Электростатический энергоаназилатор заряженных частиц

 

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий систему электродов, один из которых плоский, с системой их питания, источник заряженных частиц и приемник тока пучка, расположенные с внешней по отношению к электродам стороны плоского электрода симметрично относительно плоскости , проходящей через центр плоского электрода перпендикулярно ему, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения конструкции, другой электрод выполнен в виде цилиндра , усеченного плоскостью, параллельной плоскому электроду, и обращен вогнутостью в сторону последнего .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) Н 01 J 49/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3588042/18-21 (22) 04.05.83 (46) 23.12.85, Бюл. ¹ 47 (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) Т.Я,Фишкова (53) 621.384.6 (088.8) (56) Афанасьев В.П. и др. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М., "Наука", 1978, с,97-117.

Там же, с.181-184.

Там же, с.188-192. .(54)(57) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГО-.АНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий систему электродов, один из которых плоский, с системой их питания, источник заржкенных частиц и приемник тока пучка, расположенные с внешней по отношению к электродам стороны плоского электрода симметрично относительно плоскости, проходящей через центр плоского электрода перпендикулярно ему, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения конструкции, другой электрод выполнен в виде цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной плоскому электроду, и обращен вогнутостью в сторону последнего.

1 1

Изобретение относится к спектрометрии элементарных частиц, а именно к анализу заряженных частиц по энергии, Известен электростатический энергоанализатор заряженных частиц с двумерным полем, образованный двумя коаксиальными цилиндрическими электродами либо их частями (цилиндрическое зеркало), Источник и приемник заряженных частиц расположены внутри малого цилиндра симметрично относительно плоскости, проходящей через середины упомянутых электрогов.

Цилиндри-.,-еское зеркало имеет высокую разрешающую способность вследствие малой величины линейной дисперсии и большого коэффициента аберрации третьего порядка ° его недостатком является также большие размеры в продольном и поперечном направлениях. Кроме того, у цилиндрического зеркала отсутствует воэможность фокусировки в азимутальном направлении всех пучков, кроме конических, ось которых совпадает с осью энергоанализатора.

Известен электростатический энергоанализатор с двумерным полем, образованным двумя электродами в форме гиперболических цилиндров (гиперболическое зеркало). Источник и приемник заряженных частиц расположены вне поля симметрично относительно плоскости, проходящей через середины гиперболических электродов, которые искривлены своей вогнутостью к источнику и приемнику, Недостатком гиперболического зеркала является, в первую очередь, сложная форма электродов,из-за чего оно не нашло применения на практике.

Кроме того, гиперболическое зеркало имеет сравнительно большой коэффициент аберрации второго порядка в вертикальной плоскости, что ограничивает его разрушающую способность, Ближайшим по технической сущности к изобретению является электростатический энергоанализатор заряженных частиц с двумерным полем, содержащий электроды, один иэ которых плоский, с системой питания электродов, источник заряженных частиц и приемник, расположенные

120870 с внешней стороны плоского электро- да симметрично относительно плос45

40 кости, проходящей через середину упомянутого электрода. После такого анализатора образовано двумя парами противолежащих плоских электродов, расположенных так, что н сечении получается прямоугольник (коробчатый анализатор), Величина линейной дисперсии коробчатого анализатора 3 =1,26 L, где L — расстояние вдоль продольной оси между источником и приемником. Величина главного аберрационного члена коробчатого анализатора E =(1,98Ì +

+ 1,46 () L, где с и — углы раствора пучка н горизонтальной. (плоскость дисперсии) и н вертикальной плоскостях соответственно.

Недостатком указанного анализатора является малая разрешающая способность, которая прямо пропорционалъна 33 и обратно пропорциональна Я вследствие большого коэффициента аберрации второго порядка в вертикальной плоскости С =0,734, Другим недостатком коробчатого анализатора является сложная конструкция из-за наличия четырех электродов, Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и упрощение конструкции энергоанализатора.

Цель достигается тем, что в электростатическом энергоанализаторе заряженных частиц, содержащем систему электродов, один из которых плоский; с системой их питания, источник заряженных частиц и приемник тока пучка, расположенные с внешней по отношению к электродам стороны плоского электрода симметрично относительно плоскости, проходящей через центр плоского электрода перпендикулярно ему, другой электрод выполнен в виде цилиндра, усеченного плоскостью, параллельной плоскому электроду, и обращен вогнутостью в сторону последнего.

На фиг,1 изображена схема электростатического анализатора в плоскости дисперсии (XOK) и в вертикальной плоскости (YOZ); на фиг.2 (а, б,в) — варианты поперечного сечения

его электродов.

Знергоанализатор состоит из источника 1 заряженных частиц, двух

1120870

1дх) 1, !

О к« f»

x)»

rpet=—

"макс

55 электродов 2, 3 для формирования электростатического поля и приемника 4 тока пучка, Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.

Из источника 1, ось которого расположена под углом к границе поля, выходит пучок заряженных частиц, который попадает в электростатическое поле, образованное в пространстве между электродами плоским 2 и цилиндрическим 3. Ход траектории пучка в этом поле является зеркально симметричным (при выполнении определенных условий) относительно плоскости, проходящей через точку его поворота. В указанном поле происходит разделение пучка заряженных частиц по энергии таким образом, что при данной напряженности поля частицы с одинаковой энергией попадают в приемник 4, расположенный зеркально симметрично относительно источника 1.

Величина линейной дисперсии 7 одного из вариантов предлагаемого энергоанализатора, у которого высота сегмента цилиндрического электрода 3 равна его радиусу 0 (энергоанализатор полуцилиндрического типа см.фиг,2б), имеет следующий вид:

2 = — (1+ted 8 )+ — ——

d 2

2 sin2g где d — расстояние между входом в поле и выходом из него центральной траектории пучка, И

d=R) — coe8 g — gin8»

Ъ Ф («к«ак сила энергоанализатора, равная отношению разности потенциалов между его электродами 7 к ускоряющему потенциалу ; начальный угол наклона центральной траектории на входе в поле; величина максимального удаления центральной траектории пучка от продольной оси; кратчайшее расстояние от источника и приемника до края поля, при котором осуществляется фокусировка по углу в плоскости дисперсии, 5 .2dн2 ЯЯ

Ь=2 8 -- ye+ — coo BP1+ — g — Ыпв т a <

4)„ (нф) arete(— "1 -„, g("

Автором написана система дифференциальных уравнений для траектории заряженных частиц в плоскости дисперсии (ХОЕ) и в вертикальной плоскости (YOZ) которая решена численно на ЭВМ, что позволяет определить условия пространственной фокусировки, т.е. фокусировки первого порядка, одновременно в двух плоскостях XOZ u YO Е . Наличие трех независимых параметров 1, g u позволяет наряду с пространственной фокусировкой получить в плоскости дисперсии более острую фокусировку, а именно, фокусировку второго порядка. Такой оптимальный режим работы предлагаемого энергоанализатора осуществляется при t; =0,677, 9 = 49,7 и ц = 0,6259. При этом величина линейной дисперсииЭ =1,204, а величины старших аберрационных коэффициентов в плоскости дисперсии С> и в вертикальной плоскос35 ти С, рассчитанные по формулам

У которые здесь из-за гормоздкости не приводятся, оказались равными x = 4,3К, С вЂ” — 0,2

Разрешающая способность энерго40 анализатора по основанию

RQ,М».б где 6, и 5 — ширина входной и вы45 ходкой щелей.

Й вЂ” линейное увеличение (для прибора зеркального типа М =1).

Пусть 6, = 5, тогда разрешающая способность предлагаемого энергоанализатора полуцилиндрического типа к„ в оптимальном режиме п.и, 0 60

5/i +(1,060t, +0,05 )

rye о и " — углы раствора пучка в плоскостях ХОЕ и 102 соответственно.

2О87О

О 63

5 + (О 1 99о +О, 7 3 | ) Ц2иг, Z

Составитепь А.Нестерович

Техред А.Кикемезей Корректор И.Эрдейи

Редактор О.Юркова

Заказ 8136/3 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 11

В изобретении дополнительно улучшается по крайней мере один из электронно-оптических параметров энергоанализатора при неизменности остальных. Это достигается за счет варьирования еще одного (четвертого) независимого параметра, а именно высоты сегмента Р в поперечном сечении цилиндрического электрода (см,фиг,2а,в), Сравним разрешающую способность предлагаемого энергоанализатора с прототипом. У коробчатого анализатора разрешающая способность

Для максимально возможных углов

0,08 и 6 = 0,01 К разрешающая способность коробчатого анализатора R „,> = 77, а у предлагаемого анализатора полуцилиндрического типа

R „ = 181, т.е. при одинаковой све- ° тосиле разрешающая способность предлагаемого анализатора, более чем в 2 раза больше, d

Для оС = 0,08; g = 0,01 и — 0,001 R и = 178; а Й „,„ =- 759, При увеличении вертикального угла до )" = 0,03 разрешающая способность предлагаемого анализатора R „ < =722, т.е, становится равной разрешающей способности коробчатого анализатора при светосиле в 3 раза большей, Габаритные размеры предлагаемого

10 анализатора в продольном направлении на 207. больше, чем у прототипа, а в поперечном в 1,5 раза меньше. Конструктивно предлагаемый анализатор проще, так как содержит !

5 лишь два электрода простой формы, в то время как у прототипа таких электродов четыре, Предлагаемый электростатический анализатор может быть использован

20 для анализа энергетического спектра заряженных частиц при исследовании элементного и химического состава материалов в эмиссионной и СВЧ электронике, электронной спектро25 скопии, растровой электронной микроскопии,при изучении элементарных вений, в космических исследованиях и т.д, I