DE2733966C3 - ion emission microscope microanalyzer - Google Patents
ion emission microscope microanalyzerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen lonenemissionsmikroskop-Mikroanaiysator, mit einer in einer Vakuumkammer angeordneten Ionenquelle mit einem fokussierenden System zum Beschüß der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts und, in Richtung des sekundären lonenbündels hintereinander angeordnet, einem Immersionsobjektiv, einer Aperturblende, einer Blende zur Aussonderung eines Bildelements, einem Massenfilter und einem Ionendetektor und außerdem einer mit dem Ausgang des Ionendetektor verbundenen und außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Registriervorrichtung. The invention relates to an ion emission microscope microanaiysator, with an ion source arranged in a vacuum chamber with a focusing System for bombarding the surface of the object under investigation and, in the direction of the secondary ion bundle arranged one behind the other, an immersion objective, an aperture diaphragm, a diaphragm for rejecting a picture element, a mass filter and an ion detector and also one with the output of the ion detector connected and arranged outside the vacuum chamber recording device.
Ein lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator der eingangs genannten Art ist aus |ournal of Physics E, Band8. Nr. 10. Oktober 1975, Seiten 797 bis 808 bekannt.An ion emission microscope microanalyser of the type mentioned at the beginning is from | ournal of Physics E, Volume 8. No. 10 October 1975, pages 797 to 808 known.
lonenmikroanalysatoren, bei denen das zu untersuchende Objekt dem Beschüß durch einen stark gebündelten Ionenstrahl (Mikrosonde) ausgesetzt wird und bei denen die von dem Objekt emittierten Sekundärionen mit Hilfe eines Massenfiliers analysiert werden, sind an sich bekannt. Bei solchen Mikroanalysatoren wird die Aufgabe der kontrollierten Auswahl eines Bereichs der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts zur Durchführung einer Massenspektralanalyse mit Hilfe optischer Spiegel-Linsen-Mikroskope gelöst, bei denen ein Teil der optischen Elemente sich unmittelbar am Objekt befindet und dadurch derIon microanalyzers, in which the object to be examined is exposed to a strong bombardment focused ion beam (microprobe) is exposed and in which the emitted by the object Secondary ions are analyzed with the help of a mass filer are known per se. With such micro-analyzers becomes the task of the controlled selection of an area of the surface of the to be examined Object solved for performing a mass spectral analysis with the help of optical mirror-lens microscopes, in which some of the optical elements are located directly on the object and thereby the
in Verstaubung im Verlauf der Analysedurchführung ausgesetzt ist, wodurch die Funktion des Mikroanalysators beeinträchtigt wird.exposed to dust in the course of the analysis, thereby reducing the function of the microanalyzer is affected.
Die bekannten Vorrichtungen weisen außerdem den Nachteil auf, daß in Mikrosonden die Kontrolle derThe known devices also have the disadvantage that the control of the microprobes
i: Lage des Beschußpunktes des zu untersuchenden Objekts während der Analysedurchführung erschwert i: Position of the bombardment point of the object to be examined made difficult while the analysis is being carried out
' ist, da sich ein wahrnehmbarer Krater erst nach der Analysedurchführung bildet. Die Durchführung von lokalen Schichtanalysen ist ebenfalls durch den Einfluß der Kraterwände erschwert, besonders bei Benutzung einer Sonde mit geringem Durchmesser.'is because a noticeable crater only forms after the analysis has been carried out. The implementation of Local layer analysis is also made more difficult by the influence of the crater walls, especially when in use a small diameter probe.
Bekannt sind weiter lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysatoren, bei denen das von den beim Beschüß des Objekts durch ein lonenbündel emittierten Sekundärionen erzeugte Ionenbild der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts in einem Magnetmassenfilter in Elementarbildet zerlegt wird und dann das von Ionen einer Art erzeugte ausgesonderte Bild am Leuchtschirm mit Hilfe eines lonen-Elektronen-Umformers sichtbar gemacht wird. Das Bild zeigt in diesem Fall nur die Topographie der Verteilung eines bestimmten chemischen Elements. Die Durchführung einer Analyse verschiedener chemischer Elemente eines Abschnittes der Oberfläche eines Objekts in einem Bereich, derAlso known are ion emission microscope microanalyzers, in which that of the secondary ions emitted by an ion bundle when the object is bombarded generated ion image of the surface of the object to be examined in a magnetic mass filter is broken down into elementary form and then the separated image generated by ions of one species on the luminescent screen is made visible with the help of an ion-electron converter. The picture only shows that in this case Topography of the distribution of a given chemical element. Performing an analysis various chemical elements of a portion of the surface of an object in an area that
J5 durch die optische Auflösung des Geräts bestimmt wird, ist in solch einer Vorrichtung erschwert, da sich bei der Anordnung eines optischen lonenumformers nach einem magnetischen Massefilter das Bild des Objekts auf dem Leuchtschirm bei der Neueinstellung des J5 is determined by the optical resolution of the device, is difficult in such a device, since when an optical ion converter is arranged after a magnetic mass filter, the image of the object on the luminescent screen changes when the
■to erwähnten Massenfilters von einer Masse auf eine andere verlagert.■ to mentioned mass filter from one mass to one others relocated.
Bekannt ist weiterhin ein lonenemissionsmikroskop-Analysator. der eine in einer Vakuumkammer angeordnete Ionenquelle mit einem fokussierenden System zum Beschüß der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts und, hintereinander angeordnet, ein Immersionsobjektiv, eine Aperturblende, eine Blende zur Aussonderung eines Bildelements, einen Massenfilter und einen Ionendetektor enthält, die von dem aus der beschosse-An ion emission microscope analyzer is also known. which contains an ion source arranged in a vacuum chamber with a focusing system for bombarding the surface of the object to be examined and, arranged one behind the other, an immersion objective, an aperture diaphragm, a diaphragm for separating out a picture element, a mass filter and an ion detector , which bombard from the -
w nen Oberfläche austretenden Bündel Sekundärionen nacheinander durchlaufen werden. Außerdem enthält der bekannte Mikroskop-Mikroanalysator eine mit dem Ausgang des Ionendetektor verbundene und außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Registriervorrichtung (siehe Urheberschein der UdSSR Nr. I 84 366 in der Klasse 21 g, 37/01, von 1964).When bundles exiting the surface, secondary ions are passed through one after the other. Also contains the known microscope micro-analyzer one connected to the output of the ion detector and outside registration device arranged in the vacuum chamber (see copyright of the USSR No. I 84 366 in of class 21 g, 37/01, from 1964).
Solch ein Mikroskop-Mikroanalysator ermöglicht es, eine Objektanalyse in einem Bereich durchzuführender von der optischen Auflösung des Mikroskops bestimmtSuch a microscope microanalyzer enables object analysis to be carried out in an area determined by the optical resolution of the microscope
wird, besitzt jedoch keine Mittel zur Auswahl und Kontrolle des Durchführungsorts der Lokalanalyse unmittelbar während der Durchführung der Analyse und erfordert zusätzliche, indirekte Maßnahmen zur Bestimmung des Durchführungsortes der Lokalanalysc.but does not have the means to select and control the location of the local analysis immediately while the analysis is being carried out and requires additional, indirect measures for Determination of the location of the local analysis
h"' Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, einen lonenemissicnsmikroskop-Mikroanalysator mit einer Vorrichtung auszurüsten, die es ermöglicht, die synchron mit der Durchführung einer Lokalanalyse eines h "'The invention is based Aulgabe equip a lonenemissicnsmikroskop microanalyzer with a device which enables the synchronization with the implementation of a local analysis of a
Objekts erfolgende Kontrolle des Orts der Analyse in verbesserter Weise vorzunehmen.Object control of the location of the analysis in in an improved manner.
Diese Aufgabe wird mit einem lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter der Aperturblende in Richtung des sekundären lonenbündels ein ionenoptischer Umformer angeordnet ist, der eine durchgehende öffnung entlang der Achse des lonenbündels hat, welche die Funktion einer Blende zur Aussonderung eines Bildelements hat, und der weiterhin so ausgebildet ist, daß von ihm aufgrund des sekundären lonenbündels ausgehende Teilchen aus dem lonenbündel abgelenkt werden und daß ein Leuchtschirm so angeordnet ist, daß die abgelenkten Teilchen senkrecht auf ihm auftreffen.This task is accomplished with an ion emission microscope microanalyzer of the type described at the outset, according to the invention, in that behind the aperture diaphragm in the direction of the secondary ion beam an ion-optical converter is arranged, which has a through opening along the axis of the ion bundle, which has the function of a diaphragm for Rejection of a picture element, and which is further designed to be of him due to the secondary Particles emanating from the ion bundle from the ion bundle are deflected and that a fluorescent screen is arranged so that the deflected particles are perpendicular to hit him.
Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es, das ungetrennte Ionenbild visuell zu gestalten, welches nicht nur von der Konzentrationsverteilung der Elemente, sondern auch vom Relief der zu untersuchenden Oberfläche (durch das schrägfallende primäre lonenbündei) informationen trägt, womit das beobachtete Bild mit dem beim optischen bzw. beim Elektronenmikroskop erhaltenen Bild anschaulich in Korrelation steht, was die Möglichkeit gibt, sich bei der Auswahl des notwendigen Oberflächenabschnitts durch Durchführung der Lokalanalyse leicht zu orientieren.The design according to the invention makes it possible to visually design the unseparated ion image, which is not only on the concentration distribution of the elements, but also on the relief of those to be examined Surface (through the obliquely falling primary ion bundle) carries information, with which the observed The image clearly correlates with the image obtained with the optical or electron microscope stands what gives the opportunity to choose the to easily orientate the necessary surface section by performing the local analysis.
Bei der Untersuchung von feinen Folien oder Oberflächenschichten, beispielsweise bei der Beobachtung einer Beizkraterlage, ist es bei der eingangs genannten, bekannten Anordnung, die zur Kontrolle ein optisches Mikroskop verwendet, schwierig, die Bestimmung des Orts der lokalen Analyse vorzunehmen, da die objektive Bestimmung der analysierten Stelle nicht gleichzeitig mit der Analyse erfolgt, sondern anschließend, d. h. nach Bildung eines bemerkbaren Kraters.When examining fine foils or surface layers, for example when observing a pickling crater layer, in the case of the known arrangement mentioned at the outset, the control is a optical microscope used, difficult to determine the location of the local analysis because the objective determination of the analyzed point is not carried out at the same time as the analysis, but afterwards, d. H. after the formation of a noticeable crater.
Darüber hinaus ist bei der Anordnung der vorausgehend aufgeführten SU-PS 1 84 366 bei Verwendung eines relativ breiten primären Bündels zur Durchführung der schichtweisen Analyse, durch welche eine Beeinflussung der Auflösung nach der Tiefe der gebeizten Schicht durch die Kraterwandungen ausgeschlossen werden soll, bei einer Lokalanalyse, welche mit der Größe der optischen Auflösung vergleichbar ist, die Lage des analysierten Punktes überhaupt nicht bestimmbar.In addition, the above-mentioned SU-PS 1 84 366 is used in the arrangement of a relatively wide primary bundle for performing the layer-by-layer analysis through which a Impact of the dissolution according to the depth of the pickled layer by the crater walls excluded should be, in a local analysis, which is comparable with the size of the optical resolution, the position of the analyzed point cannot be determined at all.
Zur Sictterstellung der maximalen Lokaiisierbarkeit der Analyse ist es empfehlenswert, den Durchmesser der Öffnung so zu wählen, daß er gleich dem Produkt aus der optischen Auflösung des Mikroskops und dem Koeffizient der linearen Vergrößerung des lonenbildes in der Ebene der öffnung ist.To establish the maximum localizability the analysis it is advisable to choose the diameter of the opening so that it is equal to the product from the optical resolution of the microscope and the coefficient of the linear magnification of the ion image is in the plane of the opening.
Um ein Variieren der Lokalität der Analyse ohne Veränderung der Abmessungen der Öffnung zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, den lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator mit einer Projektionslinse auszurüsten, die vor dem ionenoptischen Umformer in Richtung des Bündels der Sekundärionen in einer derartigen Entfernung von der öffnung angebracht ist, daß der Durchmesser des gesammelten Bündels der Sekundärionen in der öffnung nicht größer ist als der Durchmesser der Öffnung in der Aperturblende.In order to vary the locality of the analysis without changing the dimensions of the opening enable, it is convenient to use the ion emission microscope microanalyzer to equip with a projection lens that is placed in front of the ion-optical converter in The direction of the bundle of secondary ions is attached at such a distance from the opening, that the diameter of the collected bundle of secondary ions in the opening is not greater than that Diameter of the opening in the aperture diaphragm.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Beschreibung einer Ausführungsform und der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur schematisch einen lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator entsprechend der Erfindung zeigt.The following is the description of the invention an embodiment and the drawing explained, the single figure of which schematically shows a shows an ion emission microscope microanalyzer according to the invention.
Wie in der Zeichnur}: dargestellt, befinden sich in einer Vakuumkammer 1 eine Ionenquelle 2, im gegebenen Fall ein Duoplasmatron mit einer Kaltkaiode, und ein fokussiertndes System 3, das aus zwei hintereinander angeordneten und auf der Achse der Ionenquelle 2 befindlichen Einzellinsen 4 und 5 besteht. Die Ionenquelle 2 und das fokussierende System 3 bilden ein Primärionenbündel (Pfeil A) zum Beschüß eines Abschnittes der Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts 6, das sich ebenfalls in der Vakuumkammer 1 befindet. Außerdem befinden sich in der Vakuumkam-As shown in the drawing}: there is an ion source 2 in a vacuum chamber 1, in the given case a duoplasmatron with a cold kaiode, and a focusing system 3, which consists of two individual lenses 4 and 5 arranged one behind the other and located on the axis of the ion source 2 consists. The ion source 2 and the focusing system 3 form a primary ion bundle (arrow A) for bombarding a section of the surface of an object 6 to be examined, which is also located in the vacuum chamber 1. In addition, the vacuum chamber
"i mer 1 auf der Achse des von der beschossenen Oberfläche des Objekts 6 emittierten sekundären Ionenbündels (Pfeil B) hintereinander ein aus vier Elektroden bestehendes Immersionsobjektiv 7, eine Aperturblende 8, ein elektrostatisches Ablenkungssystern 9, eine Projektionslinse 10, ein ionenoptischer Umformer 11, ein Bremssystem 12, ein vierpoliger Massenfilter 13 und ein Ionendetektor 14."i mer 1 on the axis of the secondary ion bundle (arrow B) emitted from the bombarded surface of the object 6, one behind the other, an immersion objective 7 consisting of four electrodes, an aperture diaphragm 8, an electrostatic deflection system 9, a projection lens 10, an ion-optical converter 11, a Brake system 12, a four-pole mass filter 13 and an ion detector 14.
Das aus vier Elektroden bestehende Immersionsobjektiv 7 wird von dem das sekundäre Ionenbündel emittierenden Objekt 6 und einer ivdalsymmetrischen Einzellinse 15 gebildet, die aus zwei geerdeten Blenden 16 und 17 und einer isolierten Blende 18 besteht, die sich zwischen den geerdeten Blenden 16 und 17 befindetThe immersion objective 7, which consists of four electrodes, becomes the secondary ion beam emitting object 6 and an ivdalsymmetrischen single lens 15, which consists of two grounded diaphragms 16 and 17 and an insulated diaphragm 18 which is located between the earthed diaphragms 16 and 17
Die Abmessung der Öffnung der Aperturblende 8 wird gr-nnger als der Durchmesser des Brennflecks des Sekundärbündels in der Ebene der Blende 8 gewählt.The dimension of the opening of the aperture diaphragm 8 is smaller than the diameter of the focal point of the Secondary bundle selected in the plane of the diaphragm 8.
Das elektrostatische Ablenkungssystem 9 besteht aus zwei hintereinander und zueinander senkrecht angeordneten Paaren flacher Platten.The electrostatic deflection system 9 consists of two arranged one behind the other and perpendicular to one another Mating flat plates.
Die weiter auf der Achse befindliche Projektionslinse 10 ist eine aus drei Elektroden bestehende Einzellinse ähnlich der oben beschriebenen Linse 15, hat aber eine größere Öffnung in den Blenden.The projection lens 10 further on the axis is a single lens consisting of three electrodes similar to lens 15 described above, but has a larger opening in the apertures.
Der ionenoptische Umformer 11 besteht aus einem ionenelektronischen Umformer 19 und einem Leuchtschirm 20, der das Elektronenbild in ein optisches Bild umformt.The ion-optical converter 11 consists of an ion-electronic converter 19 and a fluorescent screen 20, which transforms the electron image into an optical image.
Der ionenelektronische Umformer 19 ist ein aus drei Elektroden bestehendes Immersionsobjektiv, das aus einer geerdeten, Anoden 21 im Verhältnis zu den Elektronen bildenden Blende, einer Katode 22 mit einem im Verhältnis zur geerdeten Anode 21 negativen Potential und einer zwischen beiden gelegenen Blende, einer fokussierenden Elektrode 23, besteht. DieThe ion-electronic converter 19 is one of three Immersion lens consisting of electrodes, which consists of a grounded anode 21 in relation to the Electron forming aperture, a cathode 22 with a relative to the grounded anode 21 negative Potential and a diaphragm located between the two, a focusing electrode 23, exists. the
■»5 Katode 22 ist konkav gekrümmt und hat einen Krümmungsradius, der eine gleichmäßige Scharfeinstellung auf dem gesamten Gesichtsfeld des Elektronenbilds in der Ebene eines planen Leuchtschirms 20 gewährleistet. Die Katode 22 wird aus einem Werkstoff mit einem hohen Elektronenemissionskoeffizienten gefertigt, um die Bildhelligkeit zu erhöhen, und sie wird mit einer durchgehenden Öffnung 24 auf der Achse des sekundären lonenbündels versehen. Im beschriebenen Beispiel ist die öffnung 24 rund und hat einen Durchmesser, der gleich dem Produkt aus der optischen Auflösung des Mikroskops und dem Koeffizienten der linearen Vergrößerung des von dem Immersionsobjektiv 7 in der Ebene der Öffnung 24 in der Katode 22 des ionenelektronischo-n Umformers 19 gebildeten Ionenbildesist. ■ »5 cathode 22 is concave and has a Radius of curvature that ensures uniform focus over the entire field of view of the electron image guaranteed in the plane of a flat luminescent screen 20. The cathode 22 is made of a material made with a high electron emission coefficient to increase the image brightness, and it will provided with a through opening 24 on the axis of the secondary ion beam. In the described For example, the opening 24 is round and has a diameter that is equal to the product of the optical Resolution of the microscope and the coefficient of linear magnification of the immersion objective 7 is the ion image formed in the plane of the opening 24 in the cathode 22 of the ion-electronic converter 19.
Die Dicke der Katode 22 übersteigt in der Um3ebung der Öffnung 24 nicht den Durchmesser der öffnung 24.The thickness of the cathode 22 does not exceed the diameter of the opening 24 in the area around the opening 24.
Die Projektionslinse 10 ist in einer derartigen Entfernung von der Ebene der Öffnung 24 angeordnet, ■> daß der Durchmesser des gesammelten sekundären lonenbündels in der Ebene der Öffnung 24 den Durchmesser der öffnung in der Aperturblende 8 nicht übersteigt. Im gegebenen Fall ist die Proiektionslinse 10The projection lens 10 is arranged at such a distance from the plane of the opening 24 that ■> that the diameter of the collected secondary ion beam in the plane of the opening 24 den The diameter of the opening in the aperture diaphragm 8 does not exceed. In the given case, the projection lens is 10
in der Mitte zwischen der Ebene der Aperturblende 8 und der Ebene der öffnung 24 angebracht.mounted in the middle between the plane of the aperture diaphragm 8 and the plane of the opening 24.
Die öffnung 24 erfüllt die Funktion einer Wende zur Aussonderung eines Bildelements. Vor dem ionenelektronischen Umformer 19 in Richtung des lonenbiindels ist ein Magnetprisma 25 angeordnet, das das Elektronenbündel (Pfeil C) auf den Leuchtschirm 20 lenkt, der unter einem solchen Winkel zur Achse des Bündels befestigt ist, daß das Elektronenbündel aus dem ionenelektronischen Umformer 19 senkrecht auf den Leuchtschirm 20 auftrifft. In der Wand der Vakuumkammer 1 befindet sich ein Sichtfenster 26 zur Beobachtung des Bildes auf dem Leuchtschirm 20.The opening 24 fulfills the function of a turn for separating out a picture element. In front of the ion-electronic converter 19 in the direction of the ion bundle, a magnetic prism 25 is arranged, which directs the electron bundle (arrow C) onto the fluorescent screen 20, which is attached at such an angle to the axis of the bundle that the electron bundle from the ion-electronic converter 19 is perpendicular the luminescent screen 20 hits. In the wall of the vacuum chamber 1 there is a viewing window 26 for observing the image on the luminescent screen 20.
Das Bremssystem 12 besteht aus drei hintereinander angeordneten zylindrischen Elektroden 27, 28, 29 von gleichem Durchmesser, wobei die Elektrode 27 konstruktiv und elektrisch mit der Katode 22 verbunden ist und die Elektrode 29 mit dem Bildschirm 30 des vierpoligen Massenfilters 13.The brake system 12 consists of three cylindrical electrodes 27, 28, 29 of the same diameter, the electrode 27 being structurally and electrically connected to the cathode 22 and the electrode 29 with the screen 30 of the four-pole mass filter 13.
Als Ionendetektor 14 wird ein Sekundärelektronenvervielfacher verwendet.A secondary electron multiplier is used as the ion detector 14.
Außerdem enthält der lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator einen außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordneten Elektronenverstärker 31, dessen Eingang an den Ausgang des Elektronendetektors 14 angeschlossen ist, eine Registriervorrichtung 32. im gegebenen Fall eine Elektronenstrahlröhre, die mit einem Eingang an den Ausgang des Verstärkers 31 und mit dem anderen Eingang an einen der Ausgänge eines Ablenkgenerators 33, dessen anderer Ausgang mit dem Ablenkungssystem 9 verbunden ist, angeschlossen ist.Also includes the ion emission microscope microanalyzer an electron amplifier 31 arranged outside the vacuum chamber 1, the input of which connected to the output of the electron detector 14, a registration device 32. in the given Case a cathode ray tube, which has an input to the output of the amplifier 31 and with the other input to one of the outputs of a deflection generator 33, the other output with the Deflection system 9 is connected, is connected.
Der beschriebene lonenemissionsmikroskop-Mikroanalysator arbeitet auf folgende Weise.The ion emission microscope microanalyzer described works in the following way.
Beim Einschalten der Ionenquelle 2 und bei Zuführung von Energie (die Energiequellen sind in der Zeichnung nicht dargestellt) an die Elektroden des Geräts beschießt das primäre loncnbündel (Pfeil A)m\\ einer Energie, die durch den Unterschied der Potentiale Vi und 16 der Ionenquelle 2 bzw. des Objekts 6 bestimmt wird, einen Abschnitt der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts 6.When the ion source 2 is switched on and when energy is supplied (the energy sources are not shown in the drawing) to the electrodes of the device, the primary ion bundle (arrow A) bombarded with an energy determined by the difference between the potentials Vi and 16 of the ion source 2 or of the object 6 is determined, a section of the surface of the object 6 to be examined.
siert die aus dem zu untersuchenden Objekt 6 unter Einwirkung des Primärionenbündels emittierten Sekundärionen und erzeugt in der Ebene der Katode 22 des ionenelektronischen Umformers 19 ein vergrößertes lonenbild, das die Struktur der zu untersuchenden Oberfläche des Objekts 6 charakterisiert. Das sekundäre lonenbündel beschießt die Katode 22 mit einer Energie, die durch die Potentiale V2 des zu untersuchenden Objekts 6 und Vj der Katode 22 bestimmt wird.sizes the secondary ions emitted from the object 6 to be examined under the action of the primary ion bundle and generates an enlarged ion image in the plane of the cathode 22 of the ion-electronic converter 19, which characterizes the structure of the surface of the object 6 to be examined. The secondary lonenbündel bombards the cathode 22 with an energy that is determined to be the object under examination 6 and Vj of the cathode 22 by the potentials V2.
Die aus der Katode 22 emittierten Elektronen werden vom Magnetprisma 25 abgelenkt und auf der Oberfläche des Leuchtschirms 20 fokussiert wobei sie ein vergrößertes Bild des zu untersuchenden Abschnitts der Oberfläche des Objekts 6 und ein vergrößertes Bild der öffnung 24 in der Katode 22 erzeugen. Letzteres beobachtet man auf dem Leuchtschirm 20 als unbeweglichen dunklen Reck mit einem Durchmesser, der sich aus dem Produkt aus dem Durchmesser der Öffnung 24 in der Katode 22 und dem Koeffizienten der linearen Vergrößerung des ionenelektronischen Umformers 19 ergibt.The electrons emitted from the cathode 22 are deflected by the magnetic prism 25 and onto the surface of the luminescent screen 20 focused while providing an enlarged image of the section to be examined Generate the surface of the object 6 and an enlarged image of the opening 24 in the cathode 22. The latter can be observed on the luminescent screen 20 as an immobile, dark bar with a diameter that extends from the product of the diameter of the opening 24 in the cathode 22 and the coefficient of the linear Enlargement of the electronic ion converter 19 results.
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Durch Verschieben des Objekts 6 in der Ebene der Bestrahliingsoberfläche oder durch Verschieben des lonenbildes des Objekts in der Ebene der Katode 22 mit Hilfe des Ablenkungssysteins 9 bringt man das Bild jedes Strukturelements der zu untersuchenden Oberfläche, dessen lokale chemische Zusammensetzung bestimmt werden soll, mit dem unbeweglichen Abbild der öffnung 24 in der Katode 22 in Übereinstimmung.By moving the object 6 in the plane of the irradiation surface or by moving the Ion image of the object in the plane of the cathode 22 with the aid of the deflection system 9 brings the image each structural element of the surface to be examined, which determines its local chemical composition is to be, with the immovable image of the opening 24 in the cathode 22 in accordance.
Die durch die öffnung 24 im ionenoptischen Umformer 11 hindurchgetretenen Ionen werden im Feld des Bremssystems 12 bis auf eine Energie abgebremst, die notwendig für das Funktionieren des vierpoligen Massenfilters 13 ist. Dabei wird die Energie der in den Massenfilter 13 gelangenden Ionen durch den Unterschied des Potentials V2 des Objekts 6 und V4 des Bildschirms 30 des vierpoligen Massenfilters 13 bestimmt.The ions that have passed through the opening 24 in the ion-optical converter 11 are braked in the field of the braking system 12 to an energy level that is necessary for the functioning of the four-pole mass filter 13. The energy of the ions entering the mass filter 13 is determined by the difference between the potential V 2 of the object 6 and V 4 of the screen 30 of the four-pole mass filter 13.
Aus dem Massenfilter gelangen die nach ihrer Masse sortierten Ionen auf den Ionendetektor 14, an dessen Ausgang ein elektrisches Signal mit der Information über die Elementenzusammensetzung des Stoffes des Objekts 6 am Ort der Durchführung der Lokalanalysc erscheint. Dabei wird die Lokalität der Analyse vom Durchmesser der öffnung 24 und dem Koeffizienten der linearen Vergrößerung des lonenbilds des Objekts 6 in der Eben? der Kntode 22 bestimmt.The ions, sorted according to their mass, pass from the mass filter to the ion detector 14, at its Output an electrical signal with information about the elemental composition of the substance of the Object 6 appears at the place where the local analysis is carried out. The location of the analysis is from Diameter of the opening 24 and the coefficient of the linear magnification of the ion image of the object 6 in the plane? the code 22 is determined.
Zur Veränderung der Lokalität der Analyse wird die Projektionslinse 10 eingeschaltet, indem man sie mit dem Potential V5 beaufschlagt. Durch Veränderung des Potentials Vs ändert man die Brechkraft der Linse 10, wodurch eine Veränderung der Größe des lonenbildes des Objekts 6 in der Ebene der Katode 22 (Veränderung der Lokalität) ohne Veränderung des Durchmessers der öffnung 24 erreicht wird. Bei einem bestimmten Wert der Brechkraft der Projektionslinse 10 geht das gesammelte lonenbündel vollkommen durch die öffnung 24 in der Katode 22 hindurch, wodurch die Ionen des umfassenden lonenbildes der zu untersuchenden Oberfläche in den Massenfilter 13 gelangen.To change the locality of the analysis, the projection lens 10 is switched on by applying the potential V 5 to it . By changing the potential Vs. At a certain value of the refractive power of the projection lens 10, the collected ion bundle passes completely through the opening 24 in the cathode 22, whereby the ions of the comprehensive ion image of the surface to be examined reach the mass filter 13.
Beim Einschalten des Ablenkgenerators 33 und Einstellung des Massenfilters 13 auf eine bestimmte H <„,..„ .....λ An* "orr. Verstärker 3ί vcrsisrUic Si";:! vom Ionendetektor 14 an die Registriervorrichtung 32 geleitet, die mit dem Ablenkungssystem 9 mit Hilfe des Ablenkgenerators 33 synchronisiert ist.When the deflection generator 33 is switched on and the mass filter 13 is set to a certain H <", .." ..... λ A n * "orr. Amplifier 3ί vcrsisrUic Si";:! from the ion detector 14 to the registration device 32, which is synchronized with the deflection system 9 with the aid of the deflection generator 33.
Dadurch entsteht in der Registriervorrichtung 32 (auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre) ein Bild, das die Verteilung der Ionen einer bestimmten Masse in der Oberfläche des Objekts kennzeichnet.This creates an image in the registration device 32 (on the screen of the cathode ray tube) which characterizes the distribution of ions of a certain mass in the surface of the object.
Auf diese Weise ermöglicht der Einbau des ionenoptischen Umformers 11 mit der Öffnung 24, die ein Element des Bildes aussondert, vor dem Massefilter 13 ein ungeteiltes lonenbild, das die Struktur der zu untersuchenden Oberfläche charakterisiert, auf dem Leuchtschirm 20 sichtbar zu machen und danach einen bestimmten Bereich zur Durchführung von chemischen Analysen und Isotopenanalysen auszuwählen. Dabei erhöht sich die Genauigkeit der Auswahl der Stelle zur Durchführung einer Lokalanalyse und es entfällt die Notwendigkeit der Anwendung optischer Mikroskope oder anderer Systeme, mit deren Hilfe die Stelle für die Durchführung einer Lokalanalyse festgelegt wird.In this way, the installation of the ion-optical converter 11 with the opening 24, the separates an element of the image, an undivided ion image in front of the mass filter 13, which shows the structure of the to characterizing the surface to be examined, to make it visible on the luminescent screen 20 and then a select a specific area for performing chemical and isotope analyzes. Included the accuracy of the selection of the location for carrying out a local analysis increases and the Need for the use of optical microscopes or other systems that enable the body for the Implementation of a local analysis is determined.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| DE19772733966 DE2733966C3 (en) | 1977-07-27 | 1977-07-27 | ion emission microscope microanalyzer |
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Also Published As
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