RU2490620C1 - Электростатический энергоанализатор заряженных частиц - Google Patents
Электростатический энергоанализатор заряженных частиц Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490620C1 RU2490620C1 RU2011152795/28A RU2011152795A RU2490620C1 RU 2490620 C1 RU2490620 C1 RU 2490620C1 RU 2011152795/28 A RU2011152795/28 A RU 2011152795/28A RU 2011152795 A RU2011152795 A RU 2011152795A RU 2490620 C1 RU2490620 C1 RU 2490620C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rings
- cylindrical electrode
- electrode
- cylindrical
- analyzer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и внешний цилиндрические электроды; экранирующий электрод, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом, внутренние и внешние корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой входную и выходную кольцевые прорези (окна) для пролета вторичных электронов, исследуемый образец, встроенную электронную пушку для формирования сфокусированного потока первичных электронов, выходную дырочную диафрагму, приемник электронов, блок развертки потенциала внешнего цилиндрического электрода, делитель напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам, причем размещенные ближе к входному окну корректирующие кольца имеют коническую форму, а корректирующие кольца, размещенные ближе к выходному окну, являются дисками с отверстиями, при этом система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°. Технический результат - повышение энергетического разрешения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной электроники методом электронной оже-спектроскопии.
Для обнаружения заряженных частиц с характеристическими энергиями необходимо выделять частицы, находящиеся в узком интервале энергий ΔЕ, для чего используют устройства, называемые энергоанализаторами. Абсолютное ΔE и относительное R=ΔE/Eo энергетическое разрешение анализатора зеркального типа определяется величиной дисперсии (отклоняющей силы поля) и качеством угловой фокусировки потока анализируемых частиц, где E0 - энергия настройки анализатора. Качество фокусировки математически выражается порядком N фокусировки - количеством N нулевых слагаемых в разложении в ряд Тейлора координаты частицы в фокальной плоскости по начальному углу движения.
Одним из наиболее используемых в оже-спектроскопии энергоанализаторов является цилиндрический зеркальный анализатор (ЦЗА). В приближении бесконечно длинных цилиндров ЦЗА обеспечивает угловую фокусировку второго порядка (N=2) вблизи центрального угла 40° [1].
В реальных устройствах с цилиндрами конечных размеров применяют различные способы борьбы с краевыми искажениями электрического поля.
Известен цилиндрический зеркальный анализатор [2] с нанесенными концентрическими металлическими кольцами на изолирующих подложках, размещаемых между внутренним и внешним цилиндрическими электродами анализатора с обоих его торцов. Выравнивание краевого поля осуществляется подачей соответствующих потенциалов на металлические кольца через внутренний делитель напряжения, представляющий собой резистивную дорожку, напыленную по радиусу каждой подложки и имеющую омический контакт со всеми кольцами.
К недостаткам известного устройства относятся технологические сложности напыления концентрических колец с требуемой точностью и подгонки сопротивления резистивной дорожки, что является причиной ограничения предельно возможных (в случае идеального поля цилиндрического конденсатора) значений энергетического разрешения.
Наиболее близким к предлагаемому является электростатический энергоанализатор [3] типа цилиндрическое зеркало, содержащий коаксиально расположенные внешний и внутренний цилиндрические электроды, с выполненными во внутреннем цилиндрическом электроде и затянутыми мелкоструктурной металлической сеткой прорезями для пролета электронов, систему защиты от краевых эффектов, состоящую из изготовленных с высокой точностью чередующихся керамических и металлических корректирующих колец, приемник частиц на основе вторичного электронного умножителя с размещенной перед ним кольцевой или дырочной диафрагмой и блок развертки потенциала, подключенный к цилиндрическим электродам анализатора и через внешний делитель напряжения к металлическим корректирующим кольцам. Анализатор с тремя и более парами корректирующих колец обеспечивает угловую фокусировку второго порядка вблизи центрального угла 40°.
Регистрация коллектором вторичных частиц, возбужденных с поверхности исследуемого объекта первичными электронами и имеющих определенную кинетическую энергию, достигается размещением в точке фокуса кольцевой или дырочной диафрагмы и подачей на внешний цилиндрический электрод отклоняющего потенциала.
К недостаткам известного устройства относится невысокий второй порядок угловой фокусировки, что является ограничением снизу величины достигаемого энергетического разрешения R=ΔE/Eo, в частности, R~1.14% при светосиле (телесном угле сбора вторичных электронов) Ω/4π~7%.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в улучшении основного эксплуатационного параметра анализаторов - энергетического разрешения.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого анализатора.
Решение указанной задачи достигается тем, что электростатический энергоанализатор потока заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические электроды, экранирующий электрод 3, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом 1, внутренние 4 и внешние 5 корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов 1 и 2, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода 1 и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой входную 6 и выходную 7 кольцевые прорези (окна) для пролета потока вторичных электронов 8, исследуемый образец 9, встроенную электронную пушку 10 для формирования сфокусированного потока первичных электронов 11, выходную дырочную диафрагму 12, приемник электронов 13, блок развертки 14 потенциала Vb внешнего цилиндрического электрода 2; делитель 15 напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам 4 и 5, причем, размещенные ближе к входному окну 6 корректирующие кольца 4 и 5 имеют коническую форму с углом наклона, образующей конуса приблизительно 55°, а корректирующие кольца 4 и 5, размещенные ближе к выходному окну 7, являются дисками с отверстиями. При этом система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец 4 и 5 с потенциалами 0.33Vb на паре внутренних 4 и 0.67Vb на паре внешних 5 корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°, что позволяет приблизительно в 10 раз уменьшить величину апертуры выходной диафрагмы по сравнению со стандартным режимом фокусировки второго порядка и, тем самым, улучшить почти на порядок энергетическое разрешение R устройства без уменьшения его светосилы Ω/4π.
На фиг. 2 представлены функции пропускания по энергии (аппаратные функции) прототипа (а) и предлагаемого анализатора (б).
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый образец 9 облучается потоком первичных электронов 11, в результате чего образец 9 испускает поток вторичных электронов 8, который преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии E0 между образцом 9 и внутренним цилиндрическим электродом 1 энергоанализатора, через входное окно 6 в цилиндрическом электроде 1, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, попадает в отклоняющее и фокусирующее электростатическое поле, созданное отрицательным потенциалом Vb на внешнем цилиндрическом электроде 2 и отрицательными потенциалами 0.33Vb на внутренних 4 и 0.67Vb на внешних 5 корректирующих кольцах. Электронный поток 8 отклоняется в направлении внутреннего цилиндрического электрода 1 и выходит через выходное окно 7, затянутое мелкоструктурной металлической сеткой, из области градиента электростатического поля. Сфокусированный поток электронов 8, имеющих энергию E0, проходит через дырочную диафрагму 12 и попадает на приемник 13 электронов.
Цилиндрический электрод 1 и экранирующий электрод 3 анализатора, а также образец 9 заземлены. Экранирующий электрод 3 играет роль электростатического и магнитного экрана.
Электростатический анализатор имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход приемника 13 электронов попадают вторичные электроны 8, энергия которых лежит в определенной полосе ΔE с центром в E0. Меняя отклоняющий потенциал Vb можно снять весь энергетический спектр электронов, испускаемых образцом 9.
В регистрирующем устройстве (не показано), соединенным с приемником, энергетический спектр анализируется по энергии, в результате чего выявляются энергетические пики оже-электронов, по которым можно судить об элементном составе поверхности образца.
При внешнем радиусе экранирующего электрода 3, равном 29 мм, длина устройства составляет 56 мм, радиус внутреннего цилиндрического электрода 1 составляет 10 мм, радиус внешнего цилиндрического электрода 2 составляет 25 мм, расстояние от электронной пушки до образца - 6 мм. Отношение потенциала Vb к энергии электронов Е0 примерно равно 1.43, внутренний радиус внутренних корректирующих колец 4 равен 12.27 мм, их внешний радиус - 15.5 мм, внутренний радиус внешних корректирующих колец 5 равен 16.5 мм, их внешний радиус - 21.54 мм, величина изолирующего промежутка между корректирующими кольцами 4 и 5, а также между внутренним цилиндрическим электродом 1 и внутренними 4 корректирующими кольцами и, в свою очередь, между внешним цилиндрическим электродом 2 и внешними 5 корректирующими кольцами составляет приблизительно 1 мм; причем, размещенные ближе к входному окну 6 корректирующие кольца 4 и 5 имеют коническую форму с углом наклона образующей конуса приблизительно 55°, а корректирующие кольца 4 и 5, размещенные ближе к выходному окну 7, являются дисками с отверстиями, радиус отверстия выходной диафрагмы 12-0.04 мм.
Анализатор обеспечивает угловую фокусировку четвертого порядка типа «ось-ось». При светосиле Ω/4π=7% энергетическое разрешение энергоанализатора R=0.1%, т.е. в десять раз лучше, чем у прототипа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зашквара В.В., Корсунский М.И., Космачев О.С. Фокусирующие свойства электростатического зеркала с цилиндрическим полем // ЖТФ. - 1966. - Т.36, вып.1. - С.132-138.
2. Рэндфроу, Фишбек. Влияние краевого поля на фокусировку электростатического анализатора типа цилиндрического зеркала // ПНИ. - 1975. - Т.46, №5. - С.17-132.
3. Энергетический анализатор для электронной оже-спектроскопии и спектроскопии обратнорассеянных ионов низких энергий / Волков С.С., Горелик В.А., Гутенко В.Т, Протопопов О.Д., Шувалова З.А., Трубицын А.А., Якушев Г.А. // ПТЭ. - 1988. - №5. - С.234.
Claims (1)
- Электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий коаксиально размещенные внутренний и внешний цилиндрические электроды, экранирующий электрод, электрически связанный с внутренним цилиндрическим электродом, внутренние и внешние корректирующие кольца, электрически изолированные друг от друга и от цилиндрических электродов, выполненные на боковой поверхности цилиндрического электрода и затянутые мелкоструктурной металлической сеткой, входную и выходную кольцевые прорези (окна) для пролета вторичных электронов, исследуемый образец, встроенную электронную пушку для формирования сфокусированного потока первичных электронов, выходную дырочную диафрагму, приемник электронов, блок развертки потенциала внешнего цилиндрического электрода, делитель напряжения развертки, подключаемый к корректирующим кольцам, причем размещенные ближе к входному окну корректирующие кольца имеют коническую форму, а корректирующие кольца, размещенные ближе к выходному окну, являются дисками с отверстиями, отличающийся тем, что система компенсации краевых эффектов состоит из двух пар корректирующих колец, создающих электростатическое поле в рабочем пространстве анализатора, обеспечивающее угловую фокусировку четвертого порядка вблизи центрального угла 40°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152795/28A RU2490620C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Электростатический энергоанализатор заряженных частиц |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152795/28A RU2490620C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Электростатический энергоанализатор заряженных частиц |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011152795A RU2011152795A (ru) | 2013-07-10 |
RU2490620C1 true RU2490620C1 (ru) | 2013-08-20 |
Family
ID=48787177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011152795/28A RU2490620C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Электростатический энергоанализатор заряженных частиц |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490620C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1226555A1 (ru) * | 1984-10-15 | 1986-04-23 | Предприятие П/Я В-8754 | Энергоанализатор |
SU1436148A2 (ru) * | 1986-10-14 | 1988-11-07 | Институт Ядерной Физики Ан Казсср | Энергетический анализатор с электростатическим зеркалом |
SU695465A1 (ru) * | 1977-12-26 | 1991-11-15 | Предприятие П/Я В-8754 | Анализатор энергий зар женных частиц |
US5466933A (en) * | 1992-11-23 | 1995-11-14 | Surface Interface, Inc. | Dual electron analyzer |
US6762408B1 (en) * | 1999-06-16 | 2004-07-13 | Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. | Electrically-charged particle energy analyzers |
WO2008114684A1 (ja) * | 2007-03-16 | 2008-09-25 | National University Corporation NARA Institute of Science and Technology | エネルギー分析器、2次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡 |
-
2011
- 2011-12-26 RU RU2011152795/28A patent/RU2490620C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU695465A1 (ru) * | 1977-12-26 | 1991-11-15 | Предприятие П/Я В-8754 | Анализатор энергий зар женных частиц |
SU1226555A1 (ru) * | 1984-10-15 | 1986-04-23 | Предприятие П/Я В-8754 | Энергоанализатор |
SU1436148A2 (ru) * | 1986-10-14 | 1988-11-07 | Институт Ядерной Физики Ан Казсср | Энергетический анализатор с электростатическим зеркалом |
US5466933A (en) * | 1992-11-23 | 1995-11-14 | Surface Interface, Inc. | Dual electron analyzer |
US6762408B1 (en) * | 1999-06-16 | 2004-07-13 | Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. | Electrically-charged particle energy analyzers |
WO2008114684A1 (ja) * | 2007-03-16 | 2008-09-25 | National University Corporation NARA Institute of Science and Technology | エネルギー分析器、2次元表示型エネルギー分析器および光電子顕微鏡 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011152795A (ru) | 2013-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2002302791B2 (en) | Mass spectrometers and methods of ion separation and detection | |
US8421027B2 (en) | Charged particle analyser and method using electrostatic filter grids to filter charged particles | |
US6984821B1 (en) | Mass spectrometer and methods of increasing dispersion between ion beams | |
CN104011829A (zh) | 用于脉冲计数应用的与电子倍增器连接的超快跨阻放大器 | |
Sigaud et al. | A novel double-focusing time-of-flight mass spectrometer for absolute recoil ion cross sections measurements | |
Staib | An improved retarding field analyser | |
CN106597520B (zh) | 一种纳秒脉冲放电下三通道逃逸电子能谱测量装置 | |
US7928381B1 (en) | Coaxial charged particle energy analyzer | |
US4146787A (en) | Methods and apparatus for energy analysis and energy filtering of secondary ions and electrons | |
Van Hoof et al. | Position-sensitive detector system for angle-resolved electron spectroscopy with a cylindrical mirror analyser | |
US8071942B2 (en) | Sample holder apparatus to reduce energy of electrons in an analyzer system and method | |
RU2490620C1 (ru) | Электростатический энергоанализатор заряженных частиц | |
Schiwietz et al. | The retarding Bessel–Box—An electron-spectrometer designed for pump/probe experiments | |
RU136237U1 (ru) | Анализатор энергий и масс заряженных частиц | |
RU169336U1 (ru) | Электростатический анализатор энергии заряженных частиц | |
RU2327246C2 (ru) | Электростатический энергоанализатор для параллельного потока заряженных частиц | |
Reinhardt et al. | Helium detection using a planar integrated micro-mass spectrometer | |
RU2490750C1 (ru) | Электростатический анализатор энергий заряженных частиц | |
RU176329U1 (ru) | Электростатический анализатор энергии заряженных частиц | |
Carrico et al. | Position-Sensitive charged particle detector for a miniature Mattauch-Herzog mass spectrometer | |
RU2294579C1 (ru) | Анализатор энергий заряженных частиц | |
RU136236U1 (ru) | Энерго-масс-анализатор ионных потоков | |
RU2427055C1 (ru) | Электростатический энергоанализатор заряженных частиц | |
Seah | Quantitative auger electron spectroscopy: Modulating the spectrometer | |
RU152659U1 (ru) | Электронный спектрограф для анализа пленочных структур |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151227 |