DE2624730A1

DE2624730A1 - Energieanalysator fuer geladene teilchen

Info

Publication number: DE2624730A1
Application number: DE19762624730
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Dr Polaschegg
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1977-12-15
Also published as: GB1577193A

Description

76.008

LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Köln-Bayent al

Energieanalysator für geladene Teilchen

Die Erfindung betrifft einen Ent-i gieanalysat 01 im geladene Teilchen, in welchem die Teilchen ein elektrisches oder magnetisches Feld durchfliegen, und ein dem Analysator nachgeordnetes Detektorsystem, dem die Teilchen nach Verlassen des Analysatorfeldes durch einen Austrittsspalt zugeführt werden. Der Energieanalysator kann dabei von einem Kugelkondensator, Zylinderkondens'.tor , magnetischem Sektorf eld-Spektrometer oder dergl. gebildet werden.

Bei der Durchführung von Versuchen mit den vorbekannten Einrichtungen an Proben mit unterschiedlichen Größen besteht, die Gefahr, daß - bei kleinen Proben - die Unterlage der Probe störende Beiträge zum Spektrum der Probe liefert. Die Auflösung eines Kugelkondensators z.B. wird durch das Verhältnis von Ein- und Austrlttsspaltbreite zum Radius des Kugelkondensators und der Öffnung des Strahls in radialer Richtung bestimmt. Für die Lummosität (ein Maß für die Empfindlichkeit) ist hingegen die Fläche des Eintrittsspaltes (Breite χ Lange) und die öffnung des Strahls (gesamter Raumwinkel) maßgebend. Die Länge der Spalte sowie die Öffnung des Strahls in tancontialer Richtung geht in erster Näherung nicht in die Auflösung ein. Für den idealen 180 -Kugelkondensator gilt das exakt. Um möglichst hohe Empfindlichkeit zu erzielen, ist man bestrebt, den Ein- und Austrittsspalt möglichst lang auszubilden. Man ist jedoch hierin begrenzt durch

1. die aktive Fläche des verwendeten Detektorsystems für den Nachweis der den Austrittsspalt verlassenden

709850/0240

Teilchen und

2. durch Beschränkung bei der Ausleuchtung des Eintrittsspaltes des Kugelkondensators.

Wird z.B. bei der Photoelektronenspektroskopie die Probe durch ein Linsensystem auf den Eintrittsspalt des Kugelkondensators abgebildet, so ist die maximal sinnvolle Länge des Eintrittsspaltes durch die Länge der Prehe multipliziert mit dem Vergrößerungsfaktor der Linse gegeben. Um optimale Empfindlichkeit zu erreichen, wird man die Spaltlänge dem Durchmesser des zur Verfügung stehenden Nachweisdetektors, in der Regel ein Sekundärelektronen-Vervielfacher, anpassen.

Der Vergrößerungsfaktor der Linse wird dann entsprechend der maximal sinnvoll erscheinenden Probengröße angepaßt. Sollen nun kleinere Proben untersucht werden, die auf einer Unterlage aufgebracht sind, so wird zwangsläufig diese Unterlage störende Beiträge zum Spektrum der Probe liefern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Energieanalysator für geladene Teilchen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Nachteile nicht mehr auftreten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zwischen dem Energieanalysator und dem Detektorsystem ein Elektrodensystem zur Einstellung des Querschnittes des Teilchenstrahles vorgesehen 1st. Je nach dem, ob positive oder negative Teilchen analysiert werden, kann an das erfindungsgemäße Elektrodensystem eine positive oder negative Spannung gelegt werden, die - in Abhängigkeit von der Höhe der angelegten Spannung - den Querschnitt des den Austrittsspalt verlassenden Teilchenstrahl mehr oder weniger stark beschneidet. Beim Übergang von einer größeren auf eine kleinere Probe kann deshalb lediglich durch Verkleinerung des

709850/0240

sr

Querschnittes des den Austrittsspalt verlassenden Teilchen-Strahls verhindert werden, daß Teilchen von der Probenunterlage registriert werden, ohne die opt imal eingestellte Empfindlichkeit zu verändern.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel nach der

Erfindung mit ringförmiger Elektrode,

Figuren 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel nach der

Erfindung mit einem von zwei Stabelektroden gebildeten Elektrodensystem und

Figuren 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel nach der

Erfindung mit drei Paaren von Stabelektroden.

In allen Figuren sind das Gehäuse des Energieanalysator mit 1, die Randfeldbegrenzung mit 2 und der in der Randfeldbegrenzung angeordnete Austrittspalt mit 3 bezeichnet. Vor dem Austrittsspalt 3 befindet sich ein Gitter 4, das den Durchgriff eines Nachbeschleunigungsfeldes zwischen dem Energieanalysator und dem Detektorsystem 5 verhindern soll. Das Detektorsystem 5 wird bei den dargestellten Ausführungsbeispielen von einem Sekundärelektronen-Vervielfacher gebildet.

Das erfindungsgemäße Elektrodensystem ist in allen Figuren mit 6 bezeichnet. Es ist gegenüber der Kathode 7 (bzw. der ersten Dynode) des Sekundärelektronen-Vervielfachers 5 mit Hilfe der Spannungsquelle 8 vorgespannt. Bei der Analyse positiver Teilchen ist das Elektrodensystem 6 positiv, bei der Analyse negativer Teilchen ist es negativ vorgespannt.

7098507024t)

Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 wird das Elektrodensystem 6 von einer ringförmigen Elektrode 9 gebildet, deren innerer Durchmesser etwas größer ist als die Länge des Spaltes 3. Wird an diese Elektrode über die Leitung z.B. eine gegenüber der Kathode des Sekundärelektronen-Vervielfachers negative Spannung angelegt,dann begrenzt das insbsondere am Rand der Elektrode wirkende Gegenfeld den den Austrittsspalt verlassenden Teilchenstrahl-. Durch Veränderung der Größe der angelegten Spannung kann die Größe des Querschnitts des Teilchenstrahls und damit die Größe des erfaßten Probenbereiches geregelt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 besteht das Elektrodensystem 6 aus zwei Stabelektroden 11 und 12, die senkrecht zum Spalt 3 angeordnet sind und einen Abstand voneinander haben, der etwas größer als die Länge des Spaltes 3 ist. Die Elektroden 11 und 12 sind elektrisch miteinander verbunden. Der Durchlaßbereich wird durch die Größe der zwischen der Kathode 7 des Sekundärelektronenvervielfachers 5 und der an denElektroden 11 und 12 angelegten Spannung geregelt»

Eine weitere Ausführungsform zeigen die Figuren 5 und 6. In diesem Fall besteht das Elektrodensystem 6 aus mehreren (im vorliegenden Fall drei) Elektrodenpaaren 13 , 14 und Diese liegen ebenfalls senkrecht zum Spalt 3. Die jeweils miteinander verbundenen Paare sind so angeordnet, daß das Elektrodenpaar 13 in Bezug auf den Mittelpunkt des Spaltes außen und das Elektrodenpaar 15 innen liegt. Die Spannungsversorgung der Elektrodenpaare erfolgt über ein Schaltersystem 16, das vier Schaltstellungen hat, die mit 17,18,19 und 20 bezeichnet sind. In der Schaltstellung 17 sind die Elektrodenpaare spannungsfrei. In der Schaltstellung 18 liegt nur an dem äußeren Elektrodenpaar 13 Spannung an. In der Schaltstellung 19 stehen die beiden äußeren Elektrodenpaare 13 und 14 unter Spannung. Bei der Schaltstellung 20 liegt an allen Elektrodenpaaren Spannung an. Das elektrische Feld

709850/0240

verhindert das Durchdringen von positiven oder negatix'en Teilchen, je nach dem ob eine positive oder negative Vorspannung gegenüber der Kathode des Sekundär olekt.ronen-Vervielfachers vorliegt. Auf diese Art kann stufenweise der Querschnitt des betrachteten Elektronen- oder Ionenstrahles eingeengt werden, ohne daß die Spannungsque11e 8 variabel ausgebildet sein muß.

TO9850/02A0

-S-

Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

( 1.)Energieanalysator für geladene Teilchen, in welchem die ^-"^ Teilchen ein elektr isches oder magnetisches Feld durchfliegen, und dem Analysator nachgeardnetes Detektor system, dem die Teilchen nach Verlasyen des Analysatorfeldes durch einen Austrittsspalt zügel uhr t. werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Energieanalysator (1) und dem Detektor system (5) ein Elektrodensystem (6) zur Einstellung des Querschnitts des Teilchenstrahles vorgesehen ist
2. Energieanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem (6) an eine in Stufen oder stufenlos veränderbare Spannungsquelle (8) angeschlossen ist ,
3. Energieanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem (6) von einer Ringelektrode (9) gebildet wird.
4. Energieanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem von zwei parallelen, senkrecht zum Austrittsspalt (3) angeordneten Stabelektroden (11, 12) gebildet wird.
5. Energieanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem von mehreren,paralIeI zueinander und senkrecht zum Austrittsspalt (3) angeordneten Stabelektrodenpaaren (13,14,15) gebildet wird, von denen in Bezug auf die Spaltmitte wahl v/eise das äußere Paar(13^,die beiden äußeren Paare (13 und 14), die drei äußeren Paare (13, 14, 15) oder alle Stabelektrodenpaare an eine Spannungsquelle (8) anschließbar sind.

7098 5 0/0240

ORIGINAL INSPECTED

262473Q

- r-
6. Energieanalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der Spannung zu den Stabelektrodenpaaren (I3bis 15) ein Schaltersystem (16) vorgesehen ist, das mindestens so viel Schaltstellungen hat, wie Elektrodenpaare vorhanden sind.

709850/0240