Claims (2)
Недостатком известного устройства вл етс отсутствие разрешени ионов по массе, что Ограничивает его аналитические возможности, снижает точность и эффективность анализа поверхности образца, особенно при работе с многокомпонентными материалами . Наиболее близкий к предлагаемому энерго-массанализатор содержит размещенные в вакуумной камере источник ионов, систему фокусировки пучка ионов на поверхность мишени, расположенные по ходу движени пучка анализируемых частиц секторный энергоанализатор и массанализатор, а также детектор ионов. Исследуемый образец может поворачиватьс относительно источника бомбардирующих ионов с помощью прецизионного манипул тора, что обеспечивает анализ поверхности при различных углах падени бомбардирующих ионов 2. Недостатком этого устройства вл ютс ограниченные аналитические возможности изучени поверхности, так как анализ частиц осуществл етс только по энерги м и массам. В устройствам такого типа не реализована возможность проведени анализа ионов, эмиттированных или рассе нных поверхностным слоем материала, по их угловому распределению. Это объ сн етс тем, что дл реализации возможности анализа ионов по углам необходимо вращать энерго- и масс анализаторы вокруг образца либо непосредственно ввакуумной камере, либо вне ее, соединив с нею анализаторы каким-либо гибким вакуумно-плотным соединением. И то, и другое технически трудно выполнимо. Цель изобретени - расширение аналитических возможностей устройства за счет анализа ионов по углу. Поставленна цель достигаетс тем, что в энерго-массанализатор, содержащий источник ионов с системой фокусировки, расположенные последовательно энергоанализатор , массанализатор и детектор, введено отклон ющее ионы устройство, расположенное между энергоанализатором и массанализатором , и энергоанализатор выполнен с возможностью поворота вокруг оси, продолжением которой вл етс ионно-оптическа ось массанализатора. Такое выполнение энерго-массанализатора позвол ет кроме анализа ионов по энерги м и массам производить анализ конов по их угловому распределению, что значительно улучщает аналитические возможности устройства, увеличивает универсальномть , эффективность прибора, его чувствительность к состо нию поверхности и точность выполнени анализа поверхности при любых углах облучени и отбора анализируемых ионов. На чертеже изображена сх.ема устройства . Энерго-массанализатор содержит размещенные в вакуумной камере 1 источник 2 ионов, систему 3 фокусировки пучка ионов на исследуемый образец 4, расположенные по ходу пучка анализируемых частиц коллимирующую и замедл ющую систему 5, установленную на входе полусферического энергоанализатора 6, отклон ющее устройство 7, выполненное, например, в виде плоского конденсатора, и установленное на выходе энергоанализатора 6. За отклон ющим устройством 7 по ходу движени анализируемых частиц расположен массанализатор 8 и детектор 9 ионов. Управл емый извне манипул тор 10 осуществл ет поворот образца 4 на любой угол относительно направлени падени пучка бомбардирующих ионов. Коллимирующа и замедл юща система 5, энергоанализатор 6 и отклон ющее устройство 7 механически жестко св заны между собой и размещены на поворотной платформе 11, установленной на опорном подшипнике 12. Вращение платформы 11 осуществл етс с помощью управл емого извне механизма 13 передачи вращени и отсчета углов поворота, что обеспечивает поворот энергоанализатора 6 на любой угол относительно нормали к исследуемой поверхности образца 4. При этом вращение поворотной платформы 11 осуществл етс вокруг оптической оси А-А, направление которой совпадает с осью поворота исследуемой поверхности образца 4, проход щей через точку падени пучка бомбардирующих ионов, а также с направлением выхода анализируемых ионов из отклон ющего устройства 7 и с ионно-оптической осью массанализатора 8. Устройство работает следующим образом. Пучок ионов генерируетс источником 2 ионов, например источником с ионизацией электронным ударом, и фокусируетс с помощью системы 3 фокусировки на поверхность исследуемого образца 4. Требуемый угол между нормалью к поверхности образца и направлением бомбардировки ионами устанавливаетс с помощью манипул тора 10. Рассе нные поверхностью или эмиттируемые ею вторичные ионы проход т через коллимирующую и замедл ющую систему 5, ограничивающую угол отбора ионов Aai, определ тем самым уголовое разрешение анализа, и попадают в полусферический энергоанализатор 6, где подвергаютс анализу по энерги м путем отклонени в электрическом поле соответствующей конфигурации. Выход щие из полусферического энергоанализатора 6 частицы попадают в отклон ющее устройство 7, которое отклон ет частицы по направлению оси А-А, проход щей через точку падени бомбардирующего пучка ионов и совпадающей с ос ми поворота энергоанализатора 6 и ионно-оптической осью массанализатора 8. Требуемый угол отбора анализируемых частиц оС устанавливаетс с помощью механизма 12 передачи вращени , расположенного вне вакуумной камеры 1, путем поворота платформы 11 на опорном подшипнике 12 вокруг оси А-А. При этом анализируемые частицы, выход щие из отклон ющего устрюйства 7, попадают в массанализатор 8 и регистрируютс затем с помощью детектора 9 ионов. Предлагаемое устройство имеет улучшенные аналитические возможности по сравнению с известным, поскольку оно дает возможность одновременно производить анализ ионов по энерги м и массам, а также выполн ть анализ угловых распределений ионов в диапазоне любых углов облучени поверхности и любых углов отбора анализируемых ионов. Это, в свою очередь, позвол ет всесторонне исследовать поверхность твердого тела, увеличить эффективность, чувствительность анализа. Так, точность анализа кристаллографической структуры монокристаллов предлагаемым устройством увеличиваетс в 10, раз, точность анализа сил св зи атомов поверхности - в 6 раз, по сравнению с прототипом. Кроме того, разрешающа способность (при сохранении светосилы) энергоанализатора предлагаемого устройства на выше, чем у прототипа, за счет дополнительного энергоанализа ионов в поворотном устройстве, выполненном в виде плоского конденсатора. Перечисленные выше факторы делают предлагаемое устройство универсальным и пригодным дл анализа поверхности многитии прогрессивными методами: масс-спектрометрией вторичных ионов, спектроскопией ионного рассе ни , методами каналировани ионов и др. Изобретение вл етс особенно перспективным при анализе материалов, примен емых в полупроводниковой, эмиссионной и криогенной электронике, дерной технике, космическом материаловедении и других област х техники, где используютс массивные и пленочные твердотельные объекты, обладающие анизотропией физических и физико-технических свойств. Формула изобретени Энерго-массанализатор, содержащий источник ионов с системой фокусировки и последовательно расположенные энергоанализатор , массанализатор и детектор, отличающийс тем, что, с целью расширени аналитических возможностей, в него введено отклон ющее ионы устройство, расположенное между энергоанализатором и массанализатором , а энергоанализатор выполнен с возможностью поворота вокруг оси, продолжением которой вл етс ионно-оптическа ось массанализатора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Комбинированный спектрометр ADES-400 фирмы VG Scientific. Проспект и техническое описание. A disadvantage of the known device is the lack of ion resolution by weight, which limits its analytical capabilities, reduces the accuracy and efficiency of the sample surface analysis, especially when working with multicomponent materials. The energy mass analyzer closest to the proposed one contains an ion source placed in a vacuum chamber, an ion beam focusing system on the target surface, a sector energy analyzer and a mass analyzer along the beam path of the analyzed particles, as well as an ion detector. The sample under investigation can be rotated relative to the source of the bombarding ions with a precision manipulator, which provides surface analysis at different angles of incidence of bombarding ions 2. The disadvantage of this device is the limited analytical possibilities of studying the surface, since the analysis of particles is carried out only in energy and mass. In devices of this type, the possibility of analyzing ions emitted or scattered by the surface layer of a material by their angular distribution is not realized. This is due to the fact that in order to realize the possibility of analyzing ions in the corners, it is necessary to rotate the energy and mass analyzers around the sample either directly into the vacuum chamber or outside it, connecting the analyzers with it by some flexible vacuum-tight joint. Both are technically difficult to do. The purpose of the invention is to expand the analytical capabilities of the device by analyzing the ions by angle. The goal is achieved by the fact that an ion-deflecting device located between the energy analyzer and the mass analyzer and the energy analyzer are rotatable around an axis, the continuation of which is an ion-deflecting device, placed in series in the energy-mass analyzer containing the ion source with the focusing system. The ion-optical axis of the mass analyzer. Such an energy mass analyzer makes it possible, in addition to analyzing ions by energies and masses, to analyze cones by their angular distribution, which greatly improves the analytical capabilities of the device, increases the versatility, the efficiency of the device, its sensitivity to the surface condition and the accuracy of surface analysis at any angles irradiation and selection of the analyzed ions. The drawing shows the device sche. The energy-mass analyzer contains an ion source 2 placed in a vacuum chamber 1, an ion beam focusing system 3 on sample 4, a collimating and slowing system 5 located at the entrance of a hemispherical energy analyzer 6 located along the beam of analyzed particles, a deflecting device 7 made for example, in the form of a flat capacitor, and installed at the output of the energy analyzer 6. A mass analyzer 8 and an ion detector 9 are located behind the deflecting device 7 in the direction of movement of the analyzed particles. The externally controlled manipulator 10 rotates the sample 4 at any angle relative to the direction of incidence of the beam of bombarding ions. The collimating and retarding system 5, the energy analyzer 6 and the diverting device 7 are mechanically rigidly interconnected and placed on a turntable 11 mounted on a support bearing 12. The rotation of the platform 11 is carried out using an externally controlled mechanism 13 for transmitting the rotation and counting the angles rotation, which ensures the rotation of the energy analyzer 6 at any angle relative to the normal to the sample surface 4. The rotation of the rotary platform 11 is carried out around the optical axis A-A, the direction of which This coincides with the axis of rotation of the sample surface 4, passing through the point of incidence of the beam of bombarding ions, as well as with the direction of exit of the analyzed ions from the deflecting device 7 and with the ion-optical axis of the mass analyzer 8. The device works as follows. The ion beam is generated by a source of 2 ions, for example, an electron impact ionized source, and is focused with the help of the system 3 focusing on the surface of the test sample 4. The required angle between the normal to the sample surface and the direction of ion bombardment is established by means of a manipulator 10. Dispersed or emitted the secondary ions pass through the collimating and slowing system 5, which limits the angle of selection of the Aai ions, thereby determining the criminal resolution of the analysis, and enter the hemisphere esky energy analyzer 6, which are subjected to analysis by energy meters by variations in the electric field of appropriate configuration. Particles emerging from the hemispherical energy analyzer 6 enter the deflecting device 7, which deflects the particles along the direction of the axis А-А passing through the point of incidence of the bombarding ion beam and coinciding with the axis of rotation of the energy analyzer 6 and the ion-optical axis of the mass analyzer 8. Required The angle of selection of the analyzed particles ОС is determined by the mechanism 12 of the transmission of rotation, located outside the vacuum chamber 1, by rotating the platform 11 on the support bearing 12 around the axis AA. In so doing, the analyzed particles leaving the deflecting device 7, enter the mass analyzer 8 and are then recorded with the aid of the ion detector 9. The proposed device has improved analytical capabilities as compared with the known one, since it enables the simultaneous analysis of ions by energy and mass, as well as the analysis of the angular distributions of ions in the range of any surface irradiation angles and any selection angles of the analyzed ions. This, in turn, allows one to comprehensively investigate the surface of a solid, to increase the efficiency and sensitivity of the analysis. Thus, the accuracy of analysis of the crystallographic structure of single crystals by the proposed device is increased by 10, times, the accuracy of analysis of the bonding forces of surface atoms by 6 times, compared to the prototype. In addition, the resolution (while maintaining the luminosity) of the energy analyzer of the proposed device is higher than that of the prototype, due to the additional energy analysis of the ions in the rotator, made in the form of a flat capacitor. The factors listed above make the proposed device universal and suitable for analyzing a multithread surface by progressive methods: mass spectrometry of secondary ions, ion scattering spectroscopy, ion channeling methods, etc. The invention is particularly promising when analyzing materials used in semiconductor, emission and cryogenic electronics, nuclear engineering, space materials science, and other areas of technology where massive and film solid objects are used, possessing no anisotropy of physical and physico-technical properties. An energy analyzer comprising an ion source with a focusing system and sequentially arranged energy analyzer, mass analyzer and detector, characterized in that, in order to expand the analytical capabilities, an ion-deflecting device located between the energy analyzer and the mass analyzer is introduced into it, and the energy analyzer is made with the possibility of rotation around the axis, the continuation of which is the ion-optical axis of the mass analyzer. Sources of information taken into account in the examination 1. Combined spectrometer ADES-400 of the company VG Scientific. Prospectus and technical description.
2.Выложенна за вка ФРГ № 2313852, кл. G 01 N 23/22, 19682. Published in the Federal Republic of Germany No. 2313852, cl. G 01 N 23/22, 1968