JP5341900B2 - 荷電粒子エネルギー分析計 - Google Patents

Description

本発明は、分析計具類に関する。さらに具体的に言うと、本発明は、荷電粒子エネルギー分析計に関する。

荷電粒子エネルギー分析計は、研究および産業における用途を見いだされており、そして抽出された荷電粒子のエネルギースペクトルを記録することによって原子組成および物質特性を決定するために使用でき、例えば。荷電粒子エネルギー分析計の、（これらに限られないが）オージェ電子分光法（ＡＥＳ）を含むＸ線電子分光法（ＥＳＣＡ）における特別な用途が見いだされた。そうした分析において、真空中に配置され、そしてＸ線、電子またはイオンに曝された試料は、光電子、Ｘ線、二次電子オージェ電子（特別なクラスの二次電子）イオン、および一次電子源から弾性散乱した電子を放出する。

試料の表面から放出された荷電粒子は、それらのエネルギーによって分離でき、そしてスペクトルの形態で検出できる。そうしたエネルギースペクトルは試料材料の特徴であり、したがって試料の組成について重要な情報を含む。

粒子は、電気または電磁気エネルギー分析計を使用してエネルギーによって分離できる。最も一般的な分析計は、半球偏向分析計および円筒鏡型静電分析計である。半球偏向分析計は、通常、高分解能を必要とするＸ線またはＵＶ電子分光法において使用される。半球偏向分析計と比較してより高い（ｈｉｇｈｅｒ）アクセプタンス立体角（ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｓｏｌｉｄ ａｎｇｌｅ）を提供する円筒鏡型分析計が、通常、電子衝突励起を用いた中程度の分解能のオージェ電子分光法に好ましい。

公知の高アクセプタンスにおいて、円筒鏡型分析計では、分析される電子は、発散ビームの形態で試料から放出され、そして同軸の円筒型電極間の電界によって分析計の軸に対して偏向される。外側電極の電位および分析計の分解能によって規定された狭いエネルギー範囲内の電子は、軸上の特定点に、または軸の周りのリングに焦点を合わされる。電子のエネルギースペクトルは、電界電位を変えること、およびこの電位の関数としての電子を検出することによって得られる。典型的には２πステラジアン（ｓｔｅｒｒａｄｉａｎｓ）当り１４％の、その高アクセプタンスである公知の円筒鏡型分析計の不都合点は、低いエネルギー分解能、典型的には、興味の対象のエネルギーの０.５％でのみ達成可能であることである。高アクセプタンスおよび高分解能の両方は、同時に達成できない。

伝統的に、電子分光分析は、半球偏向分析計の場合におけるように、より低いアクセプタンス（そしてそれ故に、より低感度）を犠牲にした高分解能か、または円筒鏡型分析計の場合におけるように、高いアクセプタンス（高感度）かつ限られた分解能か、のいずれかで通常行われる。

アクセプタンスおよびエネルギー分解能を別として、分析システムなどの平易さを含む研究活動の準備から生じる多くのほかの要求がある。

高アクセプタンス立体角と高エネルギー分解能との両者を組み合わせる公知の分析計は、Ｓｉｅｇｂａｈｎ ｅｔ ａｌ．Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．Ｍｅｔｈ．Ａ ３４８（１９９７）５６３〜５７４に記載されている。この分析計は、円筒型の対称な分析計（スウェーデン国特許番号第５１２２６５号明細書、ＣＨＯｌＪ、４９/４０、１９９７）中で軸方向の電界と半径方向の電界との両者を組み合わせる。より内側の同軸電極表面およびより外側の同軸電極表面は、理論考察から得られる等電位表面に従う。この公知の分析計において、電界構造（ｆｉｅｌｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）および電極の等電位表面は、ラプラス式の解が、１つは半径方向の距離により、そしてもう１つは軸方向の距離による、２つの関数の合計であるという条件で、円筒型対称システムのためのラプラス式を解くことにより得られる。これば、軸方向および半径方向の電界勾配の両方を有する電界構造となる。そうした電界特性に基づく分析計は、古典的な円筒鏡の分析計より性能において確実に優れているが、半径方向および軸方向において独立して変化する別個の電界分布関数への要求により拘束された電界構造の限定された性質によって制約される。

本発明により、試料にエネルギー分析のための荷電粒子を放出することを生じさせるように、試料を照射するための照射手段、縦軸を有する電極構造、（この電極構造は、内側電極表面および外側電極表面をそれぞれ有する同軸の内側電極および外側電極を含む。）、入口開口（ここを通ってこの試料から放出された荷電粒子がエネルギー分析のために内側電極表面と外側電極表面との間の空間に入ることができる）および（荷電粒子がこの空間から出ることができる）出口開口、およびこの出口開口を通ってこの空間から出る荷電粒子を検出するための検出手段を含む、荷電粒子エネルギー分析計が提供され、ここで、この内側電極表面および外側電極表面は、縦軸に対称に直交する子午面（ｍｅｒｉｄｏｎａｌ ｐｌａｎｅ）を有する回転楕円体の表面によって、少なくとも部分的に画定されている、この内側電極表面および外側電極表面は、それぞれ異なる半径、Ｒ_２およびＲ_１（Ｒ_２は常にＲ_１より大きい）を有する２つの非同心円の弧の該縦軸周りの回転によって生成され、それぞれの子午面中の該縦軸から該外側電極表面への距離はＲ_０１であり、そしてそれぞれの子午面中の該縦軸から該内側電極表面への距離はＲ_０２であり、そして該半径Ｒ_１およびＲ_２および該距離Ｒ_０２は、条件：
Ｒ_１＝Ｋ_１Ｒ_１２
Ｒ_２＝Ｋ_２Ｒ_１２
Ｒ_０２＝Ｋ_３Ｒ_１２、
（式中、Ｒ_１２＝Ｒ_０１−Ｒ_０２およびＫ_１、Ｋ_２およびＫ_３は、ｌ＜Ｋ_１＜∞、ｌ＜Ｋ_２≦∞および０＜Ｋ_３＜∞である無次元パラメーターであり、このパラメーターの任意の選択された組はＫ_１≠１＋Ｋ_２およびＫ_１＜Ｋ_２およびＫ_３＜Ｋ_２を満たす。）
を満たす。

この新規な様式の表現を適用して、Ｋ_１＝１＋Ｋ_２およびＫ_２＝Ｋ_３である公知の半球偏向分析計（ＨＤＡ）が電極表面を有することに注目する、他方では、公知の円筒鏡型分析計（ＣＭＡ）は、Ｋ_１＝Ｋ_２＝∞である電極表面を有する。

本発明は、これまで知られていなかった回転楕円体の電極表面を有する荷電粒子エネルギー分析計（以下、回転楕円体エネルギー分析計（ＳＥＡ）と呼ばれるであろう）の範囲を提供する。

同じ分析計においてＨＤＡと通常関連する（典型的には、スペクトル線のベースで０．５％より良好である）高エネルギー分解能、および通常ＣＭＡと関連した（典型的には２πステラジアン当り１４％より良好である）高アクセプタンス立体角の両方の利益を提供できるので、ＳＥＡの幾つかの好ましい態様は、特に好都合であることが見いだされた。

さらに、ＳＥＡは、前記出版物中に記載された分析計の場合として、半径方向および軸方向において、独立して変化する別個の電界分布関数への要求によって拘束されない形状を有する。

好ましい態様では、Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３の値は、好ましくは、条件：１＜Ｋ≦１０、１＜Ｋ_２≦∞および０.１≦Ｋ_３＜３を満たす。特に好ましい態様では、Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４である分析計は、スペクトル線のベースにおいて少なくとも０.０５％のエネルギー分解能ΔＥ/Ｅおよび２πステラジアン当り２１％超のアクセプタンス立体角を同時に与えることができる。

本発明の態様は、ここで以下の添付図を例としてのみで参照して記載される：
図１は、本発明による回転楕円体エネルギー分析計（ＳＥＡ）の態様の簡素化した断面図を示す、 図２は、図１中に示したＳＥＡの電極構造の詳細な縦断面図を示し、 図３は、図２中に示した電極構造の入口終端のさらに詳細な図を示し、 図４は、図２中に示す電極構造の出口終端のさらに詳細な図を示し、 図５は、エネルギー分析に従うＳＥＡの縦軸を横切るエネルギーＥおよびＥ±０.０５％を有する電子の軌道を示し、そして、 図６は、内側電極表面が円錐形終端部分を有する改質された電極構造の出口終端の詳細な図を示す。

図中の図１を参照すると、荷電粒子エネルギー分析計１０は、フランジが付いた支持プレート１２上に取り付けられた電極構造１１を有し。プレート１２はまた、それがないと分析計を通るにつれて、荷電粒子の軌道を歪める場合がある外部からの磁場を遮断する電極構造１１を取り囲む磁性シールド１３を支える。

電極構造１１は、内側電極１４および外側電極１５を含む。この内側電極１４は、内側電極表面ＩＳを有し、そしてこの外側電極１５は、外側電極表面ＯＳを有し、この内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳは、分析計の縦軸Ｘ−Ｘの回りで回転対称である。縦軸Ｘ−Ｘ上に配置された試料Ｓは、電子を照射される。その終端において、分析計は、その発生源によって生成された一次電子を試料Ｓの表面に向かわせるための電子銃１７の一部である一次電子源１６を含む。試料から放出された二次電子は、内側電極表面と外側電極表面ＩＳ、ＯＳとの間の空間１８に内側電極１４中の入口開口１９を経て入り、そして電子は、検出器２１によって検出するための内側電極１４の出口開口２０を経て空間１８を出る。図１は、内側電極表面と外側電極表面ＩＳ、ＯＳとの間を通過する３つの例示的な軌道を示す。

この態様において、試料Ｓは電子で照射される。しかし、当然のことながら、代わりの照射手段を用いることができるであろうし；例えば、試料を、正または陰に帯電したイオン、Ｘ線、レーザー光またはＵＶ光で照射することができるであろう。

負の荷電粒子のエネルギー分析（記載された態様におけるように、例えば、電子）のために、外側電極１５は、内側電極１４に対して負の電位で保たれ、一方、正の荷電粒子のエネルギー分析のために、この外側電極１５は、内側電極１４に対して正の電位に保たれる。この内側電極１４は、接地電位で保たれることができるであろうし、そしてこの場合は、単一の電力供給のみが必要であろう。

内側電極と外側電極１４、１５との間の電位差は、内側電極表面と外側電極表面ＩＳ、ＯＳとの間の空間１８中に作り出されたエネルギー発散型電界により検出器２１における焦点に導かれる荷電粒子のエネルギーを決定する。スキャンモードの運転では、電位差エネルギースペクトルを生成するようにスキャンできる。

図２〜４は、内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳの形をより詳細に具体的に示す。終端部分を別として、この内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳは、回転楕円体であり、それぞれの表面は、縦軸Ｘ−Ｘ回りに、円の弧を回転させることによって画定される。それぞれの回転楕円体の表面は、縦軸に直交する対称な子午面Ｍを有する。この態様において、内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳの対称な子午面Ｍは一致している、当然のことながら、これは必ずしも必要ではない。図３を特に参照すると、この態様の外側電極表面ＯＳは、分析計の入口終端において外側電極表面ＯＳの回転楕円体の一部を切断する、平らな環状の終端部分を有する。この平らな環状の終端部分は、縦軸Ｘ−Ｘ上に中心を置き、そして外側半径ｒ_１、および内側半径ｒ_２を有する。

内側電極表面ＩＳは、分析計の入口終端において、内側電極表面ＩＳの回転楕円体の一部を切断する同軸の円錐形終端部分を有する。円錐形終端部分は、（内側電極表面の回転楕円体部分に接線方向で（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ）接する）半径ｒ_３および（内側電極表面の平らな終端面によって切断される）半径ｒ_４を有する。同軸の円錐形終端部分は、半角αを定める。

図４を特に参照すると、外側電極表面ＯＳは、分析計の出口終端において、外側電極表面ＯＳの回転楕円体の一部を切断する半径ｒ_５の同軸の円筒型終端部分を有する。同様に、内側電極表面ＩＳは、分析計の出口終端において、内側電極表面ＩＳの回転楕円体の一部を切断する半径ｒ_６の同軸の円筒型終端部分を有する。

図１〜４に示すように、入口開口１９は、内側電極表面ＩＳの同軸の円錐形終端部分中に配置され、そして出口開口２０は、内側電極表面ＩＳの同軸の円筒型終端部分中に配置される。この態様において、入口開口および出口開口１９、２０は、典型的には、縦方向に伸びる導電性ワイヤーによって形成されている高透明性のグリッドによって覆われている。

図２を参照すると、外側電極表面ＯＳの回転楕円体の一部は、半径Ｒ_１の円の弧の回転、および子午面Ｍにおいて測定された縦軸Ｘ−Ｘからのその弧の距離Ｒ_０１によって画定され、そして内側電極表面ＩＳの回転楕円体の一部は、半径Ｒ_２の円の弧の回転および子午面Ｍ中で再度測定された縦軸Ｘ−Ｘからの弧の距離Ｒ_０２によって画定される。Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_０２は、条件：
Ｒ_１＝Ｋ_１Ｒ_１２
Ｒ_２＝Ｋ_２Ｒ_１２
およびＲ_０２＝Ｋ_３Ｒ_１２

（式中、Ｒ_１２＝Ｒ_０１−Ｒ_０２は、子午面Ｍにおける内側電極と外側電極表面ＩＳ、ＯＳの間のギャップであり、そしてＫ_１、Ｋ_２およびＫ_３は無次元パラメーターである。）を満たす。
図１〜３に示すように、試料Ｓは、電極構造１１の境界の外側に位置する。相対的に容易に配置することを可能とし、そして１種または２種以上の追加の照射源の提供を促進する；例えば、Ｘ線照射源が、一次電子源に加えて提供できるであろうので、この配置は好都合である。当然のことながら、代わりに、より好ましくない態様として、試料Ｓは、電極構造の境界内に配置できるであろう。

本発明の特に好ましい態様において、Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４である。Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３のこれらの値のために外側電極表面ＯＳの平らな環状の終端部分は、好ましくは、外側半径ｒ_１＝０.７５５Ｒ_１２および内側半径ｒ_２＝０.６６１Ｒ_１２を有し、そして内側電極表面ＩＳの円錐形終端部分は、好ましくは半径ｒ_３＝０.８１８Ｒ_１２、半径ｒ_４＝０.５１５Ｒ_１２およびｔａｎ（α）＝０.２５５の半角α≒１４.３°を有する。

分析計の出口終端では外側電極表面ＯＳの同軸の円筒型終端部分は、好ましくは半径ｒ_５＝０.７５４Ｒ_１２を有し、そして内側電極表面ＩＳの同軸の円筒型終端部分は、好ましくは半径ｒ_６＝０.７０４Ｒ_１２を有する。

（Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４である）好ましい態様の特定の例では、Ｒ_１２は、４５ｍｍに設定され、従ってＲ_１は、１２４ｍｍの値を有し、Ｒ_２は２２０ｍｍの値を有し、Ｒ_０１は、８７.５ｍｍの値を有し、そしてＲ_０２は、４３.５ｍｍの値を有する。

原点が試料における縦軸Ｘ−Ｘを中心とするこの例に円筒型の（ＸＹ）座標系を適用すると、Ｘは軸方向の距離であり、そしてＹは縦軸に直交する方向における半径距離であり、分析計の作動距離（ＷＤ）；すなわち、試料Ｓと分析計の正面２２との間の軸上の距離は、７.６ｍｍに設定される。この例において、分析計の入口終端における外側電極表面ＯＳの環状終端部分は、Ｘ；Ｙ座標＝９.９０ｍｍ；２９.７５ｍｍにおける内側半径の端および０.４０ｍｍの軸方向深さを有し、そして分析計の入口終端において、内側電極表面ＩＳの同軸の円錐形終端部分は、Ｘ；Ｙ座標＝８.５０ｍｍ；２３.１５０ｍｍにおいて内側電極表面ＩＳの平らな終端面によって切断している。外側電極表面ＯＳの円筒型終端部分は、Ｘ；Ｙ座標＝２１４.０５ｍｍ；３３.９５ｍｍにおいて。外側電極表面ＯＳの回転楕円体の一部を切断しており、そして６.９０ｍｍの軸方向の長さを有する。同様に、内側電極表面ＩＳの円筒型終端部分は、Ｘ；Ｙ座標＝１８０.００ｍｍ；３１.７０ｍｍにおいて、内側電極表面ＩＳの回転楕円体の一部を切断しており、そしてＸ；Ｙ座標＝２２２.９５ｍｍ；３１.７０ｍｍにおいて分析計の出口終端で平らな終端面を横切っている。

この例において、電子は、内側電極表面と外側電極表面ＩＳ、ＯＳとの間の空間に、４４°〜６０°の範囲の発散角を有する軌道上で入口開口１９を経由して入り、そして電子は、３８.６°〜４５.１°の範囲の発散角を有する軌道上で出口開口２０を経由して空間１８を出て、そしてＸ；Ｙ座標＝２２５.２７ｍｍ；０.０ｍｍを有する焦点ｆで焦点を合わせられる。

電界パターンが、内側電極表面と外側電極表面ＩＳ、ＯＳとの間で作り出され、そしてその場のエネルギー発散型特性および焦点特性が、例えば、ＳＩＭＩＯＮ３Ｄ等の荷電粒子光学シミュレーションプログラムを使用したシミュレーションによって決定できる。

好ましい態様の記載された例は、公知の円筒鏡型分析計（典型的には０.５％）を使用して達成できるエネルギー分解能より遙かに高い、スペクトル線のベースにおける高エネルギー分解能ΔＥ/Ｅ、典型的には０.０５％を与えることが見いだされた。

この高エネルギー分解能は、図５により実際に説明され、図では、エネルギー０.９９９５Ｅ、Ｅおよび１.０００５Ｅを有する電子の軌道が分析計によって、それらが縦軸エネルギー分析に従って縦軸を横切る３種の明らかな分解できる帯を示す。

この記載された例はまた、公知の半球偏向分析計（典型的には１％）によって典型的に与えられるアクセプタンス立体角より遙かに高い、高アクセプタンス立体角、典型的には２πステラジアン当たり２１％超を有する。したがって、同じ機器において、高エネルギー分解能および高アクセプタンス立体角の両方の利益を提供するので、記載された例は、特に好都合である。

検出器２１は、（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）乗算機能を提供するチャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）または任意の他の荷電粒子検出機器（ｄｅｖｉｃｅ）であることができる。図５から明らかなように、記載された分析計は、マルチチャネル機能（ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を提供し、従って、この検出器は、位置敏感型検出（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を提供する、マルチチャネルプレート機器（ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ ｐｌａｔｅ ｄｅｖｉｃｅ）または任意の他のマルチチャネル荷電粒子検出機器の形態を有することができる。荷電粒子光学シミュレーションの研究は、より高い値のエネルギー分解能が、条件：
１＜Ｋ_１≦１０、
１＜Ｋ_２≦∞および
０.１≦Ｋ_３≦３
を満たすＫ_１、Ｋ_２およびＫ_３の値を有する好ましい態様の範囲内で達成可能であることを示した。

一例として、Ｋ_１＝１.６９２、Ｋ_２＝∞およびＫ_３＝０.４３６である１つの好ましい態様は、スペクトル線のベースにおいて約０.３％のエネルギー分解能ΔＥ/Ｅを与え、そして２πステラジアン当たり約１５％のアクセプタンス角を有し、そしてＫ_１＝１.７８４、Ｋ_２＝８.９１９およびＫ_３＝０.５１４である別の好ましい態様は、スペクトル線のベースにおいて約０.３％のエネルギー分解能ΔＥ/Ｅを与え、そして２πステラジアン当たり約２４％のアクセプタンス立体角を有する。

既に記載したように、Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４である特に好ましい態様は、スペクトル線のベースにおいて少なくとも０.０５％のエネルギー分解能ΔＥ/Ｅ、および２πステラジアン当たり２１％超のアクセプタンス角を与えることができる。この場合は、入口開口および出口開口のサイズを減少させることによってアクセプタンス立体角が２πステラジアン当たり約７％に減少した場合、０.００２５％未満のより高いエネルギー分解能さえも達成できる。反対に、これは、エネルギー分解能を約０.０７％に低下させるものの、２πステラジアン当たり約３０％のより高いアクセプタンス角が、入口および出口スリットのサイズを増加させることによって達成できる。

記載された内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳの非回転楕円体の終端部分は、電極表面間の空間１８内のフリンジ場の逆効果を低下させるように設計されている。当然のことながら、これらの部分は、代わりの形態を有することができる。例えば、内側電極表面の円錐形終端部分は、代わりに円筒型形等の非円錐形を有することができるであろうし、そして／または内側電極表面の円筒型終端部分は、代わりに非円筒型形であることができるであろう。特に、内側電極表面の円筒型終端部分は、切断された円錐形終端部分によって置き換えることができるであろう。この場合は、例えば、荷電粒子は、図６に示すように、縦軸Ｘ−Ｘを取り囲むリングにおいて焦点を合わせられるであろうし、そして検出器２１は、リング状検出器の形態を有するであろう。電極構造１１の外の照射源から分析計の縦軸に沿ってまたは近くに向けられた試料Ｓを、第１励起ビーム（例えば、電子ビーム）を使用して照射できる分析計の軸上の領域には機械的な障害物がないであろうので、縦軸Ｘ−Ｘを囲むリングにおいて焦点を合わせることは、好都合である。

分析計の入口終端および出口終端における、そうした非回転楕円体の電極表面の提供は、最適な結果を与えると考えられているが、そうした非回転楕円体の表面は全く除外できるであろうし、そして依然有用な分析計を得ることができるであろう。

追加の電極が（より望ましくないが）代わりに使用できるが、記載された電極構造１１は、ただ２つの電極によって規定されるエネルギー発散型電界を有する簡素な組み立てを有する。

縦軸回りに回転対称である内側電極表面および外側電極表面ＩＳ、ＯＳを有する態様が記載され；すなわち、２つの電極表面が、全（３６０°）方位角の範囲にかけて伸びている。あるいは、これらの場合では極端な角度範囲における電極構造により作り出されたフリンジ場を補うために注意が必要であるが、内側電極表面および外側電極表面は、より小さい方位角の範囲、例えば、２７０°、１８０°またはそれら以下までもにかけて伸びることができる。

本発明による２つまたは３つ以上の荷電粒子エネルギー分析計は、ダブルバス（ｄｏｕｂｌｅ ｐａｓｓ）またはマルチパス（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐａｓｓ）の器具を作るために組み合わせることができる。この場合は、１つの分析計の出口の焦点を合わせた点が、次の分析計の源点を表わすような様式で、２つまたは３つ以上の分析計が、それらの対称の共通軸に沿って共に結合できるであろう。入口終端と出口終端とにおける発散角の一貫性を保つために、単一の分析計の入口を正面Ｆとし、そして出口を背面Ｂとして、個々の分析計は、ダブルパス分析計では、Ｆ−Ｂ−Ｂ−Ｆのように並べられることが好ましく、そして同様にマルチパス分析計では、それらはＦ−Ｂ−Ｂ−Ｆ−Ｆ−Ｂのように並べられることが好ましい。

Claims (23)

1. エネルギー分析のために試料に荷電粒子を放出させるために、試料を照射するための照射手段、
   縦軸を有する電極構造、
   該電極構造は、内側電極表面および外側電極表面をそれぞれ有する同軸の内側電極お
   よび外側電極を含む、
   エネルギー分析のために該試料から放出された荷電粒子が、該内側電極表面と該外側電極表面との間の空間に入ることができる、入口開口および、
   荷電粒子が該空間から出ることができる出口開口、および
   該出口開口を通って該空間から出た荷電粒子を検出するための検出手段、
   を含んで成る、荷電粒子エネルギー分析計であって、
   ここで、該内側電極表面および外側電極表面が、該縦軸に対称に直交する子午面を有する回転楕円体の表面によって、少なくとも部分的に画定されており、該内側電極表面および該外側電極表面が、異なる半径Ｒ_２およびＲ_１をそれぞれ有する２つの非同心円の弧の該縦軸回りの回転によって生成されており、Ｒ_２が常にＲ_１より大きく、該それぞれの子午面における該縦軸から該外側電極表面への距離がＲ_０１であり、そして該それぞれの子午面における該縦軸から該内側電極表面への距離がＲ_０２であり、そして該半径Ｒ_１およびＲ_２および該距離Ｒ_０２が、条件：
   Ｒ_１＝Ｋ_１Ｒ_１２、
   Ｒ_２＝Ｋ_２Ｒ_１２、
   およびＲ_０２＝Ｋ_３Ｒ_１２
   （式中、Ｒ_１２＝Ｒ_０１−Ｒ_０２およびＫ_１、Ｋ_２およびＫ_３は、１＜Ｋ_１＜∞、１＜Ｋ_２≦∞であり、そして０＜Ｋ_３＜∞である無次元パラメーターであり、該パラメーターの任意の選択された組は、Ｋ_１≠１＋Ｋ_２およびＫ_１＜Ｋ_２およびＫ_３＜Ｋ_２を満たす。）
   を満たす、荷電粒子エネルギー分析計。
2. 該回転楕円体の表面の該子午面が一致している、請求項１に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
3. １＜Ｋ_１≦１０、１＜Ｋ_２≦∞および０.１≦Ｋ_３≦３である、請求項１または２に記載の荷電粒子エネルギー分析計
4. Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４である、請求項３に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
5. 該外側電極表面が、該電極構造の入口終端において平らで環状の終端部分を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
6. 該環状の終端部分が、該縦軸に中心がある円形開口を有する平面リングを含む、請求項４に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
7. Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４であり、該平面リングが、該縦軸に対して動径座標０.７５５Ｒ_１２において該外側電極表面の該回転楕円体の表面と接し、そして該円形開口が半径０.６６１Ｒ_１２、および軸方向の深さ０.００９Ｒ_１２を有する、請求項６に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
8. 該内側電極表面が、該電極構造の入口終端において、同軸の円錐形終端部分を有し、該入口開口が該同軸の円錐形終端部分に位置する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
9. Ｋ_１＝２.７５６、Ｋ_２＝４.８８９およびＫ_３＝０.９４４であり、該同軸の円錐形終端部分が、該縦軸に対して動径座標０．８１８Ｒ_１２において該内側電極表面の該回転楕円体の一部と接線方向で接し、そしてｔａｎ（α）＝０.２５５によって与えられる半角（α）を有する、請求項８に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
10. 該内側電極表面が、該縦軸に対して、動径座標０.５１４Ｒ_１２において、該同軸の円錐形終端部分を切断する終端面を有する、請求項９に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
11. 該内側電極表面が、該電極構造の出口終端において同軸の円筒型形の終端部分を有し、該出口開口が該円筒型形の終端部分中に配置されており、それによって該試料により放出される荷電粒子の焦点を合わせることが可能となる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
12. 該外側電極表面が、該電極構造の該出口終端において、同軸の円筒型形の終端部分を有する、請求弧１１に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
13. 該外側電極表面および該内側電極表面の該同軸の円筒型形の終端部分が、０．７５４Ｒ_１２および０.７０４Ｒ_１２の半径をそれぞれ有する、請求項１２に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
14. 該内側電極表面が、該電極構造の出口終端において同軸の円錐形終端部分を有し、該出口開口が該同軸の円錐形終端部分中に位置しており、それによって該縦軸上の点において該試料から放出される荷電粒子が該縦軸上に中心があるリングにおいて焦点を合わせられ、該検出手段が、該焦点を合わされた荷電粒子を検出するためのリング検出器である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載された、荷電粒子エネルギー分析計。
15. 該試料が該縦軸方向で該終端面から０.１６９Ｒ_１２の距離に位置し、そして該入口開口が、該縦軸に対して４４°〜６０°の範囲にある発散角を有する該試料から放出された荷電粒子を収容できるような寸法である、請求項１０に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
16. 該出口開口が該縦軸に対して少なくとも３８.６°〜４５.１°の範囲にある発散角を有する荷電粒子を通すような寸法であり、該荷電粒子が該試料から５.００６Ｒ_１２の焦点において該縦軸上に焦点を合わされる、請求項１５に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
17. 該入口開口および出口開口が、導電性グリッドによって被覆されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
18. 該導電性グリッドが、縦方向に伸びるワイヤーの形態を有する、請求項１７に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
19. 該出口開口が、該円筒型形の終端部分の全長に沿って伸びている、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
20. 該検出手段が、チャネルトロン機器である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
21. 該検出手段が、マルチチャネルプレート機器である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
22. 該検出手段が、位置敏感型検出機器である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子エネルギー分析計。
23. それぞれが、ダブルまたはマルチパス荷電粒子エネルギー分析を提供する共通縦軸上の請求項１〜２２のいずれか一項による、２つまたは３つ以上の荷電粒子エネルギー分析計の直列配置を含む、荷電粒子エネルギー分析計。

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