Энергетический анализатор с угловым разрешением для анализа рассеянных ионов

 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для исследования поверхностей путем анализа упруго рассеянных ионов по энергиям и углам разлета. Целью изобретения является повышение разрешающей способности. Поставленная цель достигается тем, что рассеянный образцом пучок ионов после электроанализа в квазисферическом четырехсеточном анализаторе 6,7,8,9 и преобразования в электронный пучок на первой микроканальной пластине 11 фокусируют в одной плоскости с помощью цилиндрической одиночной линзы 17 на щелевую диафрагму 20. Ее щель расположена под углом к плоскости фокусировки цилиндрической линзы 17, и в зависимости от степени отклонения пучка отклоняющей системой 21, 22 на вход второй микроканальной пластины 23 попадают электроны, количество которых пропорционально количеству ионов, входящих в анализатор под данным углом. С выхода второй микроканальной пластины 23 спектр обрабатывается обычным образом, например, с помощью ЭВМ. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социАлистичесних

РЕСПУЬЛИН (51) 4 Н 01 д 49/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flo H306pETEниям и ОтнРытиям

APH ГННТ СССР (21) 4235894/24-21 (22} 27.04.87 (46) 07.04.89. Бюл. У 13 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) С.В.Маньковский, В.Т. Черепин и Л.Н.Бабанская (53) 621.384(088.8) (56) Патент США К 4100409, кл. 250-305, 1978.

Ярмофф и Уильямс. Установка для спектроскопии медленных ионов. — Приборы для научных исследований, 1986, В 3, с. 125. (54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР С

УГЛОВЪМ РАЗРЕШЕНИЕМ ДЛЯ АНАЛИЗА

РАССЕЯННЫХ ИОНОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использо-. вано для исследования поверхностей путем анализа упруго рассеянных ионов по энергиям и углам разлета.

Целью изобретения является повышение

ÄÄSUÄÄ 14712 3 А < разрешающей способности. Поставленная цель достигается тем, что рассеянный образцом пучок ионов после электроанализа s кваэисферическом четырехсеточном анализаторе 6, 7, 8, 9 и преобразования в электронный пучок на первой микроканальной пластине 11 фокусируют в одной плоскости с помощью цилиндрической одиночной линзы

17 на щелевую диафрагму 20. Ее щель расположена под углом к плоскости фокусировки цилиндрическ:й линзы 17, в зависимости от степени отклонения пучка отклоняющей системой 21„ 22 на вход второй микроканальной пластины 23 попадают электроны, количество которых пропорционально количеству ионов, входящих в анализатор иод данным углом. С выхода второй микроканачьной пластины 23 спектр обрабатывается обычным образом, например, с помощью ЭВМ. 3 ил.

1471233

Изобретение относится к технической физике„ предназначено для анализа распределения упруго рассеянных ионов по энергиям и по углам разлета и может быть использовано в физическом приборостроении, в химической промышленности при исследовании свойств поверхности катализаторов, необходимых для получения новых хи- 10 мических веществ, в электронной промышленности для изучения свойств поверхности полупроводников, используемых для изготовления электронных приборов. 15

Цель изобретения — повышение способности анализатора.

На фиг. 1 дано схематическое расположение деталей устройства в вакуумной камере; на фиг. 2 — пример конкретного выполнения; на фиг. 3— расположение и размеры отдельных элементов анализатора.

Анализатор состоит из вакуумной камеры 1 (фиг. 1), с которой соединен магнитный масс-сепаратор 2 с дуоплазматроном в качестве источника 3 ионов. В камере 1 размещен энергоанализатор, закрепленный на фланце Й.

Иежду камерой 1 и фланцем 4 находится переходник-удлинитель 5. Полусферические сетки 6-9 анализатора (фиг.

1 и 2) с радиусом кривизны К,, Р

R„, К< соответственно размещены в камере 1. Их центры сфер совпадают 35 с поверхностью образца. Сетки 6 9 . закрепляются между кольцами. В последних имеются отверстия, с помоЩью которых они надеваются на стержни

10, изготовленные из нержавеющей 40 стали. При этом на стержни предварительно.надеваются керамические трубки в качестве изоляторов, а между собой сетки разделены керамическими кольцами. Сетки 6 и 9 заземлены, 45 а сетки 7 и 8 соединены между собой и подсоединены к выходу высоковольтного исТочника пилообразного напряжения (не показан).

На стержнях 10 крепится микрока" нальная пластина (MIGI) 11 при помощи металлических колец 12 и 13 с внутренним диаметром с ц, меньший диаметра МКП. Плоская сетка 14 необходима для создания эквипотенциального пространства между ИКП 11 и сеткой 9 и расположена вблизи MKII 11. Сетка

14 крепится к металлическому кольцу, в котором имеются отверстия. С помощью этих отверстий кольцо с сеткой надевается на стержни 10. На кольцо

12 подается отрицательное напряжение

1-1,5 кВ, а на кольцо 13 - отрицательное напряжение 300-700 В. Сетка

15 заземлена и служит для создания эквипотенциального пространства между ИКП 11 и диафрагмой 16. Она крепится так же, как и сетка 11. Одиночная цилиндрическая линза 17 состоит из трех диафрагм 16, 18 и 19.

Диафрагмы представляют собой прямоугольные пластины из нержавеющей стали, в которых имеются узкие щели шйриной 1-3 мм и длиной, не превышающей диаметра MIGI 11. Диаграммы

16 и 19 заземлены. Расстояние между диаграммами и потенциал V на диафрагме 18 выбираются из условия, что фокус f лежит в плоскости щелевой диафрагмы 20. Приближенное значение можно получить из выражения

1 3 eV м»«()g

К 8О К. где Е- — энергия электронов;

D — расстояние между диафрагмами.

Щели в диафрагмах 16, 18 и 19 лежат в исследуемой плоскости (плоскости рассеяния ионов). Щель в щелевой диафрагме 20 находится под углом оС к исследуемой плоскости (фиг. 3).

Чем больше угол < и - ем меньше ширина щели Й в щелевой диаграмме 20, тем лучше разрешающая способность по углам. Но необходимо учитывать, что уменьшение ширины щели d уменьшает чувствительность анализатора, а величина угла оа ограничена расстоянием h между отклоняющими пластинами

2 1 н 22 системы отклонения пучка.

Значение h выбирается такий, чтобы поле между пластинами .21 и 22 было однородным. В диафрагмах 16, 18-20 имеются отверстия для крепления на стержнях 10. Иежду диафрагмами 19 и 20 на стержни 10 надеты керамические трубки, к которым крепятся отклоняющие пластины 21 и 22. Длина и ширина Ъ пластин больше расстояния между ними а > h, Ь h, .а ширина пластин Ь еще и больше длины щелей Ь) 1

Расстояние от пластин до диафрагмы выбирается большим, чем расстояние

1471233 между ними. Пластина 22 подключена к высокостабилизированному источнику постоянного напряжения. Пластина 21 и щелевая диафрагма 20 заземлены.

За диафрагмой 20 на всей длине щели размещена вторая NGI 23. Она крепится между двумя кольцами 24 и 25, в которых имеются отверстия.

С помощью отверстий кольца с ИКН крепятся на стержнях 10. Кольцо

24 подключено к источнику высокого напряжения, а кольцо 25 — к усилителю постоянного тока, находящемуся за пределами камеры.

Пучок ионов с энергией Е; от источника 3 {фиг. 1), пройдя через масс-сепаратор, попадает на образец и рассеивается на нем. После этого рассеянные ионы проходят через сетки 6-9. На сетки 7 и 8 подает пилообразное тормозящее напряжение U ..

Благодаря этому через сетки проходят более быстрые ионы (с энергией Е; больше q U ). При этом ток прошедших ионов равен г Е;

1(Е ) = I J N(EpdEd&, (1)

О, Ет где 8 — угол рассеяния ннов; заряд ионов;

N(E,8)- угловое и энергетическое распределение ионов;

Е = и П

Пройдя через сетки 6-9, ионы попадают на ЖЖ 11, которая предназначена для преобразования ионного пучка, имеющего ионы с разными значениями энергии, в моноэнергетический электронный пучок. Ток электронов пропорционален току влетевших ионов и сохраняет пространственное распределение ионного тока. Такое преобразование необходимо для того, чтобы избежать пространственной дисперсии при анализе углового распределения ионов, а также для усиления ионов тока, который обычно очень мал и

-а <а может составлять 10 -10 А. Значение потенциала на кольце 13 определяет энергию электронов, выпетевших из ИКП. Далее электронный пучок проходит через одиночную цилиндрическую линзу 17, которая фокусирует пучок на щелевой диафрагме 20. Последняя вырезает электроны из узкого интервала углов вблизи анализируемого угла рассеяния.

Подачей положительного или отрицательного потенциала на пластину 22 можно отклонять пучок вверх или вниз и тем самым изменять анализируемый угол рассеяния ° Электроны, прошедшие через щелевую диафрагму 20, попадают на вход второй ИКП 23, с выхода которой усиленный сигнал поступает на усилитель постоянного тока и через

АЦП вводится в ЭВИ. Чтобы получить энергетическое распределение ионов, 20 рассеянных в выделенном направлении, нужно получить сигнал продифференцировать по энергии, что следует из выражения (1) . Это производится численно с помощью ЭВИ. Продифференцированный сигнал выводится на графопостроитель, так как именно он несет в себе информацию об энергетическом распределении ионов.

30 Формула изобр те ния

Энергетический анализатор с угловым разрешением для анализа рассеянных ионов, содержащий последовательно расположенные в вакуумной камере вдоль ионно-оптической оси источник ионов, концентрично расположенные полусферические сетки, плоскую сетку и микроканальную пластину, о т л и4р ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, анализатор дополнительно содержит последовательно расположенные вдоль ионно-оптической оси одиночную ци45 линдрическую линзу, систему отклонения пучка в плоскости фокусировки одиночной цилиндрической линзы, щелевую диаграмму, щель которой расположена наклонно к плоскости фокусировки одиночной цилиндрической

4 линзы в ее канальной плбскости, и вторую микроканальную пластину.

1471233

ГО

Составитель К. Меньшиков

Редактор А. Мотыль Техред"Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 1612/52 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101