动量分辨光电子能谱仪来实现，该动量分辨光电子能谱仪包括至少在真空中在光轴方向上相继地布置的部件，每个部件至少是一个电子发射样本和一个聚焦系统，其中该聚焦系统由至少一个电子透镜和一个检测器组成，其中该电子透镜由三个圆柱体元件组成，其中第一圆柱体元件具有电势＝0并且两个随后布置的圆柱体元件具有电势≠0，并且其中检测器是布置在电子透镜的焦平面中的一个或多个空间分辨检测器。

Description

动量分辨光电子能谱仪及用于动量分辨光电子能谱的方法
技术领域
本发明涉及物理学领域，并且涉及一种动量分辨光电子能谱仪。通过该动量分辨光电子能谱仪和一种用于动量分辨光电子能谱的方法，可根据材料的能量分布和电子结构来确定它们的物理性质。
背景技术
材料的物理性质(例如电阻、光学吸收率、可塑性等)由材料的电子的结构决定。因此，有利地，需要获得关于材料的电子的结构的全面而详细的知识。此外，该知识还有助于预测新的化合物和/或物理性质。同样地，该知识可用于在适当考虑电子部件的性质的前提下来构造该电子的部件，例如晶体管或太阳能电池。
为了确定材料的电子的结构，需要确定电子在材料中的行为和尤其电子的能量和动量。
动量描述了电子的机械运动状态。与动能相反，动量是矢量，因此其具有大小和方向(德语维基百科；“Impuls”[动量]条目)。
用于确定固体中电子的能量和动量的最著名的方法是爱因斯坦的光电效应定律，他也因此获得了诺贝尔奖。此处，在实验范围内，单色光撞击金属表面从而使电子从该表面射出。这些光电子携带在材料中有关其能量和动量的信息。因此，如果可以确定电子从表面出射时的动能及方向(即其动量)，则可以得出关于材料的物理性质的结论。
然而，由于在确定能量和动量时至少必须考虑许多标准，所以其不容易实现。
因此，材料表面必须达到原子级别的洁净度，这只能在超高真空(UHV)中实现并且反过来通常会导致光电子的射出和确定以及光电子方向的确定必须在UHV中进行，从而严重地限制了技术选择。
此外，必须在最大程度上防止和/或屏蔽沿着光路径和光电子到达检测器的路径的外部电场和磁场，否则会导致测量结果发生变化，从而导致错误的结果。
为了获得有意义的相关测量结果，需要复杂的检测装置以确定尽可能多的出射光电子的能量和动量。
为此，使用电子能谱仪分析电子的能量和动量。通常，电子能谱仪由透镜、在特定的传播方向上传递特定能量的电子的分析仪、以及检测器组成(德语维基百科；“Elektronenspektrometer”[电子能谱仪]条目)。
电子能谱仪中的透镜是电子透镜。
电子透镜是用于通过不均匀的电场和/或磁场使电子束偏转的部件。与光学透镜类似地，利用电子透镜可以使从某一点发射的不同方向的光束再次到一点上成像(www.spektrum.de/lexikon/physik/elektronenlinsen)。
通常地，电子透镜由具有势场的多个管透镜(Rohrlinsen)或者孔光圈(Lochblenden)构成。通过电子透镜的不同电势，这些电势具有会聚透镜或发散透镜的作用。这可以用于构造电子的势场，该势场能够一方面使电子加速或制动，另一方面能够将电子聚焦在特定的所需点处。
分析仪具有用于电子的入口狭缝和到检测器或空间分辨检测器的出口狭缝。利用电子在电场或磁场中的偏转来过滤电子能量。然后，只有具有定量能量(通能)的电子沿着一个方向在特定的角度范围内击中入口狭缝才能够通过入口狭缝和出口狭缝。通过改变电压来控制滤波器的通能，从而在这种情况下使具有不同能量的电子通过。
通过检测器计算已经通过的电子的各种通能，并将其表示为在特定的方向上电子数量的分布。然后，经由在多个方向上确定的电子数量的分布来确定在该多个方向上的电子能量的分布，通常将其表示为图形。
检测器例如是空间分辨检测器，其由微通道板(MCP)和荧光屏组成。
已知可使用角分辨光发射光谱法(ARPES)的设备以实现这些检查。这些设备可以直接用于研究材料的电子的结构。这样的电子分析仪的最终任务是确定光电子离开材料表面的动能和方向。这些设备可以分为三类：显示型电子分析仪、半球形电子分析仪和飞行时间电子分析仪。
第一类设备的代表是基于网格布置的能谱仪。离开样本的电子飞行穿过多个球形网格，这些球形网格以高通和低通滤波器起作用并且仅选出到达检测器并且应该被计数的电子。显示型电子分析仪的优点是可以即时检查相对较大部分的动量空间(大的接收角)，其中结构通常包括许多元件，包括反射镜和球形网格(D.Rieger等：Nucl.Instr.Methods，208，777(1983)；H.Matsuda等：J.Electron Spectrosc.Relat.Phenom.195，382-398(2014))。由于微透镜效应以及网格单元的有限尺寸，球形网格限制了分辨率。因此，与半球形电子分析仪相比，此类能谱仪的能量分辨率和动量分辨率相对较差。
半球形电子分析仪是以上类别的设备中最成功的设备。其能量分辨率可以达到亚兆电子伏(sub-meV)水平，而角分辨率甚至可以达到0.2°。这是通过电子透镜和两个半球的精密组合来实现的(N.Martensson等：J.Electron Spectrosc.Relat.Phenom.70，117-128，(1994))。
最初，由5至7个元件组成的电子透镜将电子束投射到分析仪的入口狭缝上。布置电子光学单元以使入口狭缝位于电子透镜的焦平面内，这意味着以特定角度离开样本表面的电子位于该平面中的具有特定半径的圆上。因此，距入口狭缝的中心的距离与该角度对应，这是用于区分和测量两者之间角度分布的方便选项。随后，对所有通过入口狭缝的电子进行能量分析。
这些方案的缺点是仅同时分析所有光电子中的一小部分。为了分析剩余的光电子，需要或者旋转样本，这是在UHV中要求很高的操作，或者需要改变透镜元件的电压，以便能够将不同的电子束投射到入口狭缝上。两种方案都可以改善半球形电子分析仪的缺点。但是，由于必须要调整多个参数的原因，测量非常耗时，并且在电子分析仪上需要布置大量昂贵的设备。
EP 2 851 933 B1公开了一种用于确定带电粒子的参数的方法以及一种用于分析粒子发射样本的半球形偏转器类型的光电子能谱仪。此处，光电子能谱仪由测量区域、具有基本上直的光轴的透镜系统、用于使粒子束至少偏转两次的偏转器装置、能够以二维方式捕获测量区域中带电粒子的位置的捕获装置、和控制偏转器装置的控制单元组成。
飞行时间电子分析仪根据同名的TOF技术运作(R.Ovsyannikov等：J.ElectronSpectrosc.Relat.Phenom.191，92-103(2013))。与半球形电子分析仪相对地，TOF电子分析仪没有入口狭缝和半球。电子被收集在圆锥体中，并同时测量电子的能量和动量。能量过滤实现为，通过将检测器布置在离待检查的样本非常远的位置，并且由能谱仪测量电子的飞行时间。为此，通常使用微通道板检测器(Microchannelplates)和延迟线检测器(delay-line detectors)。
WO 2011/019457提供了一种飞行时间电子分析仪，利用该飞行时间电子分析仪可以确定样本的粒子束的动能，该飞行时间电子分析仪由第一、第二以及第三透镜系统以及90°带通滤波器组成，从该90°带通滤波器两个球形导电板耦合至第一和第三透镜系统，并且该飞行时间电子分析仪具有高速多通道检测器(MCP)，其捕获从目标反射后的光电子。
TOF电子分析仪方法的主要缺点在于需要实现脉冲宽度相对较窄的脉冲辐射。因此，同步辐射的使用仅限于单脉冲操作模式，并且通常实验室激光器的重复率太低而无法提供足够的信息率。
对于现有技术中的用于确定材料的电子的结构的所有设备来说，应当注意的是，在每种情况下都需要多次测量，以便确定所需的特定的动能下光电子的动量分布。同样地，这些测量通常需要全面且昂贵的设备。
发明内容
本发明的目的为提出一种动量分辨光电子能谱仪，其实现了设备部件的具有显著减小的结构体积的简单结构，并且借助该动量分辨光电子能谱仪利用一种用于动量分辨光电子能谱的方法，可以更显著、更有效地确定特定动能下的光电子的动量分布。
该目的通过权利要求书中提出的发明来实现。有利的实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明的动量分辨光电子能谱仪包括至少在真空中沿光轴方向相继地布置的部件，该部件分别是至少一个电子发射样本和聚焦系统，其中聚焦系统由至少一个电子透镜和至少一个检测器组成，其中电子透镜由三个圆柱形元件组成，该三个圆柱形元件在光轴方向相继地并彼此间隔布置，其中第一圆柱形元件具有电势＝0，而两个随后布置的圆柱形元件具有电势≠0，其中这两个圆柱形元件具有不同的电势，并且其中聚焦系统聚焦并检测分别具有基本上相同动能的电子，并且这些电子中在相同动量下离开电子发射样本的电子基本上聚焦在聚焦系统的对应于相同的动能的焦平面中的一个点处，并且其中检测器是一个或多个空间分辨检测器，其布置在聚焦系统的焦平面中，并且其中在聚焦系统中通过在电子透镜的圆柱形元件和/或检测器上施加变化的电压使待聚焦和待检测的电子的动能的下限直至费米能(Fermi-Energie)是可调节的。
有利地，将部件布置在至少在测量期间存在高真空或超高真空的腔室内。
此外有利地，电子发射样本由待检查的材料组成。
同样有利地，聚焦系统的电子透镜产生电场，通过该电场产生用于电子的特定动能的焦平面，并且在焦平面内实现具有特定的且相同的动能和相同的动量的电子的聚焦。
另外有利地，聚焦系统的电子透镜由容器组成，容器具有圆柱形入口并且在其内相继地布置两个另外的圆柱形元件。
同样有利地，至少一个检测器作为微通道板布置在电子透镜的焦平面中，其中甚至更有利地，一个或多个检测器在容器中横向于光轴布置在三个圆柱形元件的下游。
此外有利地，在检测器上游布置网格，同样有利地，该网格布置在容器中和/或布置在电子透镜的焦平面中。
同样有利地，电子透镜和/或在电子透镜的焦平面中的检测器关于待聚焦和待检测电子的动能的可检测性通过施加电压可改变地构造。
在根据本发明的用于动量分辨光电子能谱的方法中，电子从电子发射样本中释放并被引导通过聚焦系统，其中聚焦系统产生电场，通过该电场实现电子从所需动能直至费米能在聚焦系统的一个与一特定动能相关的焦平面内的聚焦，并且其中所有具有该所需动能和基本相同动量的电子，即来自电子发射样本的基本上相同发射方向的电子聚焦在聚焦系统的焦平面中的检测器的基本上一点处。
有利地，电子借助以同步辐射、激光辐射或其它辐射源(例如氦灯)的形式的光子束从电子发射样本的表面释放，其中更有利地，光子束是单色光子束。
同样有利地，通过聚焦系统聚焦和检测仅具有基本上费米能的电子。
此外有利地，通过在聚焦系统的焦平面中的电子透镜和/或检测器上施加变化的电压来调节待聚焦电子的所需动能直至费米能。
另外有利地，基本上所有动能低于待检测电子的所需动能的电子通过聚焦系统在检测器上游被制动，并且因此不被检测。
同样有利地，基本上所有具有待检测电子的所需动能直至费米能的电子通过聚焦系统在检测器上游被加速并检测，其中甚至更有利地，具有所需动能直至费米能的待检测电子的加速借助在电子透镜的焦平面中的检测器上游的网格实现。
另外，有利地，为了确定在低于费米能的所需动能下的电子的动量分布，将具有所需动能直至费米能的电子聚焦并确定动量分布，并随后聚焦具有较高动能直至费米能的电子并确定动量分布，并随后从在所需动能下的动量分布中减去在较高能量下的动量分布。
同样有利地，所发射电子的动量分布根据其动能以图形表示来确定。
另外有利地，根据所发射电子基于其能量的动量分布的确定值，可得到关于电子发射样本的物理性质的说明。
根据本发明的方案首次提出了一种动量分辨光电子能谱仪，利用该动量分辨光电子能谱仪实现了具有显著减小的结构体积的设备部件的简单结构。借助该动量分辨光电子能谱仪，通过使用一种用于动量分辨光电子能谱的方法，可以更显著、更有效地确定特定动能下的光电子的动量分布。
通过动量分辨光电子能谱仪来实现上述目的，该动量分辨光电子能谱仪具有至少在真空内沿光轴方向相继布置的部件，该部件分别具有至少一个电子发射样本以及带有电子透镜和检测器的聚焦系统。
带有入口狭缝的复杂的半球装置不再是必需的。
所有这些必需的部件至少在真空中布置，其中这有利地在腔室内执行，并且真空有利地是高真空或超高真空。根据本发明，超高真空应该在10-7hPa至10-10hPa的范围内。
此处，电子发射样本至少部分地存在于光子束的入射区域中以从待检查的材料中释放电子。
此外，根据本发明的聚焦系统由电子透镜和检测器组成。
利用根据本发明的电子透镜，分别具有基本上相同的动能的电子和这些电子中的在基本上相同的发射方向上离开电子发射样本的电子聚焦在电子透镜的相应焦平面中的基本上一个点处，其中该焦平面与所需动能相对应。此处，检测器在不同情况下分别位于该焦平面中。
为了聚焦和检测具有特定动能E1和相同发射方向的电子，通过聚焦系统产生电场，其生成用于动能E1的焦平面。焦平面与光轴相交，并且可以沿着该光轴在与电子发射样本相距不同的距离的位置生成。然后，检测器位于该焦平面中。
为了聚焦和检测具有其它的特定动能E2和其它的但相同的发射方向的电子，通过聚焦系统产生的焦平面位于沿着光轴与电子发射样本相距其它的距离的位置。
在这种情况下，电子透镜由三个圆柱形元件组成，该三个圆柱形元件沿根据本发明的设备的光轴方向相继地并彼此间隔地布置。在此，第一圆柱形元件具有电势＝0，而两个随后布置的圆柱形元件具有电势≠0，并且这两个圆柱形元件具有不同的电势。
通过圆柱形元件在其内部产生一个势场，该势场聚焦从电子发射样本中出射的电子。
应聚焦的电子一方面分别在共同的动能下限之上具有相同的动能，并且分别具有从电子发射样本相同的发射方向。这些电子都聚焦在聚焦系统各个焦平面的一个点处。
对于根据本发明的方案而言重要的是，从电子发射样本发射的电子具有与其在电子发射样本的材料晶体中的能量相对应的动能。
众所周知，存在电子的最高的能量，即所谓的费米能。电子不能具有更高的能量。此处，这些电子的动能与晶体中的费米能相对应，以下也称为费米能。
由于有电子的最高能量和因此电子发射样本的电子的最高动能，总是只有具有较低的能量或具有费米能的电子被聚焦和检测。
根据本发明的设备的特别的优点在于可聚焦具有不同动能和发射方向的电子，并因此允许在相应焦平面中检测多个单点。
对于根据本发明的方案而言重要的是，通过调节通过电子透镜和/或检测器的势场，并且通过在电子透镜内和检测器的上游安装的网格，利用该设备可以设定待检测动能的下限。具有低于所需下限的动能的电子被制动并且因此不被检测。然后，所有具有高于设定的所需下限的动能的电子直至具有费米能的电子可以被聚焦并检测。
在本发明的范围内，电子透镜的焦平面应理解为具有相同动能的所有电子都聚焦在相应的焦平面中，该焦平面是由聚焦系统的相应势场生成的。所有具有该动能的、在x和y方向上以相同的角度离开电子发射样本的电子都聚焦该平面中的一个点处。具有该动能的、具有其它但相同的出射角的电子聚焦在焦平面的其它点处。所有具有相同动能的、从电子发射样本出射的电子都聚焦该焦平面中的任意点上，使得出现了由许多焦点组成的焦平面。
有利地，电子透镜的焦平面不仅是二维空间中的平面。相反地，焦平面可以是三维空间中的一个区域，该区域例如可以为拱形或球形区域，或者该区域中可以具有一个或多个凹陷和凸起。
有利地，电子透镜和检测器可以布置在腔室内的容器中，其中容器具有电子入口，该电子入口有利地为具有电子透镜的元件。
电子的聚焦通过电场执行，该电场由电子透镜和检测器的圆柱形元件以不同的电势产生。
根据本发明，聚焦系统的电子透镜是由在光轴方向上相继布置的三个圆柱形元件组成的电子透镜。
此处，检测器是一个或多个空间分辨检测器，其中所有检测器都布置在电子透镜的相应的焦平面中。这些检测器可移动地布置在根据本发明的设备的光轴上并且与电子发射样本相距不同的距离，使得这些检测器能够相继地检测在多个焦平面中的电子。但是，也可以通过聚焦系统改变电场在检测器的位置生成焦平面。
有利地，至少一个检测器在电子透镜的焦平面中以微通道板的形式构造。
根据本发明的聚焦系统的特别的优点是：在光轴方向上一个或多个检测器上游可以布置网格，该网格实现在电子透镜的检测器上游对具有所需的动能的待检测电子的加速，由此电子可以通过该检测器更好地被检测。为此，制动电子的电压可以施加到检测器上，或者不施加到检测器上而是施加到网格上。在后一种情况中，在网格和检测器表面之间施加其它电压，该电压使通过的电子加速。如果在检测器上游安装这样的网格，则该网格位于电子透镜的焦平面中，而且检测器直接位于网格后方，通常仅距离网格几厘米的位置。
此外，经由在容器和/或电子透镜和/或检测器上施加不同的电压以及经由生成电子透镜的焦平面，在聚焦系统的帮助下可以调节待聚焦和待检测的电子的动能的下限。
还可以提供一种分析仪，该分析仪具有用于电子的入口狭缝，其中电子由电子发射样本发射并由聚焦系统聚焦。然而，根据本发明的分析仪不是必须的。
有利地，电子透镜和在电子透镜的焦平面中的检测器或仅电子透镜构造成使待聚焦和待检测电子的动能的可检测性和电子的从电子发射样本的出射角度可通过施加电压来改变。
在根据本发明的用于动量分辨光电子能谱的方法中，电子从电子发射样本中释放并被引导通过聚焦系统，其中聚焦系统产生电场，通过该电场实现具有所需动能的电子在为该动能生成的电子透镜的焦平面中的聚焦，并且其中所有具有所需动能和基本相同动量(即，来自电子发射样本的基本相同发射方向)的电子在电子透镜的相应焦平面中的检测器上的一点处被聚焦并检测。
所发射的电子的动量分布以撞击检测器的电子来确定。
在本发明的范围内，电子的动量应理解为，在通过在x方向和y方向上的角度对或极角和方位角确定的发射方向下电子从待检查的电子发射样本的材料表面出射。
与动能相对地，动量是矢量，其具有大小和方向。动量的方向是物体的运动方向。动量的大小是物体质量与其质心速度的乘积(德语维基百科；“Impuls”[动量]条目)。
此处，有利地，借助以同步辐射或激光辐射形式的光子束或借助其它辐射源(例如氦灯)的辐射从电子发射样本的表面释放电子，其随后被聚焦并检测。有利地，从电子发射样本释放电子的光子束是单色的。
作为特定的所需动能，电子的费米能尤其有意义。因此，特别有利地，根据本发明的设备仅检测具有基本上费米能的电子。这是特别重要的，因为基本上对于所有待检查的电子发射样本来说，费米能的动量分布包含关于电子发射样本材料的物理性质的基本上所有信息或最重要的信息。
此处，特别有利地，因为动能的所需下限同时是可能的最大动能，所以根据本发明的设备仅需进行一次测量就可以确定费米能下的动量分布。
为了确定电子的除费米能以外的动能的动量分布，应进行根据本发明的以下过程：
根据本发明，在低于费米能的任何其它能量下检测所发射电子的动量分布。
有利地，这可以通过在电子透镜和/或检测器上施加不同的电压以调节待聚焦电子的所需动能的下限来实现。所有具有低于所需动能的动能的电子被制动，并且这些电子不会到达检测器。
然后，在比第一次测量的、设定为动能下限的能量稍高的能量下确定从电子发射样本发射的电子的动量分布。
随后，从较低动能下的动量分布中减去较高动能下的动量分布。
通过分别布置的、以此执行测量的动能之间的差值确定在较低的动能下动量分布的精度。
此外，有利地，基本上所有不具有待检测电子的所需动能的电子通过根据本发明的聚焦系统可以在检测器上游被制动，并且因此不必检测。实际上，该方案达到了低通滤波器的效果。
另一方面，有利地，基本上所有具有待检测电子的所需动能直到费米能的电子通过根据本发明的聚焦系统还可以在检测器上游被加速并更有效地检测。
例如，这可以借助网格来实现。
此外，根据本发明的方案的优点在于，所发射的电子的动量分布可以根据其能量以图形表示实现。
利用根据本发明的光电子能谱仪可以实现根据本发明的用于动量分辨光电子能谱的方法。
有利地，根据本发明的方法和根据本发明的动量分辨光电子能谱仪可以节省昂贵且复杂部件，例如网格或半球形分析仪的费用。同样，可以使用常规光源。
利用根据本发明的解决方案，在所需的电子动能下可以确定良好的直至非常良好的动量分辨率。动量分辨率是动量分布精度的量度。
对于大部分的待检测空间(动量空间)而言，可以在高达30°的空间角范围内同时获得信号，否则，这只能借助ToF和显示类型的分析器实现。此外，通过使用根据本发明的方案，几乎可以将动量分布直接成像在电子透镜的焦平面内的检测器上，而无需通过角度分布重新计算。
与现有技术的解决方案相比，特别地，根据本发明的解决方案的本质区别在于：不是检测仅沿特定发射方向从电子发射样本出射的具有不同动能的电子，而是聚焦并检测具有特定的所需动能和任何发射方向(即动量)的电子。
基本上可通过两次测量来确定电子发射样本的电子在特定的所需动能下的动量分布，并可以即时推导电子发射样本的物理性质。
因为材料的晶体中不存在动能高于费米能的电子，所以在电子的费米能下进行测量的情况中，仅需要进行一次测量。
利用根据现有技术的解决方案的设备确定在电子的所需能量下的动量分布只能进行大量的测量和/或付出更高的费用来确定。
由于上述原因、以及根据本发明的部件的布置以及在应用根据本发明的方法时部件的相互作用，不需要在检测期间移动和/或旋转电子发射样本。
同时，根据本发明的方案实现了更高的电子透射率，并因此达到了在检测器处的更高的电子强度，这进而实现了用于确定数据评估的更高的信息率。
同样，再加上本发明的动量分辨光电子能谱仪的更大的接收角，在一个或多个检测器的数据采集显著更快，使得从电子发射样本中收集更多的信息。
具体实施方式
下面通过示例实施例详细解释本发明。
示例1
在可抽真空至10-10hPa的真空室中，从电子发射样本开始，沿光轴方向相继地布置电子发射样本和聚焦系统。
电子发射样本由TaSe2组成，并具有以下尺寸：表面直径1mm和高度0.2mm。
聚焦系统由电子透镜和检测器组成。
电子透镜由长度为108mm、直径为140mm的圆柱形容器和直径为30mm、长度为15mm的圆柱形入口组成。
两个圆柱体沿光轴方向间隔5mm相继地布置在容器中，分别具有半径49mm，并且第一圆柱体的长度为35mm，第二圆柱体的长度为42mm。与容器入口相邻的圆柱形元件与圆柱形入口的内边缘相距11mm。
这两个圆柱形元件和容器的圆柱形入口一起构成电子透镜。
样本布置在距容器开口28mm的位置处。
检测器是直径为75mm的圆形的微通道板，其距样本130mm，即仍位于第二个圆柱形元件内相对于光轴横向地布置在容器中，并与布置在其后的荧光屏耦合(标准设计，所谓的MCP组件或MCP安装)。
电子通过氦(He)灯辐射从样本表面射出，其中He灯的光子能量为21.2eV。由于TaSe2的射出功约为4.2eV，因此取决于样本温度，电子具有～17eV的最高动能。该能量是费米能并且相应的动量分布是所谓的费米表面。为了测绘TaSe2的费米表面，将以下电压施加到聚焦元件上：
容器VG＝0V；
第一圆柱体V1＝-16.8V；
第二圆柱体V2＝-16.65V；
检测器表面VD＝-17V。
通过这些布置，所有具有小于17eV的能量的电子都会被制动并且不能到达检测器。电子透镜将具有费米能的电子聚焦在焦平面中，并且使其撞击微通道板的表面。离开样本表面的所有具有费米能的电子都集中在此处，并且所有具有相同发射方向(即相同动量)的电子都集中在检测器表面的特定点上。
由于电子的动量是通过在费米能下的发射方向限定的，在检测器(MCP)表面的强度分布与TaSe2的费米动量分布或费米表面直接对应。该强度分布被检测器(MCP)放大，并显示在耦合的荧光屏上。CCD摄像机可以通过窗口法兰从真空摄像机的外部对强度分布进行记录。
示例2
为了测绘具有低于费米能(例如16.98eV)的能量的电子的动量分布，所有负电压均比例减小(VG＝0V，V1＝-16.78V，V2＝-16.63V，VD＝-16.98V)。
在这种情况下，所有具有16.98eV及以上直至费米能的能量的电子都到达检测器。为了确定16.98eV下的动量分布，减去同一样本的电子在费米能下的动量分布，以获得具有16.8eV的动能的电子的所需动量分布。

Claims (23)

1.一种动量分辨光电子能谱仪，包括至少在真空中沿光轴方向相继地布置的部件，所述部件分别是至少一个电子发射样本和聚焦系统，其中所述聚焦系统由至少一个电子透镜和至少一个检测器组成，其中所述电子透镜由三个圆柱形元件组成，所述三个圆柱形元件沿光轴方向相继地并彼此间隔布置，其中第一圆柱形元件具有电势＝0并且两个随后布置的圆柱形元件具有电势≠0，其中所述两个随后布置的圆柱形元件具有不同的电势，并且其中所述聚焦系统聚焦并检测分别具有基本上相同动能的电子，并且这些电子中在相同动量下离开所述电子发射样本的电子聚焦在所述聚焦系统的对应于该相同动能的焦平面中的基本上一个点处，并且其中所述检测器是一个或多个空间分辨检测器，其布置在所述聚焦系统的焦平面中，并且其中通过在所述电子透镜的所述圆柱形元件和/或所述检测器上施加变化的电压使待聚焦和待检测电子的动能的下限直至费米能是可调节的。
2.根据权利要求1所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述部件布置在至少在测量期间存在高真空或超高真空的腔室内，其中所述超高真空在10-7hPa至10-10hPa的范围内。
3.根据权利要求1所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述电子发射样本由待检查的材料组成。
4.根据权利要求1所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述聚焦系统的所述电子透镜生成电场，通过所述电场生成用于特定动能的电子的焦平面，并且在所述焦平面内实现具有特定的且相同的动能和相同的动量的电子的聚焦。
5.根据权利要求1所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述聚焦系统的所述电子透镜由容器组成，所述容器具有圆柱形入口和在其内相继地布置的另外的两个圆柱形元件。
6.根据权利要求5所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述至少一个检测器作为微通道板布置在电子透镜的焦平面中。
7.根据权利要求6所述的动量分辨光电子能谱仪，其中一个或多个所述检测器在所述容器中横向于所述光轴布置在所述三个圆柱形元件的下游。
8.根据权利要求5所述的动量分辨光电子能谱仪，其中在所述检测器上游布置网格。
9.根据权利要求8所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述网格还布置在所述容器中。
10.根据权利要求8所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述网格还布置在电子透镜的焦平面中。
11.根据权利要求1所述的动量分辨光电子能谱仪，其中所述电子透镜和/或在电子透镜的焦平面中的所述检测器构造成关于所述待聚焦和待检测电子的动能的可检测性通过施加电压可改变。
12.一种用于动量分辨光电子能谱的方法，其中电子从电子发射样本中释放并被引导通过聚焦系统，其中所述聚焦系统生成电场，通过所述电场实现电子从所需动能直至费米能在所述聚焦系统的一个与一特定动能相关的焦平面内的聚焦，并且其中所有具有该所需动能和基本相同动量的电子，即来自所述电子发射样本的基本上相同发射方向的电子聚焦在所述聚焦系统的所述焦平面中的检测器的基本上一点处。
13.根据权利要求12所述的方法，其中电子借助以同步辐射或激光辐射的辐射的形式的光子束从所述电子发射样本的表面释放。
14.根据权利要求12所述的方法，其中电子借助以氦灯的辐射的形式的光子束从所述电子发射样本的表面释放。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光子束是单色光子束。
16.根据权利要求12所述的方法，其中通过所述聚焦系统聚焦和检测仅具有费米能的电子。
17.根据权利要求12所述的方法，其中通过在所述聚焦系统的所述焦平面中的电子透镜和/或检测器上施加变化的电压来调节待聚焦电子的所需动能直至费米能。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所有动能低于待检测电子的所需动能的电子通过所述聚焦系统在所述检测器上游被制动，并且因此不被检测。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所有具有待检测电子的所需动能直至费米能的电子通过所述聚焦系统在所述检测器上游被加速并检测。
20.根据权利要求19所述的方法，其中具有所需动能直至费米能的待检测电子的加速借助在电子透镜的焦平面中的检测器上游的网格实现。
21.根据权利要求12所述的方法，其中为了确定在低于费米能的所需动能下的电子的动量分布，将具有所需动能直至费米能的电子聚焦并确定所述动量分布，并随后聚焦具有比所需动能高的动能直至费米能的电子并确定所述动量分布，并随后从在所需动能下的所述动量分布中减去在比所需动能高的动能下的所述动量分布。
22.根据权利要求12所述的方法，其中所发射电子的动量分布根据其动能以图形表示来确定。
23.根据权利要求12所述的方法，其中根据所发射电子的动量分布的确定值，能够得到关于所述电子发射样本的物理性质。
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