RU2294579C1 - Analyzer of energies of charged particles - Google Patents

Analyzer of energies of charged particles Download PDF

Info

Publication number
RU2294579C1
RU2294579C1 RU2005119721/28A RU2005119721A RU2294579C1 RU 2294579 C1 RU2294579 C1 RU 2294579C1 RU 2005119721/28 A RU2005119721/28 A RU 2005119721/28A RU 2005119721 A RU2005119721 A RU 2005119721A RU 2294579 C1 RU2294579 C1 RU 2294579C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
analyzer
charged particles
energy
energies
particles according
Prior art date
Application number
RU2005119721/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005119721A (en
Inventor
Николай Алексеевич Холин (RU)
Николай Алексеевич Холин
Кай Зигбан (SE)
Кай Зигбан
Василий Дмитриевич Симуткин (RU)
Василий Дмитриевич Симуткин
Original Assignee
Николай Алексеевич Холин
Кай Зигбан
Василий Дмитриевич Симуткин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Алексеевич Холин, Кай Зигбан, Василий Дмитриевич Симуткин filed Critical Николай Алексеевич Холин
Priority to RU2005119721/28A priority Critical patent/RU2294579C1/en
Publication of RU2005119721A publication Critical patent/RU2005119721A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2294579C1 publication Critical patent/RU2294579C1/en

Links

Landscapes

  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: analytical tool-making industry, in particular, analytical systems, in which determining of composition and properties of substances is performed on basis of energetic spectrums of charged particles extracted from aforementioned substances, and may be used for determining composition and properties of materials in various industrial branches and scientific research.
SUBSTANCE: analyzer of charged particles energy contains sample (emitting charged particles), external electrode and internal electrode with two circular slits and detecting system. Axial and radial gradients of energy analyzer field potential are synchronized along movement route of charged particles by setting appropriate configuration of equipotential surfaces of analyzer electrodes.
EFFECT: high resolution of energy analyzer at maximal possible light power.
8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к аналитическим системам, в которых определение состава и свойств веществ осуществляется по энергетическим спектрам заряженных частиц, извлекаемых из этих веществ, и может быть использовано для определения состава и свойств материалов в различных областях промышленности и в научных исследованиях.The invention relates to analytical instrumentation, in particular to analytical systems in which the composition and properties of substances are determined from the energy spectra of charged particles extracted from these substances, and can be used to determine the composition and properties of materials in various industries and in scientific research.

Изобретение относится, прежде всего, к методу и технике электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА), включая электронную Оже спектроскопию (ЭОС). В них мишень, помещенная в вакуум и облучаемая рентгеновским излучением, электронами или ионами, эмиттирует фотоэлектроны, рентгеновское излучение, вторичные электроны, Оже электроны (особый класс вторичных электронов), ионы и упруго отраженные электроны первичного источника электронов. Этот процесс подробно описан в литературе.The invention relates primarily to the method and technique of electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA), including Auger electron spectroscopy (EOS). In them, a target placed in a vacuum and irradiated with X-rays, electrons or ions emits photoelectrons, X-rays, secondary electrons, Auger electrons (a special class of secondary electrons), ions and elastically reflected electrons of the primary electron source. This process is described in detail in the literature.

Заряженные частицы, покидающие образец, разделяют по энергии и регистрируют в виде спектра. Этот энергетический спектр, будучи строго определенным для каждого материала, содержит важную информацию о веществе (см. Зигбан К. и др. Электронная спектроскопия. Пер. с англ. М., Мир, 1971, 493 с.).The charged particles leaving the sample are separated by energy and recorded as a spectrum. This energy spectrum, being strictly defined for each material, contains important information about the substance (see Zigban K. et al. Electron Spectroscopy. Transl. From English. M., Mir, 1971, 493 pp.).

Разделение частиц выполняется с помощью электростатических или электромагнитных энергоанализаторов. Наибольшее распространение получили электростатические анализаторы типа «цилиндрическое зеркало» и «полусферический дефлектор». В электронной спектроскопии с возбуждением рентгеновским или ультрафиолетовым излучением, в которой требуется высокое разрешение, используется, как правило, полусферический дефлектор. В Оже спектроскопии с возбуждением электронным ударом, в которой удовлетворяются умеренным разрешением, обычно используют цилиндрическое зеркало, обеспечивающее более высокую светосилу по сравнению с полусферическим дефлектором.Particle separation is performed using electrostatic or electromagnetic energy analyzers. The most widely used are electrostatic analyzers of the “cylindrical mirror” and “hemispherical deflector” types. In electron spectroscopy with excitation by x-ray or ultraviolet radiation, which requires high resolution, a hemispherical deflector is used, as a rule. Auger spectroscopy with electron impact excitation, which is satisfied with moderate resolution, usually uses a cylindrical mirror, which provides a higher aperture than a hemispherical deflector.

Из светосильных анализаторов известен анализатор заряженных частиц (авт. свид. №1826089, кл. H 01 J 49/44, 1993 г.), в котором пучок анализируемых электронов, исходящий из облучаемой точки образца в виде расходящегося потока, входит в электрическое поле между коаксиальными цилиндрическими электродами и отклоняется полем к общей оси анализатора. Электроны предустановленной узкой полосы энергий, определяемой величиной потенциала внешнего электрода и разрешающей способностью анализатора, фокусируются в заданную точку на оси или в кольцо вокруг нее. Здесь электроны отбирают и детектируют. Изменяя потенциал поля и регистрируя электроны как функцию этого потенциала, получают энергетический спектр электронов. Недостатком известного цилиндрического зеркала является то, что высокая светосила этого анализатора реализуется лишь при малом разрешении. Достигнуть того и другого одновременно невозможно. Любые конструктивные ухищрения, создающие эффект улучшения фокусирующих свойств поля классического цилиндрического зеркала (авт. св. №1711263, кл. H 01 J 49/48, 1992 г.), ведут к уменьшению светосилы.Of fast analyzers, a charged particle analyzer is known (author's certificate No. 1826089, class H 01 J 49/44, 1993), in which a beam of analyzed electrons emanating from the irradiated point of the sample in the form of a diverging stream enters an electric field between coaxial cylindrical electrodes and is deflected by the field to the common axis of the analyzer. The electrons of a predefined narrow energy band, determined by the magnitude of the potential of the external electrode and the resolution of the analyzer, are focused at a given point on the axis or in the ring around it. Here, electrons are selected and detected. By changing the field potential and registering the electrons as a function of this potential, we obtain the energy spectrum of electrons. A disadvantage of the known cylindrical mirror is that the high aperture of this analyzer is realized only at low resolution. It is impossible to achieve both at the same time. Any constructive tricks that create the effect of improving the focusing properties of the field of a classical cylindrical mirror (ed. St. No. 1711263, class H 01 J 49/48, 1992), lead to a decrease in aperture ratio.

В итоге, в электронной спектроскопии анализ обычно выполняется или с целью достижения высокого разрешения, за счет уменьшения светосилы (в конечном итоге, чувствительности), или с целью достижения высокой светосилы (чувствительности), вынужденно лимитируя при этом разрешение. Примером первого типа является полусферический дефлектор, второго типа - цилиндрическое зеркало. Имеется множество других условий при постановке исследований, в том числе простота аналитических систем и другие.As a result, in electron spectroscopy, the analysis is usually performed either with the aim of achieving high resolution, by reducing the aperture (ultimately, sensitivity), or with the aim of achieving a high aperture (sensitivity), forcibly limiting the resolution. An example of the first type is a hemispherical deflector, the second type is a cylindrical mirror. There are many other conditions when setting up research, including the simplicity of analytical systems and others.

Ближайшим из известных по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа аксиально симметричный энергоанализатор с продольно-поперечным полем (патент Швеции №512265, кл. H 01 J 49/40, 1997 г.), включающий в себя образец, источник возбуждения электронов, внутренний и внешний коаксиальные электроды, эквипотенциальные поверхности которых имеют заданную форму, при этом на внешний электрод подается отрицательное (положительное) напряжение относительно внутреннего электрода для анализа отрицательно (положительно) заряженных частиц, внутренний электрод имеет по крайней мере два кольцевых отверстия, одно из которых предназначено для приема поступающих заряженных частиц совокупных энергий, а другое служит для приема заряженных частиц, выделенных в полевом пространстве анализатора и сфокусированных в точечный фокус на его оси.The closest known from the technical essence and the achieved result is a prototype axially symmetric energy analyzer with a longitudinally transverse field (Swedish patent No. 5121265, class H 01 J 49/40, 1997), including a sample, an electron excitation source , the internal and external coaxial electrodes, the equipotential surfaces of which have a given shape, while a negative (positive) voltage is applied to the external electrode relative to the internal electrode for analysis (positive nd) charged particles, the inner electrode has at least two annular openings, one of which is designed to receive incoming charged particles of total energy, and the other serves to receive charged particles extracted in the analyzer's field space and focused into a point focus on its axis.

Недостатком прототипа является то, что полевая структура, формируемая между коаксиальными эквипотенциальными поверхностями внутреннего и внешнего электродов, не доведена до полного согласования ее аксиального и радиального градиентов потенциала на всей длине траекторий разделяемых частиц в ней в силу аналитических проблем. Параметры этого анализатора безусловно существенно выше по сравнению с классическим зеркалом, но они ограничены сдерживающей природой полевой структуры, хотя и предоставляют возможность увеличения энергоанализирующих свойств электронно-оптической системы путем каскадирования. Задачей предлагаемого изобретения является достижение высокого разрешения энергоанализатора при его экстремально большой светосиле путем использования новой полевой структуры, допускающей оптимальное согласование аксиального и радиального градиентов потенциала и обеспечение наилучших дисперсионных и фокусирующих свойств этой структуры на всем активном пути действия поля на разделяемые заряженные частицы.The disadvantage of the prototype is that the field structure formed between the coaxial equipotential surfaces of the internal and external electrodes is not brought to the full agreement of its axial and radial potential gradients along the entire length of the trajectories of the separated particles in it due to analytical problems. The parameters of this analyzer are certainly significantly higher compared to the classical mirror, but they are limited by the restraining nature of the field structure, although they provide the opportunity to increase the energy-analyzing properties of the electron-optical system by cascading. The objective of the invention is to achieve high resolution of the energy analyzer with its extremely large aperture by using a new field structure that allows optimal coordination of the axial and radial potential gradients and ensuring the best dispersion and focusing properties of this structure along the entire active path of the field to the separated charged particles.

Указанная задача решается за счет того, что в анализаторе энергий заряженных частиц, содержащем источник облучения исследуемого образца электронами или ионами, рентгеновским, лазерным или ультрафиолетовым излучением, индуцирующий заряженные частицы, в том числе и электроны, внешний электрод, с отрицательным потенциалом по отношению к внутреннему электроду в случае анализа отрицательно заряженных частиц и, наоборот, с положительным потенциалом в случае анализа положительно заряженных частиц, внутренний электрод, имеющий по крайней мере две кольцевые щели, коаксиальные оси вращения, одна из которых служит для входа заряженных частиц, вторая - для выхода выделенного энергетического диапазона, детектирующую систему, размещенную коаксиально оси симметрии анализатора, приемная часть которой совмещена с выходной фокальной областью анализатора, наружный и внутренний электроды выполнены в виде экспоненциально сближающихся на входе и выходе энергоанализатора поверхностей, описываемых в цилиндрической системе координат следующими полиномиальными уравнениями соответственно:This problem is solved due to the fact that in the analyzer of energies of charged particles containing a source of irradiation of the test sample with electrons or ions, x-ray, laser or ultraviolet radiation, inducing charged particles, including electrons, an external electrode with a negative potential with respect to the internal electrode in the case of analysis of negatively charged particles and, conversely, with a positive potential in the case of analysis of positively charged particles, an internal electrode having at least e two annular slots, coaxial axis of rotation, one of which serves for the entrance of charged particles, the second for the output of the selected energy range, a detection system placed coaxially with the axis of symmetry of the analyzer, the receiving part of which is aligned with the output focal region of the analyzer, the outer and inner electrodes in the form of surfaces exponentially approaching at the input and output of the energy analyzer, described in the cylindrical coordinate system by the following polynomial equations NGOs:

R=К{[1.081686(1±Δ)]·10-7×Z4-[3.9129499(1±Δ)]·10-5×Z3-[4.2226163(1±Δ)]·10-4×Z2[0.7764979(1±Δ)]×Z+[37.2344916(1±Δ)]} (Кривая АВ, чертеж) иR = K {[1.081686 (1 ± Δ)] · 10 -7 × Z 4 - [3.9129499 (1 ± Δ)] · 10 -5 × Z 3 - [4.2226163 (1 ± Δ)] · 10 -4 × Z 2 [0.7764979 (1 ± Δ)] × Z + [37.2344916 (1 ± Δ)]} (Curve AB, drawing) and

R=К{[-6.2172034(1±Δ)]·10-14×Z7+[1.6187509(1±Δ)]·10-11×Z6+[3.0763282(1±Δ)]·10-9×Z5-[1.4578343(1±Δ)]·10-6×Z4+[1.7090891(1±Δ)]·10-4×Z3-[0.92083553(1±Δ)]·10-2×Z2+[0.462323(1±Δ)]×Z+[20.9643972(1±Δ)]} (Кривая HG, чертеж),R = K {[- 6.2172034 (1 ± Δ)] · 10 -14 × Z 7 + [1.6187509 (1 ± Δ)] · 10 -11 × Z 6 + [3.0763282 (1 ± Δ)] · 10 -9 × Z 5 - [1.4578343 (1 ± Δ)] · 10 -6 × Z 4 + [1.7090891 (1 ± Δ)] · 10 -4 × Z 3 - [0.92083553 (1 ± Δ)] · 10 -2 × Z 2 + [0.462323 (1 ± Δ)] × Z + [20.9643972 (1 ± Δ)]} (HG curve, drawing),

где R - расстояние от оси вращения Z, Z - координата по оси вращения, за начало отсчета (0,0) принято положение источника анализируемых заряженных частиц (размеры приняты в метрической системе единиц, а именно в мм), К - масштабный коэффициент, определяющий габаритные размеры анализатора, Δ - допуск профильных поверхностей анализатора, определяющий достижимые параметры анализатора.where R is the distance from the rotation axis Z, Z is the coordinate along the rotation axis, the origin of the analyzed charged particles is taken as the reference point (0,0) (dimensions are taken in the metric system of units, namely in mm), K is the scale factor determining overall dimensions of the analyzer, Δ is the tolerance of the analyzer profile surfaces, which determines the attainable parameters of the analyzer.

Кроме того, в заявляемом анализаторе местоположение левой кромки входной кольцевой щели определяется координатами Z=К×8.850, R=К×25.125, правой кромки выходной кольцевой щели определяется координатами Z=К×182.700, R=К×24.450.In addition, in the inventive analyzer, the location of the left edge of the input annular gap is determined by the coordinates Z = K × 8.850, R = K × 25.125, the right edge of the output annular gap is determined by the coordinates Z = K × 182.700, R = K × 24.450.

Кроме того, в анализаторе краевое поле в торцевых областях анализатора подавляется путем использования одинаковых кольцевых разрывов между внешним и внутренним электродами с координатами Z=К×6.350, Z=К×190.850 для переднего и заднего торцев соответственно, а по R=К×30.000 и R=К×31.750 для обоих торцев, внутренний; электрод пересекается с передней торцевой поверхностью в координатах Z=К×6.350, R=К×24.000 и с задней торцевой поверхностью в координатах Z=К×190.850, R=К×22.000.In addition, in the analyzer, the edge field in the end regions of the analyzer is suppressed by using the same annular discontinuities between the outer and inner electrodes with coordinates Z = K × 6.350, Z = K × 190.850 for the front and rear ends, respectively, and for R = K × 30.000 and R = K × 31.750 for both ends, inner; the electrode intersects with the front end surface in coordinates Z = K × 6.350, R = K × 24.000 and with the rear end surface in coordinates Z = K × 190.850, R = K × 22.000.

Кроме того, в заявляемом анализаторе входная и выходная кольцевые щели закрыты продольно натянутыми проволочками, образуя сетку высокой прозрачности вдоль полеобразующих конических поверхностей электрода, а масштабный коэффициент изменяется в пределах 0<К<5; 0≤Δ≤0.1 (при К=1, Δ=0 диаметр анализатора равен 165 мм, длина равна 184.5 мм).In addition, in the inventive analyzer, the input and output ring slots are closed by longitudinally stretched wires, forming a high transparency grid along the field-forming conical surfaces of the electrode, and the scale factor varies in the range 0 <K <5; 0≤Δ≤0.1 (at K = 1, Δ = 0, the diameter of the analyzer is 165 mm, the length is 184.5 mm).

В качестве детектора в анализаторе используется каналотрон, устройство с многоканальными пластинами или любой другой умножитель, входная апертура которых совпадает с выходным фокусом анализатора.The analyzer uses a channelotron, a device with multi-channel plates, or any other multiplier, the input aperture of which coincides with the output focus of the analyzer.

Кроме того, установив два или более электростатических аксиально симметричных энергоанализатора друг за другом, можно получить n-каскадную систему энергоанализа, где n - число каскадов.In addition, by installing two or more electrostatic axially symmetric energy analyzers one after another, you can get an n-cascade energy analysis system, where n is the number of cascades.

Изобретение обеспечивает получение высокого разрешения при экстремально большой светосиле энергоанализирующей системы. Новый анализатор превосходит по разрешению наиболее высокоразрешающий полусферический дефлектор и по светосиле наиболее светосильный анализатор цилиндрическое зеркало, объединяя в себе и превосходя их наивысшие качества. Его параметры также существенно выше параметров прототипа.The invention provides high resolution with an extremely large aperture of the energy-analyzing system. The new analyzer surpasses in resolution the most high-resolution hemispherical deflector and the fastest analyzer in its aperture ratio, the cylindrical mirror, combining and exceeding their highest qualities. Its parameters are also significantly higher than the parameters of the prototype.

Он основан на электростатической аксиально симметричной полевой структуре. Уравнения эквипотенциальных поверхностей этого поля находятся из условия получения наивысшего разрешения и качества фокусировки при максимальном угле расходимости входящего пучка.It is based on an electrostatic axially symmetric field structure. The equations of equipotential surfaces of this field are found from the condition of obtaining the highest resolution and focusing quality at the maximum divergence angle of the incoming beam.

Это достигается путем добавления к радиальному градиенту потенциала полевой структуры цилиндрического зеркала аксиального градиента потенциала и строгого согласования их соотношений между собой вдоль всей длины полевой структуры анализатора за счет соответствующего формирования полеобразующих поверхностей внутреннего и внешнего электродов анализатора. Соотношение радиального и аксиального градиентов-потенциала такого поля не является константой, а проходит через минимальные значения во входной и выходной областях анализатора и через экстремум в средней части анализатора. Поэтому анализатор приобретает форму, подобную вытянутому эллипсоиду вращения, что позволяет относительно легко решить проблему защиты анализатора от краевых полей.This is achieved by adding an axial potential gradient to the radial gradient of the field structure potential of the cylindrical mirror and strictly coordinating their relationships along the entire length of the analyzer field structure due to the corresponding formation of field-forming surfaces of the analyzer's internal and external electrodes. The ratio of the radial and axial gradient-potential of such a field is not constant, but passes through the minimum values in the input and output regions of the analyzer and through the extremum in the middle part of the analyzer. Therefore, the analyzer takes on a shape similar to an elongated ellipsoid of revolution, which makes it relatively easy to solve the problem of protecting the analyzer from edge fields.

Важным достоинством изобретения является наличие свободного пространства между образцом и анализатором и, таким образом, возможность выбора оптимального положения источников возбуждения исследуемых образцов.An important advantage of the invention is the presence of free space between the sample and the analyzer and, thus, the possibility of choosing the optimal position of the sources of excitation of the studied samples.

Следует особенно отметить, что для проведения исследований энергетического распределения заряженных частиц необходим и достаточен однокаскадный анализатор без каких бы то ни было дополнительных электронно-оптических устройств на входе. В то же время введение, например, инжекционной системы заряженных частиц еще более расширяет дополнительные возможности энергоанализатора.It should be especially noted that to conduct studies of the energy distribution of charged particles, a one-stage analyzer is necessary and sufficient without any additional electron-optical input devices. At the same time, the introduction of, for example, an injection system of charged particles further expands the additional capabilities of the energy analyzer.

Анализатор отличается исключительной простотой конструкции. При необходимости он легко превращаться в многокаскадный многофункциональный инструмент исследований.The analyzer is extremely simple in design. If necessary, it is easy to turn into a multi-stage multifunctional research tool.

Энергоанализирующая система и траектории движения заряженных частиц в ней показаны схематически на чертеже. Анализатор состоит из внешнего электрода 1, внутреннего электрода 2, мишени 3, траектории электронов 4, фокусирующихся в точке 5.The energy-analyzing system and the trajectories of charged particles in it are shown schematically in the drawing. The analyzer consists of an external electrode 1, an internal electrode 2, a target 3, a path of electrons 4 focusing at point 5.

Энергоанализатор представляет собой новый тип анализатора, который хотя и имеет аксиальную симметрию, подобную анализатору цилиндрическое зеркало (АЦЗ), но существенно отличается от АЦЗ наличием неоднородного поля вдоль оси симметрии. Анализатор образуется коаксиальными эквипотенциальными поверхностями, одна из которых представляет собой внешний электрод 1, вторая - внутренний электрод 2. К внешнему электроду приложено напряжение (отрицательной полярности в случае анализа электронов), регулируемое по величине в процессе развертки спектров. Внутренний электрод при этом находится, как правило, под потенциалом земли. Электроны всех совокупных энергий, исходящие из мишени 3 исследуемого образца с широким углом расходимости, поступают в полеобразующее пространство между эквипотенциальными поверхностями и отклоняются в полевом пространстве к оси Z на тот или иной угол в соответствии с величиной их энергий. Электроны, отвечающие полосе пропускания энергоанализатора, траектории 4 которых показаны на чертеже, выделяются и фокусируются в точке 5 на оси Z.The energy analyzer is a new type of analyzer, which although it has axial symmetry, similar to a cylindrical mirror analyzer (ACL), but differs significantly from the ACZ by the presence of an inhomogeneous field along the axis of symmetry. The analyzer is formed by coaxial equipotential surfaces, one of which is an external electrode 1, the second is an internal electrode 2. A voltage is applied to the external electrode (negative polarity in the case of electron analysis), which is adjustable in magnitude during the scanning of spectra. In this case, the internal electrode is, as a rule, under the ground potential. Electrons of all combined energies emanating from target 3 of the sample under study with a wide divergence angle enter the field-forming space between equipotential surfaces and deviate in the field space to the Z axis by one angle or another in accordance with their energies. Electrons corresponding to the pass band of the energy analyzer, the paths 4 of which are shown in the drawing, are emitted and focused at point 5 on the Z axis.

Полевая структура, формируемая между этими коаксиальными эквипотенциалями, обладает существенно более высокими дисперсионными и фокусирующими свойствами по сравнению с таковыми анализатора цилиндрическое зеркало, а также с аксиально-симметричным анализатором с продольно-поперечным полем, предложенным в прототипе.The field structure formed between these coaxial equipotentials has significantly higher dispersion and focusing properties compared to those of the analyzer, a cylindrical mirror, and also with an axially symmetric analyzer with a longitudinally transverse field, proposed in the prototype.

Относительное разрешение предлагаемого анализатора находится на уровне ΔЕ/Е=0.05% (по основанию!). Относительное разрешение по полувысоте (в соответствии с принятым правилом определения разрешения в мировой практике) ΔЕ/Е=0.025%. То есть новый анализатор превосходит по разрешению самый высоко разрешающий полусферический анализатор по крайней мере вдвое, цилиндрическое зеркало - по меньшей мере в десять раз, а по светосиле превосходит наиболее светосильный анализатор цилиндрическое зеркало по крайней мере в три раза, а полусферический дефлектор более чем в тридцать раз.The relative resolution of the proposed analyzer is at the level ΔЕ / Е = 0.05% (based!). Relative resolution at half maximum (in accordance with the accepted rule for determining resolution in world practice) ΔЕ / Е = 0.025%. That is, the new analyzer is at least twice the resolution of the highest resolution hemispherical analyzer, at least ten times the cylindrical mirror, and the cylindrical mirror is at least three times the fastest analyzer, and the hemispherical deflector is more than thirty times the resolution. time.

Claims (8)

1. Анализатор энергий заряженных частиц, содержащий источник облучения исследуемого образца электронами или ионами, рентгеновским, лазерным или ультрафиолетовым излучением, индуцирующий заряженные частицы, в том числе и электроны, внешний электрод, с отрицательным потенциалом по отношению к внутреннему электроду в случае анализа отрицательно заряженных частиц и наоборот, с положительным потенциалом в случае анализа положительно заряженных частиц, внутренний электрод, имеющий по крайней мере две кольцевых щели, коаксиальных оси вращения, одна из которых служит для входа заряженных частиц, вторая - для выхода выделенного энергетического диапазона, детектирующей системы, размещенной коаксиально оси симметрии анализатора, приемная часть которой совмещена с выходной фокальной областью анализатора, отличающийся тем, что наружный и внутренний электроды выполнены в виде экспоненциально сближающихся на входе и выходе энергоанализатора поверхностей, описываемых в цилиндрической системе координат следующими полиномиальными уравнениями соответственно:1. An energy analyzer of charged particles, containing a source of irradiation of the test sample with electrons or ions, x-ray, laser or ultraviolet radiation, inducing charged particles, including electrons, an external electrode with a negative potential with respect to the internal electrode in the case of analysis of negatively charged particles and vice versa, with a positive potential in the case of analysis of positively charged particles, an internal electrode having at least two annular slots coaxial to the axis of rotation one of which serves for the entrance of charged particles, the second for the output of the selected energy range, a detecting system placed coaxially with the axis of symmetry of the analyzer, the receiving part of which is aligned with the output focal region of the analyzer, characterized in that the outer and inner electrodes are made exponentially surfaces approaching at the input and output of the energy analyzer described in the cylindrical coordinate system by the following polynomial equations, respectively: R=K{[1,081686(1±Δ)]·10-7·Z4-[3,9129499(1±Δ)]·10-5·Z3-[4,2226163(1±Δ)]·10-4·Z2+[0,7764979(1±Δ)]·Z+[37,2344916(1±Δ)]}R = K {[1,081686 (1 ± Δ)] · 10 -7 · Z 4 - [3,9129499 (1 ± Δ)] · 10 -5 · Z 3 - [4,2226163 (1 ± Δ)] · 10 -4 · Z 2 + [0.7764979 (1 ± Δ)] · Z + [37.2344916 (1 ± Δ)]} R=K{[-6,2172034(1±Δ)]·10-14·Z7+[1,6187509(1±Δ)]·10-11·Z6+[3,0763282(1±Δ)]·10-9·Z5-[1,4578343(1±Δ)]·10-6·Z4+[1,7090891(1±Δ)]·10-4·Z3-[0,92083553(1±Δ)]·10-2·Z2+[0,462323(1±Δ)]·Z+[20,9643972(1±Δ)]},R = K {[- 6.2172034 (1 ± Δ)] · 10 -14 · Z 7 + [1.6187509 (1 ± Δ)] · 10 -11 · Z 6 + [3.0763282 (1 ± Δ) ] · 10 -9 · Z 5 - [1.4578343 (1 ± Δ)] · 10 -6 · Z 4 + [1.7090891 (1 ± Δ)] · 10 -4 · Z 3 - [0.92083553 ( 1 ± Δ)] · 10 -2 · Z 2 + [0.462323 (1 ± Δ)] · Z + [20.9643972 (1 ± Δ)]}, где R - расстояние от оси вращения Z;where R is the distance from the axis of rotation Z; Z - координата по оси вращения,Z - coordinate along the axis of rotation, за начало отсчета (0,0) принято положение источника анализируемых заряженных частиц (размеры приняты в метрической системе единиц, а именно, в мм),the reference point (0,0) is the position of the source of the analyzed charged particles (dimensions are taken in the metric system of units, namely, in mm), К - масштабный коэффициент, определяющий размеры анализатора;K is a scale factor that determines the size of the analyzer; Δ - допуск профильных поверхностей анализатора.Δ is the tolerance of the analyzer profile surfaces. 2. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем два или более электростатических аксиально симметричных энергоанализатора установлены друг за другом, образуя n - каскадную систему энергоанализа, где n-число каскадов.2. The energy analyzer of charged particles according to claim 1, characterized in that in it two or more electrostatic axially symmetric energy analyzers are installed one after another, forming an n - cascade energy analysis system, where n is the number of cascades. 3. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем положение левой кромки входной кольцевой щели определяется координатами Z=K·8,850, R=K·25,125, положение правой кромки выходной кольцевой щели определяется координатами Z=K·182,700, R=K·24,450.3. The analyzer of energies of charged particles according to claim 1, characterized in that in it the position of the left edge of the input annular gap is determined by the coordinates Z = K · 8,850, R = K · 25,125, the position of the right edge of the output annular gap is determined by the coordinates Z = K · 182,700 R = K24.450. 4. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем краевое поле в торцевых областях анализатора подавляется путем использования одинаковых кольцевых разрывов между внешним и внутренним электродами с координатами Z=K·6,350, Z=K·190,850 для переднего и заднего торцов соответственно, а по R=K·30,000 и R=K·31,750 для обоих торцов, внутренний электрод пересекается с передней торцевой поверхностью в координатах Z=K·6,350, R=K·24,000 и с задней торцевой поверхностью в координатах Z=K·190,850, R=K·22,000.4. The analyzer of energies of charged particles according to claim 1, characterized in that in it the edge field in the end regions of the analyzer is suppressed by using the same annular discontinuities between the external and internal electrodes with coordinates Z = K · 6,350, Z = K · 190,850 for the front and the rear ends, respectively, and for R = K · 30,000 and R = K · 31,750 for both ends, the inner electrode intersects with the front end surface in coordinates Z = K · 6,350, R = K · 24,000 and with the rear end surface in coordinates Z = K 190.850, R = K 22.000. 5. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем входная и выходная кольцевые щели закрыты продольно натянутыми проволочками, образуя сетку высокой прозрачности вдоль полеобразующих конических поверхностей электрода.5. The energy analyzer of charged particles according to claim 1, characterized in that in it the input and output ring slots are closed by longitudinally stretched wires, forming a high transparency grid along the field-forming conical surfaces of the electrode. 6. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем масштабный коэффициент изменяется в пределах 0<К<5; 0≤Δ≤0,1 (при К=1, Δ=0 диаметр анализатора равен 165 мм, длина равна 184,5 мм).6. The analyzer of energies of charged particles according to claim 1, characterized in that in it the scale factor varies in the range 0 <K <5; 0≤Δ≤0.1 (at K = 1, Δ = 0, the diameter of the analyzer is 165 mm, the length is 184.5 mm). 7. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем в качестве детектора используется каналотрон или любой другой одноканальный умножитель, входная апертура которого совпадает с выходным фокусом анализатора.7. The analyzer of energies of charged particles according to claim 1, characterized in that it uses a channelotron or any other single-channel multiplier, the input aperture of which coincides with the output focus of the analyzer as a detector. 8. Анализатор энергий заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что в нем в качестве детектора используется устройство с многоканальными пластинами.8. The analyzer of energies of charged particles according to claim 1, characterized in that it uses a device with multi-channel plates as a detector.
RU2005119721/28A 2005-06-17 2005-06-17 Analyzer of energies of charged particles RU2294579C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119721/28A RU2294579C1 (en) 2005-06-17 2005-06-17 Analyzer of energies of charged particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005119721/28A RU2294579C1 (en) 2005-06-17 2005-06-17 Analyzer of energies of charged particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005119721A RU2005119721A (en) 2006-12-27
RU2294579C1 true RU2294579C1 (en) 2007-02-27

Family

ID=37759520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005119721/28A RU2294579C1 (en) 2005-06-17 2005-06-17 Analyzer of energies of charged particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2294579C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009053666A3 (en) * 2007-10-24 2009-07-30 Shimadzu Res Lab Europe Ltd Charged particle energy analysers
RU205154U1 (en) * 2020-12-03 2021-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2338295C1 (en) * 2007-01-30 2008-11-10 ЗАО "Торгово-промышленая компания "Удмуртия" Electronic magnet spectrometer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009053666A3 (en) * 2007-10-24 2009-07-30 Shimadzu Res Lab Europe Ltd Charged particle energy analysers
US8373122B2 (en) 2007-10-24 2013-02-12 Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd Spheroidal charged particle energy analysers
RU205154U1 (en) * 2020-12-03 2021-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005119721A (en) 2006-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7141800B2 (en) Non-dispersive charged particle energy analyzer
JP6254612B2 (en) Mass spectrometer with optimized magnetic shunt
CN112305002A (en) Spectroscopy and imaging system
AU2014204935B2 (en) Mass spectrometer with improved magnetic sector
RU2294579C1 (en) Analyzer of energies of charged particles
AU2017220662B2 (en) Extraction system for charged secondary particles for use in a mass spectrometer or other charged particle device
US8373122B2 (en) Spheroidal charged particle energy analysers
Lower et al. Invited Article: An improved double-toroidal spectrometer for gas phase (e, 2e) studies
RU87565U1 (en) PHOTOEMISSION ELECTRON SPECTROMETER
RU2431214C1 (en) Method of analysing charged particles based on mass and device for realising said method
RU176329U1 (en) ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
US6818887B2 (en) Reflector for a time-of-flight mass spectrometer
DK144898B (en) IONOPTICAL APPARATUS FOR THE EXAMINATION OF A SAMPLE SURFACE ION PROTECTION AND ANALYSIS OF THE EMISSIONS OF THE PROTECTED SURFACE AREAS
Belov et al. High-resolution energy analyzer for photoelectron diffraction studies
US4128763A (en) Energy analyzer for charged particles
Moore B1. 6 Electron-impact spectroscopy
RU2490749C1 (en) Iso-trajectory mass spectrometer
RU93581U1 (en) MONOCHROMATOR FOR ELECTRONS WITH LOW ENERGY
Grzelakowski Electron optical aspects of the dual-emission electron spectromicroscope
RU2490750C1 (en) Electrostatic charged particle energy analyser
TURNER Organlo" Chemistry-Laboratories, Imperial College, London, England.
Raether Different electron energy loss spectrometers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080618