Способ энергетического анализа заряженных частиц

 

Изобретение относится к области энергетического анализа заряженных частиц. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений. Заряженные частицы от источника 1 направляют в систему торможения 2, которая тормозит частицы на величину Е, задаваемую с блока управления 3, Величина изменяется по времени t линейным образом: Е пл Ct, где С - константа, выбираемая из условий, связанных со скоростью распространения сигнала в координатно-чувствительном детекторе с резистивной пленкой 5 и выходами 6 и 7. На детектор частицы попадают через анализатор 4, который перестраивают блоком отклонения 9. Интенсивность электрического о тока р егистрируют на выходе детектора как функцию времени. 1 ил. 5 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1451785 A.1 др 4 Н 01 J 49/48, G 01 N 23/227

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ rHHT CGCP (21) 4248384/24-21 (22) 25.05.87 (46) 15.01.89. Бюл, № 2 (72) В.А. Горелик (53) 621.384(088.8) (56) Зашквара В.В. и др. Журнал технической физики, 1973, т. 18, № 9, с. 1833-1842.

Грунтман М.А. Приборы и техника эксперимента, 1984, ¹ 11, с. 14-29.

Meyer F., Vrakking J.J. Surface

Science, 1972, v. 33, № ?, р. 271.294. (54) СПОСОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ЗАРЯЖЕННЪ|Х ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к области энергетического анализа заряженных частиц. Цель изобретения — расширение динамического диапазона измерений, Заряженные частицы от источника 1 направляют в систему торможения 2, которая тормозит частицы на величину

Е, задаваемую с блока управления 3.

Величина Е,„ изменяется по времени линейным образом: E Ct, где

С вЂ” константа, выбираемая иэ условий, связанных со скоростью распространения сигнала в координатно-чувствительном детекторе с резистивной пленкой 5 и выходами 6 и 7. На детектор частицы попадают через анализатор 4, который перестраивают блоком отклонения 9. Интенсивность электрического а тока регистрируют на выходе детектоЩ ра как функцию времени. 1 ил.

1451785

Ct +

4Е

С

45 (4) Изобретение относится к способам энергетического анализа заряженных частиц и может быть использовано, например, в фотоэлектронной спектроскопии при исследовании поверхностного слоя веществ, Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений. !О

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство состоит из источника заряженных частиц 1, системы торможения 2, блока управления системой торможения 3, энергетического анализатора дисперсионного типа 4, координатно-чувствительного детектора, содержащего резистивную пленку 2р (коллектор) 5 с выходами 6 и 7, счетчика импульсов 8, подключенного к выходу 6, блока отклонения 9.

Координатно-чувствительный детектор представляет собой подложку, на 25 которой через слой изолятора находится резистивная пленка и таким образом является по сути длинной. линией с распределенными сопротивлением и емкостью. 30

Способ осуществляется при помощи следующей последовательности операцийв

Заряженные частицы, испущенные источником 1 (средства возбуждения .частиц на фиг. не показаны), направляют в систему торможения 2, которая тормозит частицы на величину F., задаваемую с блока управления 3, Закон изменения E по времени выбирают ли- 4О нейным: F. = Ct причем постоянную

С выбирают из условия где 1 — протяженность коллектоРа 5 в напра влении, перпендикулярном падению частиц; йŠ— интервал энергий частиц, пропускаемых анализатором на коллектор 5 детектора;

D — дисперсия анализатора в плоскости детектора; — скорость распространения электронной волны в коллекторе детектора.

Блок отклонения 9 вырабатывает потенциал, подаваемый на анализатор

4, в результате чего заряженные частицы с энергиями, заключенными внутри интервала LlЕ, проходят через анализатор 4 и отклоняются на координатно"чувствительный коллектор 5, У выхода 6 коллектора фиксируются частицы с энергией

EÄ(t) = Е,„+ E, = Ct +E (1) у выхода 7 - частицы с энергией

E (t) = Е,„+ Я = Ct + E„(2) где

Е () — Е,(t) Е ., Е „ const, — const Частицы с энергией Е, заключенной между Е „(t) и Е (t), фиксируются, в точке, расположенной между краями коллектора. При этом выполняется соотношение

E(t) = Е (t) +

Ez(t) - Е (t)

- - -х

Е " Я

+ E + — — --- х

1 1 где х — расстояние от края коллектора до точки, в которую фокусируются частицы с энергией

Е.

В момент времени t с выхода 6 коллектора, подключенного к счетчику 8, регистрируют импульсы, соответствующие частицам с энергией

E(t) = Ct + E сфокусированным в данный момент времени непосредственно на край 6 коллектора, и, кроме того, импульсы от частиц, сфокусированных в точках с координатами х в момент времени t — - х/v. Энергия этих частиц также равна Е (t)

В момент t — х/v энергия торможения была равна Е = C(t — х/v), следовательно, E„(t-x/v) = Ем+Я,=C(t-х/v) Е, Е (t-x/v) = Е „+ Е = C(t-х/v) + Е2 и в соответствии с выражением (3) энергия частицы, сфокусированной в момент t-х/v в точке х, равна

E(t — х/v) =Е (-х/v) +

Е (t -х/v)-E>(t-x/v)

Š— Е

С(t-х/v) + Е + — — — — Х

4 1

145

Поскольку величина С выбрана из условия

E2 — EÄ

Э

ЬЕ

С= — -v1 то выражение (4) дает г — Е х

+ g +

1 ч

E(t-х/v) = Ct

Е2 (+ — -- — -х=Ct

+ Es Ет (") Таким образом, в момент времени с выхода 6 снимаются импульсы от. частиц, имеющих энергию Е,(t)

Ct + Е,, независимо от того, в какой момент времени они попадали на коллектор. (При доказательстве предполагалось, что временем прохождения частицы от источника до коллектора можно пренебречь по сравнению со временем распространения электронной волны в пленке. При реально используемых энергиях Е> 10 эВ это выполняется с хорошей точностью.

Смысл приведенных выше формул заключается в следующем. Частицы .с одной и той же энергией, выпущенные в различные моменты времени, достигнут выхода 6 одновременно, так как частица, испущенная раньше, затормозится меньше и упадет на коллектор дальше от выхода 6, чем частица, испущенная позже, При этом закон торможения выбран так, чтобы к моменту попадания второй частицы на коллектор в некоторую точку Х, электронная волна от первой частицы достигла бы в точности этой же самой координаты Х.

Для расчета параметра торможения

dE

С по формуле С = -- v необходимо

1 знать ЬЕ = Е2 — Е,, ч и 1, Разность

E2 — Я, определяется из геометрических параметров анализатора и разности потенциалов, вырабатываемой блоком отклонения 9, Скорость ч распространения электронной волны в пленке расчитывается теоретически из формулы для линии задержки, если известны емкость и сопротивление пленки. Кроме того, скорость v может быть определена также из прямых экспериментов с импульсами токов малой продолжительности.. Величина 1 определяется непосредственно.

Экспериментальная реализация предлагаемого способа была проведена на энергетическом анализаторе типа Юза1795

Рожанского, снабженном системой предторможения, выполенной на базе цис—

1 линдрического конденсатора, ось ко5 торого совпадает с осью линейного . источника заряженных частиц, Быстродействие использованной резистивной пленки - порядка 100 мкс, минимальная энергия регистрируемых

1р электронов (E,) — десятки эВ, 8< - Е, = 50 эВ. При используемых размерах анализатора время прохождения электрона от источника до резистивной пленки не превышает десятых долей

15 мк ° с (т.е. значительно меньше, чем среднее время прохождения волны в пленке) .

Скорость изменения тормозящего потенциала составляет С t0 В/С р0 и обеспечивается блоком развертки.

Формула из обретения

Способ энергетического анализа

25 заряженных частиц, заключающийся в том, что заряженные частицы последовательно тормозят, вводят в дисперсионный энергетический анализатор, где из них выделяют частицы с энерЭ0 гиями, лежащими в полосе пропускания энергетического анализатора, направляют указанные частицы на координатно-чувствительный детектор, выполненный в виде длинной линии с распределенной емкостью и сопро35 тивлением, и получают энергетический спектр путем обработки электрических импульсов, идущих с координатночувствительного детектора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, уменьшение энергии частиц при торможении ЛЕт(эв) изменяют во времени по закону

ЬЕ т = Dvtý где D — линейная дисперсия энергетического анализатора, в плоскости координатно-чувствитель50 ного детектора,эв/м;

v — - скорость распространения электромагнитной волны в координатно-чувствительном детекторе, м/с;

55 и регистрируют интенсивность электри-. ческого тока на одном из выходов координатно-чувствительного детектора как функцию времени.