RU2076387C1

RU2076387C1 - Charged-particle spectrometer

Info

Publication number: RU2076387C1
Application number: RU94025312A
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Голиков; С.Н. Давыдов; В.В. Кораблев; Н.К. Краснова; Ю.А. Кудинов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный технический университет
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1997-03-27
Also published as: RU94025312A

Abstract

FIELD: electronic and ionic spectroscopy of surfaces of solid bodies or gases. SUBSTANCE: spectrometer has axisymmetric energy analyzer in the form of electrostatic mirror with symmetry axis Z, planar position-sensing detector perpendicular to axis Z, and specimen whose center of emission region is on axis Z. Field-setting electrodes are in the form of two electrically isolated coaxial annular conical surfaces having common top. Input and output annular apertures are cut in internal electrode so that their boundaries are in planes perpendicular to axis Z. Input aperture is narrower that output one and is closer to common top of cones. Center of emission source is on axis in central plane of input aperture. Responding surface of position-sensing detector is at greater distance from top of cones than any plane limiting size of diaphragms towards points of intersection between these planes and axis Z. EFFECT: provision for simultaneous recording of emission spectra of particles escaping source in any direction near definite plane perpendicular to axis Z. 2 dwg

Description

Изобретение относится к физической электронике, в частности, к электронной и ионной спектроскопии, и может быть использовано для анализа по энергиям и направлениям движения потоков заряженных частей, эмиттируемых поверхностью твердого тела или испускаемых из объема газа. The invention relates to physical electronics, in particular, to electronic and ion spectroscopy, and can be used for analysis by energies and directions of motion of flows of charged parts emitted by the surface of a solid or emitted from a gas volume.

Основной частью известного устройства являются два полезадающих осесимметричных концентрических электрода тороидальной формы: внутренний и внешний; ось Z является осью симметрии тороидов. Кроме них предусмотрены две линзы: цилиндрическая входная и коническая выходная, а также плоский позиционно-чувствительный детектор (ПЧД). The main part of the known device is two climbing axially symmetric concentric electrodes of toroidal shape: internal and external; the Z axis is the axis of symmetry of the toroids. In addition to them, two lenses are provided: a cylindrical input and a conical output, as well as a flat position-sensitive detector (PSD).

Прибор работает следующим образом. Образец располагается так, что его поверхность (если он твердый, а не газообразный) находится в одной из меридиональных плоскостей всей анализирующей системы, т.е. вдоль поверхности образца проходит ось симметрии анализатора Z. При таком расположении полярный угол эмиссии θ_e из центральной точки эмиссии образца S с точностью до постоянного слагаемого совпадает с азимутом θ изображенного на рисунке сечения всей системы меридиональной плоскостью YZ. Диапазон азимутальных углов эмиссии J ограничивается в пределах нескольких градусов размером входной диафрагмы. Входная линза формирует полукольцевое изображение источника эмиссии вблизи поверхности электрода, компенсирующего искажение потенциала у краев тороидальных полезадающих электродов. Двигаясь в зазоре между этими электродами, анализируемый пучок под действием диспергирующего поля тороида подвергается разложению на моноэнергетические составляющие, причем составляющая, соответствующая энергии настройки анализатора Е_o, фокусируется на выходной щели, вблизи выходного компенсирующего электрода. Выходная линза переносит это промежуточное изображение на поверхность ПЧД, азимутальная координата точек которого с точностью до постоянного слагаемого равна полярному углу эмиссии из образца.The device operates as follows. The sample is positioned so that its surface (if it is solid, not gaseous) is in one of the meridional planes of the entire analyzing system, i.e. along the surface of the sample, the axis of symmetry of the analyzer Z passes. With this arrangement, the polar emission angle θ _e from the central point of emission of the sample S coincides, up to a constant term, with the azimuth θ of the entire system section shown in the figure by the meridional plane YZ. The range of azimuthal emission angles J is limited to a few degrees by the size of the input diaphragm. The input lens forms a semicircular image of the emission source near the electrode surface, which compensates for the potential distortion at the edges of the toroidal falling electrodes. Moving in the gap between these electrodes, the analyzed beam under the influence of the dispersing field of the toroid is decomposed into monoenergetic components, and the component corresponding to the analyzer tuning energy E _o is focused on the exit slit, near the output compensating electrode. The output lens transfers this intermediate image to the surface of the PSD, the azimuthal coordinate of the points of which, up to a constant term, is equal to the polar angle of emission from the sample.

Создание такого спектрометра представляет значительные трудности. Сложно изготовить и взаимно съюстировать полезадающие электроды тороидальной геометрии. The creation of such a spectrometer presents significant difficulties. It is difficult to make and mutually align the climbing electrodes of toroidal geometry.

Принципиальным недостатком прототипа является то, что запись энергетического спектра происходит последовательно. В каждый конкретный момент времени через выходную диафрагму к ПЧД пролетают лишь электроны, энергии которых лежат в узком интервале, определяемом энергией настройки Е_o и разрешающейспособностью энергоанализатора. Таким образом, в прототипе для записи спектра используется лишь один энергетический канал. Скорость записи пропорциональна числу таких каналов. Следовательно, включив каким-либо образом дополнительно "n-1" каналов регистрации, можно в "n" раз увеличить скорость записи. Сделать это можно, либо совместив линию фокусов (фокальную поверхность) с плоскостью ПЧД, либо уменьшив размытие изображения на детекторе до размеров, при которых это размытие сильно не сказывается на разрешении прибора.The principal disadvantage of the prototype is that the energy spectrum is recorded sequentially. At any given moment in time, only electrons fly through the output diaphragm to the PSD, whose energies lie in a narrow interval determined by the tuning energy E _o and the resolution of the energy analyzer. Thus, in the prototype for recording the spectrum uses only one energy channel. The recording speed is proportional to the number of such channels. Therefore, by including in some way an additional "n-1" registration channels, you can "n" times increase the recording speed. This can be done either by combining the focus line (focal surface) with the PSD plane, or by reducing the image blur on the detector to sizes at which this blur does not greatly affect the resolution of the device.

Техническим результатом является увеличение скорости записи энергетических спектров заряженных частиц с угловым разрешением по полярным углам эмиссии в 20-30 раз, упрощение конструкции собственно энергоанализатора и всего спектрометра в целом, увеличение разрешающей способности спектрометра. The technical result is to increase the recording speed of the energy spectra of charged particles with an angular resolution of the polar angles of emission by 20-30 times, simplifying the design of the energy analyzer itself and the entire spectrometer as a whole, and increasing the resolution of the spectrometer.

Для достижения указанного результата предлагается использовать осесимметричный энергоанализатор зеркального типа следующей геометрии (фиг. 1). Внутренний 1 и внешний 2 полезадающие электроды имеют форму двух соосных круговых конических поверхностей с общей вершиной в точке О. Хотя в идеале поверхности пересекаются в этой точке, в реальном приборе они электрически изолированы друг от друга. Исследуемый образец 3 (фиг. 2) располагается так, что общая ось симметрии электродов OZ проходит через его поверхность и параллельна ей. Входная 4 и выходная 5 диафрагмы вырезаны во внутреннем электроде. Каждая граница каждой диафрагмы представляет собой линию пересечения внутреннего конусообразного электрода и плоскости, перпендикулярной оси OZ. Ширина входной диафрагмы определяется несколькими факторами: размером пятна эмиссии (на фиг. 2, он равен нулю, т.е. источник точечный), диапазоном захватываемых диафрагмой азимутальных углов эмиссии Dv₁ и выбранными условиями фокусировки, т.е. режимом работы анализатора.To achieve this result, it is proposed to use an axisymmetric energy analyzer of the mirror type of the following geometry (Fig. 1). The inner 1 and outer 2 climbing electrodes are in the form of two coaxial circular conical surfaces with a common vertex at point O. Although ideally the surfaces intersect at this point, in a real device they are electrically isolated from each other. The studied sample 3 (Fig. 2) is located so that the common axis of symmetry of the OZ electrodes passes through its surface and is parallel to it. Input 4 and output 5 of the diaphragm are cut out in the internal electrode. Each boundary of each diaphragm represents the line of intersection of the inner cone-shaped electrode and the plane perpendicular to the OZ axis. The width of the input diaphragm is determined by several factors: the size of the emission spot (in Fig. 2, it is equal to zero, i.e., the point source), the range of azimuthal emission angles captured by the diaphragm Dv _1, and the selected focusing conditions, i.e. analyzer operation mode.

Плоский ПЧД 6 расположен перпендикулярно оси Z, так что точка А фокусировки частиц с начальной энергией E_o, соответствующей середине исследуемого диапазона энергий δE, находится на середине рабочей области ПЧД, т.е. приблизительно на половине радиуса ПЧД. При этом область ПЧД с минимальным радиусом соотносится с нижним краем исследуемого диапазона, т.е. с энергией электронов

, а область ПЧД с максимальным значением радиуса рабочей поверхности с верхним краем, т.е. с

Согласно расчетам, вдоль радиуса плоского круглого ПЧД 6 можно разложить участок энергетического спектра δE, составляющего несколько процентов от средней энергии настройки Е_о при разрешении ΔE/E_o= 0,05-0,2% и ΔΦ₁ 1-2 градуса. Это означает, что одновременно можно регистрировать 10-30 точек энергетического спектра при одновременном полном угловом анализе по полярным углам эмиссии. Таким образом, достигается цель изобретения.The flat PSD 6 is located perpendicular to the Z axis, so that the focus point A of particles with an initial energy E _o corresponding to the middle of the studied energy range δE is in the middle of the PSD working region, i.e. approximately half the radius of the PSD. In this case, the PSD region with a minimum radius corresponds to the lower edge of the studied range, i.e. with electron energy

, and the region of the PSD with the maximum radius of the working surface with the upper edge, i.e. from

According to calculations, along the radius of a flat circular PSD 6, it is possible to decompose a portion of the energy spectrum δE, which is several percent of the average tuning energy E _о with a resolution of ΔE / E _o = 0.05-0.2% and ΔΦ ₁ 1-2 degrees. This means that at the same time it is possible to register 10-30 points of the energy spectrum with simultaneous full angular analysis of the polar angles of emission. Thus, the object of the invention is achieved.

Ранее анализатор предлагаемой геометрии не применялся для анализа потоков заряженных частиц одновременно по энергиям и полярным углам эмиссии. Previously, the analyzer of the proposed geometry was not used to analyze the flows of charged particles simultaneously by the energies and polar angles of emission.

Рассмотрим теперь, как работает предлагаемое устройство. Выберем систему физических единиц, в которой единицей массы является масса частицы из анализируемого потока, а единицей электрического заряда ее заряд. Пусть (r, z, θ цилиндрические координаты, а (ρ,γ,θ) сферические координаты, так что ρ²= r²+z². Тогда электростатический потенциал анализатора будет иметь вид

Очевидно, что при γ = π/2 φ = 0, а при γ, стремящемся к нулю, f стремится к минус бесконечности. Уравнения динамики в цилиндрических координатах

где две точки означают двойное дифференцирование по времени, аналитически не решаются.We now consider how the proposed device works. We choose a system of physical units in which the unit mass is the mass of the particle from the analyzed stream, and its charge is the unit of electric charge. Let (r, z, θ be cylindrical coordinates, and (ρ, γ, θ) be spherical coordinates, so that ρ ² = r ² + z ^2. Then the electrostatic potential of the analyzer will have the form

Obviously, for γ = π / 2 φ = 0, and for γ tending to zero, f tends to minus infinity. The equations of dynamics in cylindrical coordinates

where two points mean double differentiation in time, they are not analytically solved.

Все параметры и характеристики спектрометра определялись на основе анализа траекторий движения частиц в потенциале φ, рассчитанных численно на ЭВМ методом Рунге-Кутта. All parameters and characteristics of the spectrometer were determined on the basis of the analysis of particle motion paths in potential φ calculated numerically on a computer using the Runge-Kutta method.

Пусть анализируемые частицы эмиттируются из одной точки на поверхности образца (фиг. 2) так, что сначала они летят вблизи плоскости, проходящей через эту точку и перпендикулярной сразу и поверхности образца и оси Z (назовем эту плоскость"плоскостью эмиссии"). Азимутальный угол эмиссии v₁ при этом мало отличается от нуля, а азимутальный угловой разброс пучка ΔΦ₁ составляет не более нескольких градусов. Таким образом, осевые траектории пучка на начальных участках, т.е. до влета частиц в область поля, лежат в плоскости эмиссии. Полярный угол эмиссии θ_e с точностью до постоянного слагаемого равен азимутальному углу θ всей цилиндрической системы координат, и пусть в дальнейшем это слагаемое равно нулю, т.е. q_e= θ.Let the analyzed particles be emitted from one point on the surface of the sample (Fig. 2) so that first they fly near a plane passing through this point and immediately perpendicular to both the surface of the sample and the Z axis (we will call this plane the “emission plane”). The azimuthal emission angle v ₁ in this case differs little from zero, and the azimuthal angular spread of the beam ΔΦ ₁ is not more than a few degrees. Thus, the axial trajectories of the beam in the initial sections, i.e. before the particles enter the field, they lie in the emission plane. Up to a constant term, the polar emission angle θ _e is equal to the azimuthal angle θ of the entire cylindrical coordinate system, and let this term be zero in the future, i.e. q _e = θ.

Пусть теперь анализатор настроен таким образом, что через его входную и выходную диафрагму пролетают частицы с энергиями, лежащими внутри диапазона

, и с азимутальными углами эмиссии из диапазона

. Назовем Е_o энергией настройки анализатора, δE его энергетическим диапазоном, а главными осевыми траекториями траектории частиц, у которых начальная энергия эмиссии Е Е_o, а азимутальный угол эмиссии Φ₁= 0. Для частиц с энергиями, отличными от Е_o, будут свои (не главные) осевые траектории, начальные участки которых лежат в плоскости эмиссии. Рассмотрим частицы (например, электроны) с начальной энергией Е_o. Те из них, траектории которых лежат в одной меридиональной плоскости, например, в плоскости фиг. 2, после вылета из области поля анализатора, пролетят в окрестности точки фокусировки первого порядка А. Все частицы, эмиттированные под другим полярным углом θ₁, и траектории которых лежат в другой меридиональной плоскости сечения спектрометра, пролетят вблизи своей точки фокусировки А₁, находящейся на таком же расстоянии от оси Z, как и точка А. Обобщая это рассуждение, можно сказать, что частицы с энергией Е_o будут фокусироваться вблизи линии фокусировки, представляющей собой отрезок окружности, перпендикулярной оси Z и концентричной с ней. Электроны с энергиями Е_o 1/2 δE сфокусируются на своей окружности, большего радиуса и расположенной ближе к началу координат. На фиг. 2, точка В изображает след пересечения этой окружности с плоскостью рисунка. Электроны с энергией Е_o + 1/2 δE сфокусируются на окружности, дающей на фиг. 2, точку С. Множество линий фокусировки образует непрерывную поверхность фокусов, по форме близкую к круговой конической поверхности с углом раствора 2β. На фиг. 2, пересечение поверхности фокусов с плоскостью рисунка дает линию ВАС, близкую к прямой.Now let the analyzer be configured in such a way that particles with energies lying inside the range fly through its input and output apertures

, and with azimuthal emission angles from the range

. We call E _o the analyzer tuning energy, δE its energy range, and the main axial trajectories of the particle paths, with the initial emission energy E E _o and the azimuthal emission angle Φ ₁ = 0. For particles with energies different from E _o , there will be ( not main) axial trajectories, the initial sections of which lie in the emission plane. Consider particles (for example, electrons) with an initial energy E _o . Those of them whose trajectories lie in the same meridional plane, for example, in the plane of FIG. 2, after leaving the analyzer’s field, they will fly in the vicinity of the first-order focus point A. All particles emitted at a different polar angle θ ₁ , and whose trajectories lie in another meridional plane of the spectrometer’s cross-section, will fly near their focus point A ₁ located on the same distance from the Z axis as point A. Summarizing this argument, we can say that particles with energy E _o will be focused near the focus line, which is a segment of a circle perpendicular to the Z axis and concentric with her. Electrons with energies E _o 1/2 δE will focus on their circle, a larger radius and located closer to the origin. In FIG. 2, point B shows the trace of the intersection of this circle with the plane of the figure. Electrons with an energy of E _o + 1/2 δE will focus on the circle giving in FIG. 2, point C. The set of focusing lines forms a continuous surface of foci, similar in shape to a circular conical surface with a 2 angle of solution. In FIG. 2, the intersection of the surface of the foci with the plane of the figure gives the line YOU close to a straight line.

Расположим теперь ПЧД 6 так, чтобы его плоская воспринимающая поверхность была перпендикулярна оси Z, и на этой поверхности находилась точка А. Тогда, как видно из рисунка, вдоль радиуса на плоскости ПЧД будет разложен на составляющие весь спектр анализируемых частиц от Е Е_o 1/2 dЕ до Е

. По азимуту же на детекторе будут распределены частицы, стартовавшие с поверхности образца под разными полярными углами θ. Очевидно, что разрешение анализатора будет различным для разных участков спектра. Наилучшее (наименьшее) разрешение достигается при Е Е_o, так как для энергии настройки размытие изображения точечного источника на поверхности детектора вызвано лишь аберрациями второго порядка по v₁. Аберрационное размытие ничтожно, так как ΔΦ_1/ мал (составляет несколько градусов). По краям спектрального диапазона, при E = E_o±1/2δE, разрешение будет наихудшим, так как размытие изображения Δr определяется в основном не аберрациями, а расстоянием от точки фокусировки до детектора и углом расходимости пучка на выходе. Так, для низкоэнергетического края диапазона Δr_l≃ AB•sin(ΔΦ₂), а для высокоэнергетической границы Δr_h≃ AC•sin(ΔΦ₂). Здесь АВ, АС расстояния между соответствующими точками фокусировки. Если бы угол расходимости пучка на выходе ΔΦ₂ был равен углу расходимости пучка на входе ΔΦ₁ или мало отличался от последнего: ΔΦ₂≃ ΔΦ₁, спектрометр описываемой конструкции было бы нецелесообразно делать. Действительно, поскольку угол β не превышает 15^o, образующая фокальной поверхности почти перпендикулярна плоскости ПЧД, а наилучшие условия работы последнего реализуются в прямо противоположной ситуации, т.е. когда ПЧД и фокальная поверхность параллельны.We now arrange the PSD 6 so that its flat receiving surface is perpendicular to the Z axis, and point A is on this surface. Then, as can be seen from the figure, along the radius on the plane of the PSD, it will be decomposed into the entire spectrum of the analyzed particles from E E _o 1 / 2 dE to E

. In azimuth, on the detector, particles starting from the surface of the sample at different polar angles θ will be distributed. Obviously, the resolution of the analyzer will be different for different parts of the spectrum. The best (lowest) resolution is achieved at E E _o , since for the tuning energy, the blurring of the image of a point source on the detector surface is caused only by second-order aberrations in v ₁ . Aberration blur is negligible, since ΔΦ _{1 /} small (a few degrees). At the edges of the spectral range, at E = E _o ± 1 / 2δE, the resolution will be the worst, since the image blur Δr is determined mainly not by aberrations, but by the distance from the focus point to the detector and the beam divergence angle at the output. So, for the low-energy edge of the range, Δr _l ≃ AB • sin (ΔΦ ₂ ), and for the high-energy boundary, Δr _h ≃ AC • sin (ΔΦ ₂ ). Here AB, AC distance between the corresponding focus points. If the angle of divergence of the beam at the output ΔΦ ₂ was equal to the angle of divergence of the beam at the input ΔΦ ₁ or did not differ much from the latter: ΔΦ ₂ ≃ ΔΦ ₁ , the spectrometer of the described construction would be impractical to do. Indeed, since the angle β does not exceed 15 ^o , the generatrix of the focal surface is almost perpendicular to the PSD plane, and the best working conditions of the latter are realized in the exact opposite situation, i.e. when the PSD and the focal surface are parallel.

Однако потенциал (1) представляет собой однородную функцию ортогональных координат нулевой кратности, и поэтому в нем специфическим образом проявляет себя принцип подобия траекторий, так что пучок, удаляющийся в аксиальной плоскости от начала координат, увеличивается в аксиальном сечении ("распухает"), но в такое же число раз уменьшается и угол его расходимости Dv. Расчеты показывают, что реально в предлагаемом устройстве отношение 4 ≲ ΔΦ₁/ΔΦ₂≲ 5.. Поэтому при азимутальном угловом разбросе эмиттируемых частиц ΔΦ₁ 2-3 градуса, что реализуется, например, в методах фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением, на выходе величина ΔΦ₂ составит всего 0,4-0,75 градуса. Именно по этой причине Δr_h и Δr_l оказываются величинами такого порядка, который обеспечивает разрешающую способность, достаточную для большинства методов электронной и ионной спектроскопии.However, potential (1) is a homogeneous function of orthogonal coordinates of zero multiplicity, and therefore the principle of similarity of trajectories manifests itself in a specific way, so that the beam moving away in the axial plane from the coordinate origin increases in the axial section (“swells”), but in the same number of times decreases and its divergence angle Dv. Calculations show that the ratio 4 ≲ ΔΦ ₁ / ΔΦ ₂ ≲ 5 is real in the proposed device. Therefore, with an azimuthal angular spread of emitted particles, ΔΦ _{1 is} 2-3 degrees, which is realized, for example, in photoelectron spectroscopy methods with angular resolution, the output value ΔΦ ₂ will be only 0.4-0.75 degrees. It is for this reason that Δr _h and Δr _l turn out to be values of such an order that provides a resolution sufficient for most methods of electronic and ion spectroscopy.

В тех методах, где диаметр зондирующего пучка мал и источник эмиссии можно считать точечным, наихудшее по диапазону δE разрушение определяется двумя факторами: аберрационным размытием изображения ξ и величиной Dr_l (или Δr_h, причем последний фактор, как было показано, значительно существеннее. К таким методам относится, например, оже-электронная спектроскопия, где диаметр зондирующего пучка электронов может измеряться нанометрами, в худшем случае, десятками микрон.In those methods where the diameter of the probe beam is small and the emission source can be considered point-wise, the worst-case damage in the range δE is determined by two factors: the aberration image blur ξ and the value Dr _l (or Δr _h , and the last factor, as was shown, is much more significant. Such methods include, for example, Auger electron spectroscopy, where the diameter of the probe electron beam can be measured by nanometers, in the worst case, tens of microns.

В случае точечного источника ни δE, ни ΔE не зависят от абсолютного габаритного размера прибора. Относительное разрешение ΔE/E определяется лишь величиной ΔΦ_l.In the case of a point source, neither δE nor ΔE depend on the absolute overall size of the device. The relative resolution ΔE / E is determined only by ΔΦ _l .

Для того чтобы корректно сравнить с прототипом предлагаемое устройство, необходимо принять во внимание конечный размер источника эмиссии. В прототипе он равен 0,35 мм при базовом размере (расстоянии от источника до изображения) около 100 мм и разрешении

.In order to correctly compare the proposed device with the prototype, it is necessary to take into account the final size of the emission source. In the prototype, it is 0.35 mm with a base size (distance from source to image) of about 100 mm and resolution

.

Как было сказано выше, в предлагаемом спектрометре весь диапазон энергий δE/E составляет несколько процентов. Следовательно, делать такой прибор с ПЧД при разрешении

(то есть таком же, как в прототипе) бессмысленно, так как количество одновременно регистрируемых точек спектра n≃1, и выигрыша в скорости записи спектра по сравнению с прототипом не будет.As mentioned above, in the proposed spectrometer, the entire energy range δE / E is several percent. Therefore, to make such a device with PSD at resolution

(that is, the same as in the prototype) is meaningless, since the number of simultaneously registered points of the spectrum is n≃1, and there will be no gain in the speed of recording the spectrum compared to the prototype.

Согласно расчетам, если диаметр пятна эмиссии в предлагаемом спектрометре равен 0,35 мм, то при базовом размере 700 мм разрешение в различных режимах работы 0,08%

, а

. Соответствующее количество точек спектра 20 ≲ n ≲ 30.. Разрешение прототипа с базовым размером, увеличенным в семь раз, то есть до 700 мм, составит около 0,3% что заметно хуже, чем в предлагаемом приборе. Но наиболее существенное отличие между двумя приборами состоит в том, что в предлагаемом спектрометре можно одновременно регистрировать около 20-30 точек спектра, вместо одной точки в прототипе. Следовательно, скорость регистрации спектра также будет в 20-30 раз выше. Очевидно также, что конструкция предлагаемого прибора значительно проще, чем конструкция прототипа.According to calculations, if the diameter of the emission spot in the proposed spectrometer is 0.35 mm, then with a base size of 700 mm, the resolution in various operating modes is 0.08%

, a

. The corresponding number of spectrum points is 20 ≲ n ≲ 30 .. The resolution of the prototype with the base size increased by seven times, that is, up to 700 mm, will be about 0.3%, which is noticeably worse than in the proposed device. But the most significant difference between the two devices is that in the proposed spectrometer it is possible to simultaneously register about 20-30 points of the spectrum, instead of one point in the prototype. Consequently, the speed of spectrum recording will also be 20-30 times higher. It is also obvious that the design of the proposed device is much simpler than the design of the prototype.

Claims

A charged particle spectrometer consisting of an axisymmetric electrostatic energy analyzer, a flat source of analyzed particles and a flat position-sensitive detector, the energy analyzer consisting of two falling electrodes with an input and output diaphragms and a common axis of symmetry lying in the plane of the particle source and passing through its center, and the receiving plane of the position-sensitive detector is perpendicular to the common axis of symmetry, characterized in that the impinging electrodes have the form a vuh of coaxial circular conical surfaces electrically isolated from each other with a common apex, the input and output diaphragms are cut in the inner electrode so that their boundaries are circular lines of intersection of the surface of the inner electrode with planes perpendicular to the common axis of symmetry of the cones Z, and the input diaphragm is closer to the top of the cones than the exit, the center of the source is between the planes that limit the size of the input diaphragm, the perceiving surface is positionally sensitive ity detector is located farther from the apex of the cones than any of the planes bounding diaphragms dimensions in the direction of these planes of intersection points with the axis Z.