DE2428654A1 - Elektrostatqscher energieanalysator fuer geladene teilchen - Google Patents

Description

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Anmelder: 'l,:.\:,u?J liLGJO_A.V:FEfiFABRlEKEJI
Akie:- PHN- 7004

Anmeldung vom: 12. JUIli 1974

Elektrostatischer Energieanalysator für geladene Teilchen

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Energieanalysator für geladene Teilchen, der eine zylindrische Aussenelektrode und eine zylindrische Innenelektrode enthält, die koaxial angeordnet sind, wobei die Innenelelctrode mit einem ringförmigen Eintrittsspalt und einem ringförmigen Austritt sspalt für die genannten geladenen Teilchen versehen ist.

Ein derartiger elektrostatischer Energieanalysator ist aus "Cylindrical Capacitor as an Analyser I; Nonrelativistic Part" in "The Review of Scientific Instruments", Band 38_f Nr, 9, September 1967„ S, -1210-1216 bekannt und besteht aus zwei koaxialen Zylindern^ zwischen denen ein Potentialunterschied herrscht© Der Äussenzylinder ist positiv in beziig auf den Innen zylinder¹ beim Analysieren positiver Ionen. Die zu

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analysierenden Ionen rühren von einem Punkt auf der Achse der zylindrischen Elektroden her und erreichen das elektrische Feld zwischen den beiden Elektroden nach dem Passieren eines Spaltes in der Innenelektrode. Von dem elektrischen Feld zwischen den beiden Elektroden werden die Bahnen der Ionen zurück zu der Innenelektrode abgelenkt, wo die Ionen, vorausgesetzt, dass sie eine genau bestimmte Energie aufweisen, einen zweiten Spalt passieren und auf einen Detektor auf der Achse der Elektroden gelangen.

Die zu analysierenden Ionen oder Elektronen stammen im allgemeinen von einem Beschuss einer zu prüfenden Oberfläche mit geladenen Teilchen. Dies macht es nicht nur notwendig, ihre Energie genau zu messen, sondern auch ihre Richtung darf nur eine geringe Streuung aufweisen und muss für gewisse Anwendungen sogar genau bekannt sein. Diese Richtung, z.B. in bezug auf die Achse des Analysators, wird durch die Lage des Eintrittsspaltes in bezug auf den Anfangspunkt der Ionenbahnen auf der Achse des Analysators bestimmt. Dabei wurde davon ausgegangen, dass die Ionen von einem nahezu punktförmigen Gebiet herrühren. Tatsächlich wird dieses Gebiet nicht punktförmig sein, sondern eine Scheibe senkrecht zu der Achse des Analysators bilden. Dadurch können die zu analysierenden Teilchen eine Winkelgeschwindigkeit in bezug auf die Achse des Analysators aufweisen, während ausserdem ihre Richtung weniger genau bestimmt ist. Dies führt eine Herabsetzung des Auflösungsvermögens des Analysators herbei.

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Die Erfindung "bezweckt, diesen Nachteil zu verringern.

Nach der Erfindung ist ein elektrostatischer Energieanalysator für geladene Teilchen der im ersten Absatz erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Innen— elektrode auf der von dem Austrittsspalt abgekehrten Seite des Eintrittsspaltes und/oder auf der von dem Eintrittsspalt abgekehrten Seite des Austrittsspaltes eine Anzahl sich radial nach innen erstreckender Scheidewände befinden. Die genannten Scheidewände sind vorzugsweise auf einer Seite an der Innen— elektrode und auf der anderen Seite an einer zylindrischen Abstützung befestigt. Die Anzahl der Scheidewände beträgt vorzugsweise wenigstens zwölf.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen elektrostatischen Energieanalysator nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen elektrostatischen Energieanalysator längs der Ebene II-II der Fig. 1, und Fig. 3 ein Schema zur Erläuterung der Erfindung.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte elektrostatische Energieanalysator enthält eine zylindrische Aussenelektrode und eine zylindrische Innenelektrode -2. Die Elektroden 1 und sind koaxial zu der Achse 3 des Analysators angeordnet. Die Innenelektrode 2 besteht aus drei Teilen k_t 5 und 6, zwischen denen sich der Eintrittsspalt 7 und der Austrittsspalt 8 befinden. Die Teile h, 5 und 6 der Innenelektrode 2

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- if - * 17.4.74.

führen das gleiche Potential. Das elektrische Feld zwischen den Elektroden 1 und 2 wird weiter von den Elektroden 9 und begrenzt, die ein Potential führen, das zwischen den Potentialen der Elektroden 1 und 2 liegt. Die Elektroden 9 und 10 können auch in mehrere Elektroden aufgeteilt werden, um eine möglichst gute Annäherung des elektrischen Feldes zwischen zwei unendlich langen Zylindern zu erhalten. Dazu können die Elektroden 9 und 10 aus einem Material mit einem gewissen elektrischen ¥iderstand hergestellt werden, was ein gleichmassig verlaufendes Potential längs der Elektroden 9 und 10 ermöglicht, wenn sie mit den Elektroden 1 und 2 verbunden werden»

Eine zu prüfende Probe 11 befindet sich auf der Achse und emittiert geladene Teilchen unter dem Einfluss eines auffallenden Bündels von Atomen, Ionen, Elektronen oder elektromagnetischer Strahlung. Xm Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird dazu ein primärer Elektronenstrahl 29 benutzt, der von einem schematisch dargestellten Elektronenstrahlerzeugungssystem 28 erzeugt wird, EÖs Bahnen der emittierten geladenen Teilchen, von denen zwei in der Figur mit 12 und 13 bezeichnet sind, liegen auf einer Kegeloberfläche, deren Spitze durch den Schnittpunkt der Achse 3 niit der Probe 11 und deren Basis durch den Eintrittsspalt 7 gebildet wird. Nach dem Passieren des Eintrittsspaltes 7 gelangen die geladenen Teilchen in das Feld zwischen den Elektroden 1 und 2 und werden zu der Innenelektrode 2 abgelenkt. Geladene Teilchen

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mit einer gewissen Energie, die durch, den Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 1 und 2 bestimmt wird, passieren den Austrittsspalt 8 und treffen auf den Detektor i4 auf. Durch Aenderung des Spannungsunterschieds zwischen den Elektroden und 2 kann auf diese Weise ein Energiespektrum der von der Probe 11 in einer bestimmten Richtung in bezug auf die Achse emittierten Teilchen erhalten werden. Diese Richtung, die durch den halben Spitzenwinkel des Kegels bestimmt wird, dessen Spitze durch den Schnittpunkt der Achse 3 mit der Probe 11 und dessen Basis durch den Eintrittsspalt 7 gebildet wird, muss genau definiert sein. Dies bedeutet, dass nur Teilchen aus einem kleinen Gebi-et der Probe, rings um den Schnittpunkt mit der Achse 3» vom Analysator akzeptiert werden dürfen. Der auffallende Strahl trifft jedoch auf ein grosseres Gebiet auf, was mit einer Blende vor der Probe 11 nicht verhindert werden kann, weil dann Teilchen aus dieser Blende ausgelöst werden würden. Eine derartige Blende würde ausserdem die Empfindlichkeit des Analysators erheblich herabsetzen, weil sie eine derart kleine Oeffnung aufweisen muss, dass auch die maximal mögliche Winkelgeschwindigkeit der zu analysierenden Teilchen um die Achse 3 sehr gering ist.

Nach der Erfindung ist der Teil 4 der Innenelektrode mit einer Anzahl radialer Scheidewände versehen. Diese Scheidewände müssen naturgemäss möglichst dünn sein; sie können z.B. eine Dicke von 0,050 mm aufweisen.und können derart behandelt werden, dass ihr Reflexionskoeffizient und ihr

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Sekundäremissionskoeffizient klein sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwölf Scheidewände vorhanden, die mit 15 bis 26 bezeichnet sind (siehe auch Pig. 2). Die Scheidewände sind auf einer Seite an dem Teil h der Innenelektrode 2 und auf der anderen Seite an einer zylindrischen Abstützung 27 befestigt, die' ausserdem dazu beiträgt, die Richtung der von dem Analysator akzeptierten Teilchen zu begrenzen. Aus der weiteren Betrachtung geht hervor, dass die genannten Scheidewände auch in dem Teil 6 der Innenelektrode angebracht werden können, weil ihre Wirkung auf dem Zurückhalten von Teilchen beruht, deren Drehgeschwindigkeit um die Achse 3 in. bezug auf ihre Gesamtgeschwindxgkext einen bestimmten ¥ert überschreitet.

In Fig. 3 sind einige Scheidewände 15, 16 und 17 schematisch dargestellt. Sie erstrecken sich zwischen den angegebenen Abständen R₁ und R„ von der Achse 3 her. Der Radius R, ist der Radius der Innenelektrode 2. Der Winkel zu der Achse 3 zwischen zwei nebeneinander liegenden Scheidewänden ist mit β bezeichnet. Das Gebiet der Probe, von dem Teilchen emittiert werden, die vom Analysator akzeptiert werden, ist ein Vieleck, das einem Kreis mit einem Durchmesser = 2R angenähert ist. Aus einer einfachen mathematischen Betrachtung folgt, dass!

R = R₂sin

Wenn z.B. vierundzwanzig Querwände gewählt werden, d.h., dass ö = 15° ist, und wenn R₁ = 0,3 cm und R₂ = 1,75 cm ist, folgt, dass R =0,09 om ist.

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Im daxgestellten Ausfuhrungsbeispiel ist weiter der Radius der Aussenelektrode 1 gleich 6_t5 cm; der Abstand zwischen der Probe 11 und dem Detektor 14 ist 10,85 cm und der Abstand zwischen dem Eintrittsspalt 7 und- dem Austrittsspalt 8 ist 7»0 cm. Der Spannungsunterschied.zwischen der Aussenelektrode 1 und der Innenelektrode 2 soll dann zum Analysieren einfach geladener Teilchen mit einer Energie von U eV und beim Fokussieren von Teilchenbahnen eines punkt— fSrmigen Gegenstandes auf die Achse 3 in. einem punktfcSrmigen Bild (Fokus) auf dieser Achse U Volt betragen.

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Claims (1)

1. - 8 - 17.^.7^.

   PATENTANSPRÜCHE;

   1,· Elektrostatischer Energieanalysator für geladene Teilchen, der eine zylindrische Aussenelektrode und eine zylindrische Innenelektrode enthält, die koaxial angeordnet sind, wobei die Innenelektrode mit einem ringförmigen Eintritts· spalt und einem ringförmigen Austrittsspalt für die genannten geladenen Teilchen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Innenelektrode auf der von dem Austrittsspalt abgekehrten Seite des Eintrittsspaltes und/oder auf der von dem Eintrittsspalt abgekehrten Seite des Austrittsspaltes eine Anzahl sich radial nach innen erstreckender Scheidewände befinden.

   2» Elektrostatischer Energieanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Scheidewände auf einer Seite an der Innenelektrode und auf der anderen Seite an einer zylindrischen Abstützung befestigt sind. 3. Elektrostatischer Energieanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Anzahl Scheidewände mindestens zwölf beträgt.

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