DE2420275C3

DE2420275C3 - Device for analyzing a surface layer by ion scattering

Info

Publication number: DE2420275C3
Application number: DE2420275A
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Hazewindus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-05-08
Filing date: 1974-04-26
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2420275B2; FR2229064B1; FR2229064A1; DE2420275A1; JPS5028393A; JPS5514504B2; US3920990A; NL7306378A; GB1470847A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Analysieren einer Oberflächenschicht durch lonenzerstreuung, enthaltend Mittel zum Erzeugen eines primären, nahezu monoenergetischen Ionenstrahl, dessen Achse in einem an die Oberflächenschicht grenzenden Gebiet mit der Achse eines elektrostatischen Analysators zusammenfällt, der zwei nahezu zylindrische, hohle, koaxiale Elektroden enthält, eine nahezu ringförmige und mit dem Analysator koaxiale Blendenöffnung zum Durchlassen von Ionen, die derart angeordnet ist, daß Ionen durchgelassen werden, die über einen Winkel von mehr als 90° zu der Achse des primären Ionenstrahls zerstreut sind, und einen Detektor zur Bestimmung der kinetischen Energie der zerstreuten und von der Blende durchgelassenen Ionen.The invention relates to a device for analyzing a surface layer by ion scattering, comprising means for generating a primary, almost monoenergetic ion beam, the axis of which is attached to the surface layer bordering area coincides with the axis of an electrostatic analyzer, the two nearly contains cylindrical, hollow, coaxial electrodes, a nearly ring-shaped and coaxial with the analyzer Aperture opening for the passage of ions, which is arranged such that ions are passed through the are scattered over an angle greater than 90 ° to the axis of the primary ion beam, and one Detector for determining the kinetic energy of the ions that are scattered and allowed through the diaphragm.

Eine derartige Vorrichtung ist in der älteren Patentanmeldung DE-OS 24 02 728 beschrieben. In einem derartigen lonenzerstreuungsspeklrometer wird die zu untersuchende Oberflächenschicht mit einem primären Ionenstrahl beschossen. Die Ionen dieses Strahls prallen gegen die Atome der Oberflächenschicht an, wobei die Anpralle unter gewissen Bedingungen als elastisch betrachtet werden können. Dies bedeutet, daß die kinetische Energie eines Ions nach dem Anprall mit Hilfe der Gesetze der Erhaltung von Energie und Impuls berechnet werden kann. Wenn:Such a device is described in the earlier patent application DE-OS 24 02 728. In such an ion scattering spectrometer is the surface layer to be examined with a primary ion beam bombarded. The ions of this beam collide with the atoms of the surface layer on, whereby the impacts can be regarded as elastic under certain conditions. This means that the kinetic energy of an ion after impact using the laws of conservation of energy and momentum can be calculated. If:

£i = kinetische Energie eines Ions vordem Anprall,
E₂ = kinetische Energie eines Ions nach dem Anprall, /Mi = Masse des Ions,£ i = kinetic energy of an ion before impact,
E ₂ = kinetic energy of an ion after impact, / Mi = mass of the ion,

m₂ = Masse des Atoms in der Oberflächenschicht, gegen das das lon anprallt, m ₂ = mass of the atom in the surface layer against which the ion impacts,

γ = /nj//T7i, γ = / nj // T7i,

θ = der Zerstreuungswinkel, d.h. der Winkel zwischen den Geschwindigkeitsvektoren des Ions vor und nach dem Anprall,θ = the angle of dispersion, i.e. the angle between the velocity vectors of the ion before and after the impact,

gilt, wenn γ > 1 ist, gilt bekanntlich, daß:holds, if γ> 1, it is known that:

E₂ = [!cos» + (y² - sin¹«)*}/(! + y)f Ei · E ₂ = [! Cos "+ (y ² - sin ¹ ") *} / (! + Y) f Ei · Daraus folgt, daß mj dadurch bestimmt werdtn kann,It follows that mj can be determined by

ίο daß £> gemessen wird, wenn nt\, £1 und θ bekannt sind und wenn angenommen werden kann, daß nur einfache Anpralle stattfinden. Dies erfolgt in einem lonenzerstreuungsspektrometer auf folgende Weise. Ein Ionenstrahl, meist aus Edelgasionen, mit bekannter Masse πΐ\ ίο that £> is measured if nt \, £ 1 and θ are known and if it can be assumed that only simple impacts take place. This is done in an ion scattering spectrometer in the following manner. An ion beam, mostly made up of noble gas ions, with a known mass πΐ \ und bekannter Energie £1 wird auf die zu untersuchende Oberflächenschicht geschossen. Die Blende wird derart angeordnet, daß die Richtung zerstreuter Ionen, die den Spalt passieren, einen bekannten Winkel θ mit der Richtung des primären Strahls einschließt. Die Energieand known energy £ 1 is applied to the investigated Surface layer shot. The diaphragm is arranged so that the direction of scattered ions that the Gap, makes a known angle θ with the direction of the primary beam. The energy der durchgelassenen Ionen wird in einem Energieanalysator gemessen. Bei einer bestimmten Spannung an den Elektroden des Energieanalysator^ können nur zerstreute Ionen mit einer bestimmten Energie £2 den Analysator passieren. Diese Energie ist damit, wenn w\, the transmitted ions are measured in an energy analyzer. At a certain voltage on the electrodes of the energy analyzer ^ only scattered ions with a certain energy £ 2 can pass the analyzer. This energy is so if w \, E\ und θ gegeben sind, für die Masse ΠΙ2 der Atome in der Oberflächenschicht, die von dem primären Strahl getroffen werden, ,kennzeichnend. Dadurch, daß die Spannung an den Elektroden des Analysators geändert wird, kann ein Spektrum der in der Oberflächenschicht E \ and θ are given, indicative of the mass ΠΙ2 of the atoms in the surface layer struck by the primary beam. By changing the voltage on the electrodes of the analyzer, a spectrum can be obtained in the surface layer vorkommenden Atomarten erhalten werden. Bei bestimmten Spannungen am Analysator tritt dabei eine Spitze in dem von dem Detektor abgegebenen Signal auf. Die Größe der Spitze ist ein Maß für die relative Menge der betreffenden Atome, während die zu deroccurring atomic types are preserved. At certain voltages on the analyzer, a Peak in the signal emitted by the detector. The size of the tip is a measure of the relative Set of atoms in question, while those to the

)5 Spitze gehörende Spannung am Analysator ein Maß für die Masse der betreffenden Atome ist.) 5 peak associated voltage on the analyzer a measure for is the mass of the atoms in question.

Die in der älteren Patentanmeldung DE-OS 24 02 728 beschriebene Vorrichtung weist Öffnungen in den koaxialen Elektroden des Analysators auf, durch die derThe device described in the earlier patent application DE-OS 24 02 728 has openings in the coaxial electrodes of the analyzer through which the primäre Ionenstrahl eintritt, ferner Ablenkmittel, um den primären Ionenstrahl entlang der Achse des Analysators abzulenken.primary ion beam enters, further deflection means to deflect the primary ion beam along the axis of the analyzer.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Analysevorrichtung mit koaxialen Elektroden anzuge-It is the object of the invention to fit such an analysis device with coaxial electrodes

ben, in der aber diese Öffnungen und Ablenkmittel, die eine Komplikation der Vorrichtung bedeuten, überflüssig sind.ben, in which, however, these openings and deflection means, which constitute a complication of the device, are superfluous.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dieTo solve this problem are in a device of the type mentioned according to the invention

in Mittel zum Erzeugen des primären Ionenstrahl derart angeordnet, daß die Achse von letzterem im gesamten Analysatorbereich mit der Achse des elektrostatischen Analysators zusammenfällt und daß der Detektor nahezu ringförmig und mit dem Analysator koaxial istin means for generating the primary ion beam in such a way arranged that the axis of the latter coincides with the axis of the electrostatic throughout the analyzer Analyzer coincides and that the detector is almost annular and coaxial with the analyzer und den primären tonenstrahl umschließt.and encloses the primary beam of sound.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der mittlere Zerstreuungswinkel der detektierten Ionen einen Wert zwischen 137 und 150° aufweisen. Bei diesen Zerstreuungswinkeln ist es möglich, einen FokusIn a further embodiment of the invention, the mean angle of divergence of the detected ions have a value between 137 and 150 °. With these At angles of confusion it is possible to have a focus zweiter Ordnung der zertreuten Ionen auf dem Detektor zu erzielen, ohne daß die zerstreuten Ionen zunächst die Achse des Analysators passieren. Ein Fokus zweiter Ordnung weist den Vorteil auf, daß Ionen aus einem verhältnismäßig breiten Gebiet um densecond order of the scattered ions on the To achieve detector without the scattered ions first pass the axis of the analyzer. A Second order focus has the advantage that ions from a relatively wide area around the mittleren Zerstreuungswinkel herum auf dem Detektor fokussiert werden.mean divergence angle can be focused around on the detector.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 perspektivisch einen teilweise aufgebrochenen zylindrischen Analysator zur Anwendung in einer Vorrichtung nach der Erfindung undF i g. 1 shows, in perspective, a partially broken open cylindrical analyzer for use in a Device according to the invention and

Fig.2 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung.2 shows a schematic section through a device according to the invention.

In Fig. 1 trifft ein primärer nahezu monoenergetischer Ionenstrahl 1 mit einer Energie von z. B. einigen hundert eV auf eine Auftreffplatte 2 auf. Die Ionen sollen in bezug auf Masse, Ladung und Energie selektiert sein, was durch aus dem Stand der Technik bekannte Mittel erfolgen kann, die nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Vorzugsweise werden Edelgasionen, wie Helium- oder Neonionen verwendet. Ein Vorteil dieser Ionen ist ihre hohe Ionisationsenergie; dadurch wird es sehr wahrscheinlich, daß ihre Ladung beim Anprallen neutralisiert wird, was zwar eine geringe Anzahl zerstreuter Ionen zur Folge hat, aber auch die Gefahr einer Detektion mehrfacher Anpralle, die die Messung verderben, erheblich verringert. Eine Vorrichtung nach der Erfindung hat gerade die Eigenschaft, daß auch bei einer geringen Anzahl zerstreuter Ionen noch ein genügend starkes Signal vom Detektor erzeugt wird.In Fig. 1, a primary meets almost monoenergetic Ion beam 1 with an energy of e.g. B. a few hundred eV on a target 2. The ions should be selected in terms of mass, charge and energy, which is based on the prior art known means can be carried out, which do not need to be described in detail. Preferably be Noble gas ions, such as helium or neon ions, are used. One advantage of these ions is their high ionization energy; this makes it very likely that their charge will be neutralized on impact, which is true a small number of scattered ions result, but also the risk of multiple detection Impacts that spoil the measurement are significantly reduced. Has a device according to the invention precisely the property that even with a small number of scattered ions there is still a sufficiently strong one Signal generated by the detector.

Die Achse des primären Ionenstrahls 1 fällt mit der Achse eines Energieanalysators 3 zusammen. Der Energieanalysator 3 enthält zwei koaxiale, zylindrische Elektroden 4 und 5. Die Ionen des Strahls 1 prallen gegen Atome in der Oberflächenschicht der Auftreffplatte 2 an und werden zerstreut. Dadurch verlieren sie eine bestimmte Menge an Energie, die von dem Streuwinkel und der Masse des Atoms in der Oberflächenschicht abhängt Der Energieanalysator 3 mißt diesen Energieverlust für einen bestimmten Winkel θ (Fig.2), der größer als 90° ist. Hier ist also von Rückstreuung die Rede. Der Winkel θ kann ζ. Β. 14Γ betragen, wodurch die von dem Energieanalysator 3 akzeptierten Ionen Bahnen über die Oberfläche eines Kegels mit einem Spitzenwinkel von 78° beschreiben. Der Winkel θ wird durch die Lage der Blendenöffnung 6 in der zylindrischen Elektrode 4 in bezug auf die Auftreffplatte 2 bestimmt. Die zerstreuten Ionen beschreiben in dem radialen elektrischen Feld zwischen den Elektroden 4 und 5 scheinbar parabolische Bahnen, von denen einige mit 7,8,9 und 10 bezeichnet sind, und können die zweite Blendenöffnung 11 nur bei einem bestimmten Potentialunterschied zwischen den Elektroden 4 und 5 passieren, der ein Maß für ihre Energie ist. Der Energieanalysator 3 fokussiert Ionenbahnen, die in einem Punkt 12 auf der Auftreffplatte 2 anfangen, in einem ringförmigen Foksis hinter der Blendenöffnung 11. An dieser Stelle ist ein ringförmiger Detektor 13 zum Detektieren der zerstreuten Ionen angeordnet. Dieser ringförmige Detektor 13 umschließt den primären Ionenstrahl 1, wodurch dieser unbehindert die Auftreffplatte 2 erreichen kann.The axis of the primary ion beam 1 coincides with the axis of an energy analyzer 3. Of the Energy analyzer 3 contains two coaxial, cylindrical electrodes 4 and 5. The ions of beam 1 collide against atoms in the surface layer of the target 2 and are scattered. Because of that, they lose a certain amount of energy that depends on the scattering angle and the mass of the atom in the The energy analyzer 3 measures this energy loss for a certain angle θ (Fig.2), which is greater than 90 °. So here is from Backscatter the speech. The angle θ can be ζ. Β. 14Γ amount, whereby the accepted by the energy analyzer 3 ions orbits over the surface of a Describe a cone with an apex angle of 78 °. The angle θ is determined by the position of the aperture 6 in the cylindrical electrode 4 with respect to the target 2 is determined. The scattered ions describe apparently parabolic orbits in the radial electric field between electrodes 4 and 5, some of which are labeled 7,8,9 and 10, and can only use the second aperture 11 if there is a certain potential difference between the electrodes 4 and 5 happen, which is a measure of their energy. The energy analyzer 3 focuses ion trajectories that are in begin at a point 12 on the target 2, in an annular focus behind the aperture 11. At this point, an annular detector 13 is for Detecting the scattered ions arranged. This ring-shaped detector 13 surrounds the primary Ion beam 1, as a result of which it can reach the target 2 without hindrance.

Zur näheren Erläuterung zeigt Fig.2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung längs einer Ebene durch die Achse des primären lonenstrahls 1. Der Strahl 1 wird von einer Ionenquelle 14 erzeugt, von einer Extraktionselektrode 15 extrahiert, von Fokussierelektfoden 16 und 17 fokussiert und in bezug auf Masse von einem Massenfilter 18 selektiert. Die Teile des Energieanalysators 3 sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. I bezeichnet.For a more detailed explanation, FIG. 2 shows a section by a device according to the invention along a plane through the axis of the primary ion beam 1. The Beam 1 is generated by an ion source 14, extracted from an extraction electrode 15, from focusing electrodes 16 and 17 in focus and selected for mass by a mass filter 18. The parts of the Energy analyzer 3 are given the same reference numerals as in F i g. I referred to.

Für eine befriedigende Wirkung des Energieanalysators 3 soll das elektrische Feld zwischen den Elektroden 4 und 5 an allen Stellen gleich dem Feld zwischen zwei unendlich langen, koaxialen Zylindern sein. Da die Zylinder in der Praxis eine beschränkte Länge aufweisen, müssen Elektroden angebracht werden, um die Rundbedingungen für das Feld festzulegen und das Feld gegebenenfalls etwas zu korrigieren. Zu diesem "> Zweck sind die zylindrischen Elektroden 4 und 5 mit Hilfe der Platten 19 und 20 verschlossen, die in Fig. I der Deutlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die Platten 19 und 20 führen ein mittleres Potential, das zwischen den Potentialen der zylindrischen ElektrodenFor a satisfactory effect of the energy analyzer 3, the electric field between the electrodes should 4 and 5 must be equal to the field between two infinitely long, coaxial cylinders at all points. Since the Cylinders in practice have a limited length, electrodes must be attached to to define the general conditions for the field and to correct the field somewhat if necessary. To this "> Purpose, the cylindrical electrodes 4 and 5 are closed with the aid of the plates 19 and 20, which are shown in FIG are not shown for the sake of clarity. The plates 19 and 20 have a medium potential, the between the potentials of the cylindrical electrodes

in 4 und 5 liegt. Auch ist es möglich, die Platten 19 und 20 in mehrere Elektroden mit verschiedenen Potentialen aufzuteilen, um eine bessere Annäherung des erforderlichen elektrischen Feldes zu erhalten. Die Platten können auch aus einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand hergestellt sein und mit den zylindrischen Elektroden 4 und 5 verbunden werden, um ein gleichmäßig verlaufendes Potential zu erhalten.in 4 and 5 lies. It is also possible to have the plates 19 and 20 in to divide several electrodes with different potentials in order to better approximate the required electric field. The panels can also be made of a material with a high electrical resistance must be made and connected to the cylindrical electrodes 4 and 5 to to get a steady potential.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung wirkt, wie bereits bemerkt wurde, mit Rückstreuung. Es wird zwar eine geringere Anzahl Ionen in der Rückwärtsrichtung als in der Vorwärtsrichtung zei«reut, aber die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich eben besonders gut dazu, geringe Mengen Ionen zu detektieren. Die beschriebene Rückstreuung bietet dagegen große Vorteile. Erstens ist, wenn der primäre Strahl crwa senkrecht auf die Auftreffplatte auftrifft, die Zerstäubungsgefahr viel geringer, wodurch die Oberflächenschicht der Probs in geringerem Maße von dem primären Strahl beschädigt wird. Bei einem Einfallswin-A device according to the invention acts as has already been noticed with backscattering. There will be fewer ions in the reverse direction rather than pointing in the forward direction, but the device according to the invention is just as suitable particularly good for detecting small quantities of ions. The backscattering described offers on the other hand great advantages. First, when the primary beam strikes the target at right angles, the Risk of atomization is much lower, which means that the surface layer of the probes is less affected by the primary beam is damaged. At a win of incidence

jo kel von 90° tritt Zerstäubung oft erst bei 60 eV auf, während bei einem Einfallswinkel von 45° 10 eV bereits genügen. Zweitens ist die Gefahr mehrfacher Anpralle, die das MeSergebnis verderben, bei etwa senkrecht einfallendem primären Strahl auf die Auftreffplatte vielAt a 90 ° angle, sputtering often only occurs at 60 eV, while at an angle of incidence of 45 ° 10 eV suffice. Second, there is the risk of multiple impacts, which spoil the measurement result, at approximately vertical incident primary ray on the target much

J5 geringer als bei Einfallswinkel von weniger als 90°.J5 less than at an angle of incidence of less than 90 °.

Bei der Ableitung der angewandten Anprallformei ist die Bewegung der Atome der Auftreffplatte vernachlässigt Diese Bewegung ergibt eine Verbreiterung der Spitze in dem Signal des Detektors. Abkühlung der Auftreffplatte kann also vorteilhaft sein, um dicht nebeneinanderliegende Spitzen des Spektrums voneinander unterscheiden zu können.When deriving the applied impact shape, the movement of the atoms on the impact plate is neglected This movement results in a broadening of the peak in the signal from the detector. Cooling down the Impact plate can therefore be advantageous in order to avoid closely adjacent peaks of the spectrum from one another to be able to distinguish.

In der Nähe der Auftreffplatte kann ein Elektronenstrahlerzeugungssystem niedriger Energie oder ein Glühfaden angeordnet werden, um auf bekannte Weise einen Raumladungsausgleich sicherzustellen. Weiter ist es möglich, die Auftreffplatte schichtweise langsam mit einem gesonderten Ionenstrahl oder mit dem primären Strahl bei einer erhöhten Intensität abzuschälen, damit auch tiefer liegende Schichten analysiert werden können.An electron gun can be placed near the target low energy or a filament can be arranged in order to ensure a space charge equalization in a known manner. Next is it is possible to slowly move the target in layers with a separate ion beam or with the primary one Peel off the beam at an increased intensity so that deeper layers can also be analyzed can.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung beträgt der Innendurchmesser der Elektrode 5 125 mm und dc-f Außendurchmesser der Elektrode 4 50 mm. Der Abstand zwischen dem Punkt 12 auf der Auftreffplat'e 2 und der Mitte des ringförmigen Detektors 13 beträgt 90 mm. Der Winkel θ beträgt 14Γ. Die Elektrode 4 ist im Zusammenhang mit dem Transport des primären lonenstrahls 1 geerdet. Zum Selektieren von Ionen mitIn the device shown in the drawing, the inside diameter of the electrode 5 is 125 mm and dc-f outer diameter of the electrode 4 50 mm. Of the Distance between the point 12 on the Auftreffplat'e 2 and the center of the annular detector 13 is 90 mm. The angle θ is 14Γ. The electrode 4 is related to the transport of the primary ion beam 1 grounded. To select ions with

M einer Energie von VEIektronvolt muß das Potential der Elektrode S (in bezug auf die Elektrode 4) dann VVoIt betragen.With an energy of VEIelectronvolt, the potential of the electrode S (with respect to the electrode 4) must then be VVoIt .

Die Ionenquelle 14 liefert einen lonenstrom in der Größenordnung von einigen nA bis zu einigen mA mit einer Energie, die zwischen einigen zehn eV und einigen keV eingestellt werden kann. An die Energiestreuung der aus der Ionenquelle 14 austretenden Ionen werden, wie bereits bemerkt wurde, verhältnismäßig hoheThe ion source 14 supplies a stream of ions in the On the order of a few nA to a few mA with an energy between a few tens of eV and a few keV can be set. The energy spread of the ions emerging from the ion source 14 is as already noted, relatively high

Anforderungen gestellt. Diese Streuung soll in der Praxis zwischen 0.1 und 1.0 eV liegen, was mit aus dem Stand der Technik bekannten lonenquellen erzielbar ist.Requirements. In practice, this spread should be between 0.1 and 1.0 eV, which is evident from the State of the art known ion sources can be achieved.

Das Massenfilter 18 besteht vorzugsweise aus dem bekannten Wien-Filter. Darin wird der Strahl der -, Einwirkung eines elektrischen und eines magnetischen Feldes ausgesetzt, deren Richtungen senkrecht zueinander und zu der Achse des Strahls sind. Dies hat zur Folge, daß nur Ionen mit einer bestimmten Masse des nahezu monoenergetischen Ionenstrahl 1 nicht abge- i< > lenkt werden und das Filter 18 passieren können. Die anderen Ionen werden wohl abgelenkt und in einiger Entfernung von dem Massenfilter 18 mit Hilfe einer Blende abgefangen.The mass filter 18 preferably consists of the known Wien filter. In it is the ray of -, Subject to the action of an electric and a magnetic field, the directions of which are perpendicular to each other and are to the axis of the ray. As a result, only ions with a certain mass of the almost monoenergetic ion beam 1 not ab- i < > be steered and the filter 18 can pass. The other ions are likely to be deflected and in some Removal from the mass filter 18 intercepted with the help of a diaphragm.

Der Detektor 13 muß einen derart kleinen Ionenstrom detektieren, daß direkte Strommessung nicht mit genügender Genauigkeit möglich ist. In dem beschriebenen Alisführungsbeispiel wird als Detektor 13 eine sogenannte Kanalplatte verwendet, die aus einer Platte mit einer Vielzahl äußerst dünner sekundär emittierender Kanäle besteht. Pro auffallendem lon. das nach dem Passieren der Blendenöffnung Il auf eine Energie von einigen keV dadurch nachbeschleunigt wird, daß der Detektor 13 an ein geeignetes Potential in bezug auf die Elektrode angelegt wird, liefert eine derartige Kanalplatte dem Ausgang 10^J bis 10" Elektronen. Diese Elektronen bilden pro lon einen Rlcktronenimpuls. Die Impulsfrequenz wird mit bekannten elektrischen Mitteln gemessen und ist auf diese Weise ein Maß für die Anzahl pro Sekunde in den Detektor 13 eintretender Ionen und somit für den lonenstrom.The detector 13 must detect such a small ion current that direct current measurement is not possible with sufficient accuracy. In the described exemplary embodiment, a so-called channel plate is used as the detector 13, which consists of a plate with a large number of extremely thin secondary emitting channels. Per striking lon. which after passing the aperture II is accelerated to an energy of a few keV in that the detector 13 is applied to a suitable potential with respect to the electrode, such a channel plate supplies the output 10 ^J to 10 "electrons. These electrons form pro The pulse frequency is measured by known electrical means and is in this way a measure of the number of ions entering the detector 13 per second and thus of the ion current.

Hhitl /cichnuniienHhitl / cichnuniien

Claims

Patent claims:

1. Vorrichtung zum Analysieren einer Oberflächenschicht durch Ionenzerstreuung, enthaltend Mittel zum Erzeugen eines primären, nahezu monoenergetischen Ionenstrahl dessen Achse in einem an die Oberflächenschicht grenzenden Gebiet mit der Achse eines elektrostatischen Analysators zusammenfällt, der zwei nahezu zylindrische, hohle, koaxiale Elektroden enthält, eine nahezu ringförmige und mit dem Analysator koaxiale Blendenöffnung zum Durchlassen von Ionen, die derart angeordnet ist, daß Ionen durchgelassen werden, die über einen Winkel von mehr als 90° zu der Achse des primären Ionenstrahls zerstreut sind, und einen Detektor zur Bestimmung der kinetischen Energie der zerstreuten und von der Blende durchgelassenen Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14—18) zl'ttj Erzeugen des primären Ionenstrahls (1) derart angeordnet sind, daß die Achse von letzterem (1) im gesamten Analysatorbereich mit der Achse des elektrostatischen Analysators (3) zusammenfällt und daß der Detektor (13) nahezu ringförmig und mit dem Analysator (3) koaxial ist und den primären Ionenstrahl (1) umschließt.1. Apparatus for analyzing a surface layer by ion scattering containing Means for generating a primary, almost monoenergetic ion beam, its axis in an area adjoining the surface layer with the axis of an electrostatic analyzer coincides, which contains two almost cylindrical, hollow, coaxial electrodes, an almost ring-shaped and with the analyzer coaxial aperture aperture for the passage of ions, which is arranged so that ions are transmitted through a Angles of more than 90 ° to the axis of the primary ion beam are scattered, and a detector to Determination of the kinetic energy of the ions scattered and transmitted by the diaphragm, characterized in that the means (14-18) zl'ttj generation of the primary ion beam (1) are arranged such that the axis of the latter (1) in the entire analyzer area with the Axis of the electrostatic analyzer (3) coincides and that the detector (13) almost is ring-shaped and coaxial with the analyzer (3) and encloses the primary ion beam (1).

2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Zerstreuungswinkel der detektierten Ionen einen Wert zwischen 137 und 150° aufweist.2. Device according spoke 1, characterized in that the mean angle of dispersion of the detected ions has a value between 137 and 150 °.