SU1746428A1 - Electrostatic analyzer of energies of charged particles - Google Patents
Electrostatic analyzer of energies of charged particles Download PDFInfo
- Publication number
- SU1746428A1 SU1746428A1 SU904848663A SU4848663A SU1746428A1 SU 1746428 A1 SU1746428 A1 SU 1746428A1 SU 904848663 A SU904848663 A SU 904848663A SU 4848663 A SU4848663 A SU 4848663A SU 1746428 A1 SU1746428 A1 SU 1746428A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- electrodes
- cylindrical electrode
- shaped
- diaphragm
- cylindrical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к аналитическому приборостроению, в частности к электронной и ионной спектроскопии. Сущность изобретени : электростатический анализатор энергий зар женных частиц содержит электродную систему, состо щую из изолированных и имеющих общую ось внешнего цилиндра 1 и внутреннего цилиндра 2 с входной 3 и выходной 4 прорез ми на боковой поверхности, первую диафрагму, вто- . рую диафрагму, ограничивающую апертуру, приемник 14 частиц. Между цилиндрами 1 и 2 размещены корректирующие кольца 5, 6, 7, 8. Использование двух пар корректирующих колец 5. 7 и 6,8, подача на них соответствующих потенциалов, выбор определенных геометрических размеров анализатора и размещение в точках фокусов двух кольцевых диафра гм позвол ют получить два угла фокусировки второго пор дка и соответственно повысить отношение сигнал/шум и чувствительность энергоанализа 1 табл. 4 ил.The invention relates to analytical instrumentation, in particular to electron and ion spectroscopy. SUMMARY OF THE INVENTION: An electrostatic analyzer of energies of charged particles contains an electrode system consisting of isolated and having a common axis of the outer cylinder 1 and the inner cylinder 2 with the inlet 3 and the outlet 4 with slots on the side surface, the first diaphragm, the second. Aperture bounding aperture, receiver 14 particles. Between cylinders 1 and 2 are placed correction rings 5, 6, 7, 8. Using two pairs of correction rings 5. 7 and 6.8, supplying the corresponding potentials to them, choosing specific analyzer dimensions and placing them at the focal points of two annular diaphragms allows To obtain two focusing angles of the second order and, accordingly, to increase the signal-to-noise ratio and the sensitivity of energy analysis 1 tab. 4 il.
Description
Изобретение относится к устройствам для регистрации энергетических спектров заряженных частиц и может быть использовано, например, в электронной оже-спектроскопии при исследовании поверхности твердого тела.The invention relates to a device for recording energy spectra of charged particles and can be used, for example, in Auger electron spectroscopy in the study of a solid surface.
Известен энергетический анализатор заряженных частиц, обеспечивающий режим фокусировки 2-го порядка. Регистрация коллектором вторичных частиц с определенной кинетической энергией достигается размещением в точке фокуса либо дырочной, либо кольцеобразной диафрагмы и подачей на внешний цилиндрический электрод соответствующего потенциала.Known energy analyzer of charged particles, providing a focus mode of the 2nd order. Collector registration of secondary particles with a certain kinetic energy is achieved by placing at the focal point either a hole or ring-shaped diaphragm and applying the corresponding potential to the external cylindrical electrode.
К недостаткам указанного устройства относится необходимость компенсации краевых эффектов при использовании цилиндрических электродов конечных размеров.The disadvantages of this device include the need to compensate for edge effects when using cylindrical electrodes of finite size.
Во избежание этого с торцов анализатора располагают электроды с нанесенной резистивной пленкой переменной толщины, что позволяет компенсировать провисание потенциала На краях устройства.To avoid this, electrodes with a resistive film of variable thickness are placed at the ends of the analyzer, which compensates for the sagging potential at the edges of the device.
Однако нанесение резистивных покрытий - операция технологически трудоемкая. К тому же, значительную сложность представляет попытка достичь аксиальной симметрии нанесенной пленки, К недостаткам указанного способа компенсации краевых искажений следует отнести также измене; ние параметров покрытия в процессе старения.However, the application of resistive coatings is a technologically laborious operation. In addition, a significant difficulty is the attempt to achieve axial symmetry of the deposited film. The disadvantages of this method of compensation for edge distortion should also include treason; the parameters of the coating during aging.
Наиболее близким к предлагаемому является электростатический анализатор энергий заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний цилиндр и внутренний цилиндр с входной и выходной прорезями на боковой поверхности, приемник частиц с размещенной перед ним диафрагмой и блок развертки, подключенный к внешнему цилиндру. Искажение поля вблизи краев электродов минимизируется за счет размещения между внутренним . и внешним цилиндрами конусообразных и кольцеобразных корректирующих колец, изолированных от упомянутых электродов. На корректирующие кольца через делитель подаются с блока развертки соответствующие потенциалы. В этом случае поле известного анализатора при существенном отличии от поля идеального цилиндрического конденсатора позволяет реализоавть режим фокусировки 2-го порядка.Closest to the proposed one is an electrostatic analyzer of energies of charged particles, containing a coaxially located external cylinder and an internal cylinder with input and output slots on the side surface, a particle receiver with a diaphragm located in front of it, and a scan unit connected to the external cylinder. The distortion of the field near the edges of the electrodes is minimized by placing between the inner. and external cylinders of cone-shaped and annular-shaped correction rings isolated from said electrodes. Corresponding potentials are supplied to the correction rings through the divider from the scanner. In this case, the field of the known analyzer with a significant difference from the field of an ideal cylindrical capacitor allows you to implement the focus mode of the 2nd order.
Недостаток известного анализатора невысокая чувствительность энергоанализа, что связано с наличием лишь одного центрального угла фокусировки (однократной фокусировки 2-го порядка), что, в свою очередь, снижает отношение сигнал/шум.A disadvantage of the known analyzer is the low sensitivity of energy analysis, which is associated with the presence of only one central focusing angle (single focusing of the second order), which, in turn, reduces the signal-to-noise ratio.
Цель изобретения -- повышение чувствительности энергоанализа за счет увеличения отношения сигнал/шум.The purpose of the invention is to increase the sensitivity of energy analysis by increasing the signal-to-noise ratio.
Указанная цель достигается тем, что электростатический анализатор энергий заряженных частиц, содержащий коаксиально расположенные внешний цилиндр и внутренний цилиндр с входной и выходной прорезями на боковой поверхности, расположенные между· цилиндрами и изолированные от них конусообразные и кольцеобразные корректирующие электроды, приемник частиц с размещенной перёд ним первой диафрагмой, блок развертки, подключенный к внешнему цилиндру и через делитель к корректирующим электродам, снабжен второй диафрагмой, размещенной между выходной прорезью внутреннего цилиндра и первой диафрагмой и ограничивающей апертурой, размещенной между выходной прорезью внутреннего цилиндра и второй диафрагмой; причем радиус внешнего цилиндра составляет 2,25а, длина внешнего цилиндра 3,19а, длина внутреннего цилиндра 4,001а, расстояние от источника до внутреннего цилиндра 0,808а, внутренний диаметр первых конусообразного и кольцеобразного электродов 2,32а, внешний диаметр упомянутых электродов 3,04а, внешний диаметр вторых конусообразного и кольцеобразного электродов 3,95а, расстояние от источника до первой диафрагмы 5,148а, расстояние от источника до второй диафрагмы 5,121а, диаметр первой диафрагмы 0,794а, диаметр второй диафрагмы 0,859а, расстояние от источника до апертуры 5,103а, осевая протяженность апертуры 0,0032а, а радиус апертуры 0,4422а, где а - радиус внутреннего цилиндра.This goal is achieved by the fact that an electrostatic analyzer of energies of charged particles, containing a coaxially located outer cylinder and an inner cylinder with input and output slots on the side surface located between the cylinders and isolated from them cone-shaped and ring-shaped correction electrodes, a particle receiver with the first placed in front of it a diaphragm, a scan unit connected to an external cylinder and through a divider to the correction electrodes, is equipped with a second diaphragm located between Khodnev slotted inner cylinder and the first diaphragm and the bounding the aperture placed between the outlet slot of the inner cylinder and a second aperture; the radius of the outer cylinder being 2.25a, the length of the outer cylinder 3.19a, the length of the inner cylinder 4.001a, the distance from the source to the inner cylinder 0.808a, the inner diameter of the first cone-shaped and ring-shaped electrodes 2.32a, the outer diameter of the mentioned electrodes 3.04a, the outer diameter of the second cone-shaped and ring-shaped electrodes is 3.95a, the distance from the source to the first diaphragm is 5.148a, the distance from the source to the second diaphragm is 5.121a, the diameter of the first diaphragm is 0.794a, the diameter of the second diaphragm is 0.859a, the distance from the source to the aperture 5.103a, the axial length of the aperture is 0.0032a, and the radius of the aperture is 0.4422a, where a is the radius of the inner cylinder.
На фиг.1 схематически изображен предлагаемый анализатор; на фиг.2 представлены конечные участки траекторий частиц, прошедших поле анализатора (при наличии двух пар корректирующих колец); на фиг.З представлены (штриховыми линиями) зависимости величин начальных энергий частиц, траектории которых проходят через точки 1 (координаты Zi, и), 2 (координаты Z2< г2) от угла а- вылета из источника; на фиг.4 приведены зависимости диапазона входных углов Δα от относительного разрешения Р = = ΔΕ/Εο*100% для предлагаемого анализатора (кривая 1) и для идеального цилиндрического зеркала, обеспечивающего один фокус 2-го порядка (кривая 2).Figure 1 schematically shows the proposed analyzer; figure 2 presents the final sections of the trajectories of particles that have passed the field of the analyzer (in the presence of two pairs of correction rings); Fig. 3 shows (dashed lines) the dependences of the values of the initial energies of the particles, the trajectories of which pass through points 1 (coordinates Zi, u), 2 (coordinates Z 2 < r 2 ) on the angle of departure from the source; figure 4 shows the dependence of the range of input angles Δα on the relative resolution P = ΔΕ / ο ο * 100% for the proposed analyzer (curve 1) and for an ideal cylindrical mirror that provides one focus of the 2nd order (curve 2).
6.6.
В таблице приведены необходимые, размеры диафрагмы 1 и 1 ( Δη πΔ гг) в функции от величины относительного разрешения R.The table below shows the necessary aperture sizes 1 and 1 (Δη πΔ gy) as a function of the relative resolution R.
Электростатический анализатор энергий заряженных частиц состоит из внешнего цилиндра 1, внутреннего цилиндра 2 с входной 3 и выходной 4 кольцевыми прорезями на боковой поверхности, корректирующих колец 5,6,7,8, размещенных между цилиндрами 1 и 2, первой кольцевой диафрагмы 9, второй кольцевой диафрагмы 10, ограничивающей апертуры 1-1, образованной ограничительными кольцами 12 и 13, приемника частиц 14.The electrostatic analyzer of energies of charged particles consists of an outer cylinder 1, an inner cylinder 2 with an input 3 and an output 4 ring slots on the side surface, correction rings 5,6,7,8 located between the cylinders 1 and 2, the first annular diaphragm 9, the second annular the diaphragm 10, the limiting aperture 1-1, formed by the restrictive rings 12 and 13, the particle receiver 14.
Анализатор содержит также блок развертки 15, подключенный к внешнему цилиндру 1. и через делитель 16 - к корректирующим кольцам 5,6,7,8.The analyzer also contains a scanner 15 connected to the outer cylinder 1. and through the divider 16 to the correction rings 5,6,7,8.
Анализатор работает следующим образом'.The analyzer works as follows.
На внешний цилиндр 1с блока 16 подается отклоняющий потенциал U относительно внутреннего цилиндра 2 с полярностью, совпадающей с полярностью анализируемых частиц. Внутренний цилиндр 2 заземляется. На корректирующие кольца 5 и 7 с делителя напряжения 16 подается потенциал 0,33 U, на корректирующие кольца 6 и 8 -0,67 U.A deflecting potential U with respect to the inner cylinder 2 with a polarity coinciding with the polarity of the analyzed particles is supplied to the outer cylinder 1c of the block 16. The inner cylinder 2 is grounded. A potential 0.33 U is supplied to the correction rings 5 and 7 from the voltage divider 16, and 0.67 U to the correction rings 6 and 8.
Поток вторичных частиц, выбитых из образца 17,, преодолев пространство свободного дрейфа за счет начальной энергии, через входную прорезь 3 попадает в область анализирующего радиального поля между цилиндрами 1 и 2. Отклоненные полем заряженные частицы выходят из анализирующего поля через выходную прорезь 4, проходят ограничивающую апертуру 11, диафрагмы 10 и 9 и попадают в приемник 14 заряженных частиц.The flow of secondary particles knocked out of sample 17, having overcome the free drift space due to the initial energy, enters the region of the analyzing radial field between cylinders 1 and 2 through the input slot 3 and the charged particles deflected by the field leave the analyzing field through the output slot 4 and pass through the limiting aperture 11, apertures 10 and 9 and fall into the receiver 14 of charged particles.
Роль ограничивающей апертуры 11 сводится к следующему.The role of the limiting aperture 11 is as follows.
При определенной ширине Δη диафрагмы 9 и Лгг диафрагмы 10 можно определить зону пропускания' энергоанализатора, которая представляет собой сложную область в координатах (Е, а), расположенную между кривыми Ει ( а ) и Ег ( а ). Ез (а ) и Е4 (а ), вычисленными для точек с координатами (Ζιη_ Δη/2) и (Ζ2η + Δπ/2), (Ζ2Γ2-Δ Г2/2) и (Ζ2Γ2+Δ гг/2) соответственно. Повышение уровня сигнала 1 (Ео) Δα (Еъ) в этом случае, по отношению к режиму однократной фокусировки, для заданного разрешения Δ Е= ЕМакс-ЕМин, как показывает анализ кривых 1 и 2, будет иметь место при ограничении диапазона начальных углов а пределами аН1 аВ1и для диафрагмы 9 и пределами а Н2 и а В2 для диафрагмы 10. .For a certain width Δη of the diaphragm 9 and г г г of the diaphragm 10, it is possible to determine the transmission zone 'of the energy analyzer, which is a complex region in the coordinates (E, a) located between the curves Ει (a) and Er (a). Ez (a) and E4 (a) calculated for points with coordinates (Ζιη _ Δη / 2) and (Ζ2η + Δπ / 2), (Ζ2Γ2-Δ Г2 / 2) and (Ζ2Γ2 + Δ yg / 2), respectively. Increasing the level 1 signal (Eo) Δα (Eb) in this case, with respect to the single focus mode, for a given resolution Δ E = E M ax-EM in, as shown by analysis of the curves 1 and 2, will take place under restriction range the initial angles and the limits of a Н 1 а В 1и for aperture 9 and the limits of a Н 2 and а В 2 for aperture 10..
В целях этого в сечении электронного потока с наименьшим диаметром устанавливается дополнительная ограничивающая апертура 11. Уровень выходного сигнала тогда будет пропорционален величинеFor this purpose, an additional limiting aperture 11 is established in the cross section of the electron beam with the smallest diameter. The output signal level will then be proportional to
Δα = (αΒι +«н1 ) + (αΒ2 -аН2 )Δα = (α Β ι + "н1) + (α Β 2-а Н 2)
Таким образом, на приемник 14 попадают вторичные частицы, испущенные в двухразличных диапазонах углов, т.е. существуют два различных угла фокусировки 2-го порядка. Это обсулавливает повышение отношения сигнал/шума и, соответственно, чувствительности энергоанализа.Thus, secondary particles emitted in two different angular ranges fall onto the receiver 14, i.e. There are two different 2nd order focusing angles. This causes an increase in the signal-to-noise ratio and, accordingly, the sensitivity of energy analysis.
Анализатора имеет полосовую функцию пропускания, т.е. на вход приемника 14 попадают лишь частицы с определенным интервалом энергий. Меняя напряжение, подаваемое на внешний цилиндр 1, можно получить весь энергетический спектр вторичных частиц, испущенных образцом 17. В регистрирующем устройстве (не показан), соединенном с приемником 14, энергетический спектр вторичных частиц анализируется по энергии, в результате чего выявляются энергетические пики заряженных частиц, по ’ которым можно судить о химическом составе поверхности образца и ее структуре. .The analyzer has a band pass function, i.e. only particles with a certain range of energies fall at the input of the receiver 14. By varying the voltage supplied to the outer cylinder 1, the whole energy spectrum of the secondary particles emitted by sample 17 can be obtained. In a recording device (not shown) connected to the receiver 14, the energy spectrum of the secondary particles is analyzed by energy, as a result of which the energy peaks of charged particles are detected which can be used to judge the chemical composition of the surface of the sample and its structure. .
При радиусе внутреннего цилиндра 2, равном единице, анализатор имел следующие геометрические размеры: радиус внешнего цилиндра 2,25; длина внешнего цилиндра 3,19; длина внутреннего цилиндра 4,001; расстояние от источника (образца) до внутреннего цилиндра 0,808; внутренний диаметр первой пары корректирующих колец (расположенной ближе к внутреннему цилиндру) 2,32; внешний диаметр первой пары кооректирующих колец 3,04; внешний диаметр второй пары корректирующих колец 3,96; расстояние от источника до первой диафрагмы 5,148; расстояние от источника до второй диафрагмы 5,121; диаметр первой диафрагмы 0,794; диаметр второй диафрагмы 0,859; расстояние от источника до ограничительной апертуры 5.103; осевая протяженность апертуры 0,0032; радиус апертурь) 0,4422.With the radius of the inner cylinder 2 equal to unity, the analyzer had the following geometric dimensions: the radius of the outer cylinder was 2.25; outer cylinder length 3.19; length of inner cylinder 4,001; the distance from the source (sample) to the inner cylinder 0.808; the inner diameter of the first pair of correction rings (located closer to the inner cylinder) 2.32; the outer diameter of the first pair of corrective rings 3.04; the outer diameter of the second pair of correction rings 3.96; the distance from the source to the first aperture of 5.148; the distance from the source to the second aperture 5.121; the diameter of the first diaphragm 0.794; the diameter of the second diaphragm 0.859; the distance from the source to the restrictive aperture 5.103; the axial length of the aperture is 0.0032; aperture radius) 0.4422.
1746428 81746428 8
Таким образом, предлагаемый анализатор за счет повышения кратности фокусировки позволяет получить более высокий уровень сигнала при заданном разрешении (в 1.5—2 раза больше; чем у прототипа, как видно на фиг.4) и, соответственно, более высокое отношение сигнал/шум. В резуль. тате повышается чувствительность энергоанализа и, в конечном итоге, качество контроля изделий электронной технике в процессе, их изготовления. В этом и заключается технико-экономическая эффективность изобретения.Thus, the proposed analyzer by increasing the focusing ratio allows you to get a higher signal level at a given resolution (1.5-2 times more; than the prototype, as can be seen in figure 4) and, accordingly, a higher signal to noise ratio. As a result. This increases the sensitivity of energy analysis and, ultimately, the quality of control of electronic products in the process, their manufacture. This is the technical and economic efficiency of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904848663A SU1746428A1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Electrostatic analyzer of energies of charged particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904848663A SU1746428A1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Electrostatic analyzer of energies of charged particles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1746428A1 true SU1746428A1 (en) | 1992-07-07 |
Family
ID=21526141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904848663A SU1746428A1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Electrostatic analyzer of energies of charged particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1746428A1 (en) |
-
1990
- 1990-04-27 SU SU904848663A patent/SU1746428A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЗашквараВ,В.,КореунскийМ.И., Косма- чев О.С. Журнал технической физики, 1960, т.36, № 1.С.132. Горелик В.А., Пропопов О.Д., Трубицин А.А. Журнал технической физики. 1988, г. 58, Nfe8, с.1531-1534. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6984821B1 (en) | Mass spectrometer and methods of increasing dispersion between ion beams | |
| EP0470478B1 (en) | Multichannel charged-particle analyzer | |
| US3617736A (en) | Quadrupole mass filter with electrode structure for fringing-field compensation | |
| US3280326A (en) | Mass filter with sheet electrodes on each side of the analyzer rod that intersect on the ion beam axis | |
| US3949221A (en) | Double-focussing mass spectrometer | |
| US3233099A (en) | Double-focusing mass spectrometer having electrically adjustable electrostatic an alyzer and adjustable electrostatic lens | |
| US7928381B1 (en) | Coaxial charged particle energy analyzer | |
| SU1746428A1 (en) | Electrostatic analyzer of energies of charged particles | |
| GB2079039A (en) | A double focusing mass spectrometer | |
| US3560734A (en) | Quadrupole mass filter with fringing-field penetrating structure | |
| US5134287A (en) | Double-focussing mass spectrometer | |
| US3935453A (en) | Quadrupole field mass analyser | |
| US4224518A (en) | Multistage cylindrical mirror analyzer incorporating a coaxial electron gun | |
| US4367406A (en) | Cylindrical mirror electrostatic energy analyzer free of third-order angular aberrations | |
| RU2327246C2 (en) | Electrostatic energy analyser for parallel stream of charged particles | |
| US3609352A (en) | Secondary electron energy analyzing apparatus | |
| SU683516A1 (en) | Electrostatic charged particle analyzer | |
| US20210012999A1 (en) | Apparatus and method for measuring energy spectrum of backscattered electrons | |
| SU695465A1 (en) | Charged particle power analyzer | |
| SU175584A1 (en) | ANALYZER OF CHARGED PARTICLES BY KINETIC ENERGY | |
| EP0295253B1 (en) | Electron spectrometer | |
| SU680534A1 (en) | Electrostatic energy analyzer | |
| SU865049A1 (en) | Electrostatic energy analyzer of charged particles | |
| RU2490620C1 (en) | Electrostatic charged particle energy analyser | |
| SU828262A1 (en) | Electrostatic analyzer |