Энергоанализатор пучков заряженных частиц

 

Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешающей способности для исследования энергоугловых распределителей в потоках заряженных частиц малых и средних энергий. Целью изобретения является одновременное повышение разрешающей способности и чувствительности энергоанализатора. Энергоанализатор содержит внутренний полусферический электрод 1 радиуса R0, выполненный из мелкодисперсной высокопрозрачной металлической сетки, набор сферических концентрических сегментов 2. плоский экран 3, содержащий приемное отверстие 4, причем в плоское™ экрана располагается источник 5, набор кольцевых электродов 6, на которые подаются потенциалы для защиты области рабочего поля энергоанализатора, детектор 7 на основе плоской микроканальной пластины, распо w Ј СО CJ о о ..$./

СОГОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 J 49/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775631/21 (22) 16.11;89 (46) 07.03.92. Бюл. йз 9 (72) В.В.Зашквара и А.А.Бок (53) 621.384(088,8) (56) Зашквара В.В., Юрчак Л.С., Былинкин

А.Ф. — Журнал технической физики, 1988, т.58, N 10, с, 2010.

Патент США М 4849629, кл. 250--305, 18.07.89.

Европейский патент М 268232 А2, кл. Н

01 J 49/44, 1988. (54) ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может бйть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешаю5U„„1718300 А1 щей способности для исследования энергоугловых распределителей в потоках заряженных частиц малых и средних энергий.

Целью изобретения является одновременное повышение разрешающей способности и чувствительности энергоанализатора, Энергоанализатор содержит внутренний полусферический электрод 1 радиуса Я0, выполненный из мелкодисперсной высокопрозрачной металлической сетки, набор сферических концентрических сегментов 2, плоский экран 3, содержащий приемное отверстие 4, причем в плоскости экрана располагается источник 5, набор кольцевых электродов 6, на которые подаются потенциалы для защиты области рабочего поля энергоанализатора, детектор 7 на основе плоской микроканальной пластины, расп1718300 ложенной за экраном против приемного отверстия, фильтр 8 высоких энергий из трех прозрачных полусферических сеток 9,10,11, центры которых совпадают с источником, делитель 12 напряжения. Благодаря тому, что набор сферических сегментов 2 расположен вблизи огибающей траекторий заряженных частиц, имеющих энергию, равную

Изобретение относится к спектроско-. пии пучков заряженных частиц и может бйть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешающей способности для исследования 5 энергоугловых распределений в потоках заряженных частиц малых и средних энергий.

Целью изобретения является одновременное улучшение разрешающей способ ности и чувствительности энергоуглового 10 анализа.

На фиг.1 изображен схематично энергоанализатор пучков заряженных частиц; на фиг.2-схема ходатрех траекторий частиц различных энергий, вылетающих под углом 15 .а= 90 (i = 0,7)

Энергоанализатор пучков заряженных частиц состоит из внутреннего полусферического электрода 1 радиуса Ro, выполненного, аз мелкодисперсной высокопрозрачной ме- 20 таллической сетки (в другом варианте — это . тонкий полусферический электрод с набором узких щелей, расположенных в меридианальных плоскостях, сходящих на линии, соединяющей источник и центр выходного 25 отверстия); набора сферических концентрических сегментов 2, радиусы которых выбираются из интервала Ro (1+ 1 — (! /Ro) ) < R)

< 2 4; плоского экрана 3, содержащего приемное отверстие 4, в плоскости экрана 3 30 располагается источник 5, причем источник

-5 и отверстие 4 рэвноудалены от центра 0 сферических электродов, набора кольцевых электродов 6, на которые подаются потен- 35 циалы для защиты области рабочего поля энергоанализатора, детектора 7 на основе. плоской микроканальной пластины, расположенной за экраном 3 против приемного отверстия 4, фильтра 8 высоких энергий из 40 трех прозрачных полусферических сеток 911, центры которых совпадают с источником 5. На сегменты 2 с делителя 12 подают задерживающие потенциалы Ui в соответст45 энергии настройки анализатора, набор сегментов работает как фильтр низких энергий, убирая неинформативные частицы. Геометрические размеры связаны с сопротивлениями резисторов делителя 12 так, чтобы осуществлялась идеальная угловая фокусировка, 2 ил. вии с эквипотенциалэми сферического поля —, на которых эти сегменты находятся

2 где Uq — потенциал на первом сегменте (радиус первого сегмента составляет R1 = 2Ro.

B режиме без сужения полосы пропускания энергоанализатор работает следующим образом, Внутренний электрод 1 и сетки фильтра

8 находятся под нулевым потенциалом. Источник 5 эмиттирует заряженные частицы под различными углами Q e телесный угол, близкий к 2 . Поток частиц через внутренний электрод 1 поступает в область тормозящего сферического поля и испытывает отражение. Согласно условию идеальной угловой фокусировки в сферическом зеркале (СЗ) при заданной величине задерживающего потенциала U> на первом сегменте и Ui на остальных сегментах набора 2 заряженные частицы, кинетическая энергия которых Ео удовлетворяет соотношению qU >/Ео = 1, фокусируются на приемное отверстие 4, после прохождения отверстия 4 попадают на поверхность микроканальной пластины 7, регистрирующей при заданной энергии настройки анализатора функцию распределения эмиттируемых источником 5 заряженЛ ных частиц как по полярному (а = Π— — )

2, так и по азимутальному (Π— 27г ) углам. Благодаря присутствию СЗ линейной дисперсии, изменяя задерживающие потенциалы на электродах 2, последовательно в спектрометрическом режиме регистрируют угловые распределения частиц при различных кинетических энергиях. АФ в этом режиме размыта по основанию.

В режиме сужения полосы пропускания улучшение АФ энергоанэлизэтора, повышение его разрешающей способности, а также

1718300

В полярных координатах R,d уравнение огибающей пучка в условиях идеальной уг-., ловой фокусировки СЗ имеет вид 35

Rm = 1+ VÃ1 — I sin Q (2) Производная от Rm по величине относительной энергии б = бЕ/Ео также равна 40 (3).

45 устранение искажений при угловых измерениях, осуществляются посредством дополнител ьного. сужения пропускаемого энергоанализатором энергетического ин- 50 тервала в результате. включения в работу. двойного фильтра. С этой целью между сегками 9 и 10 высокоэнергетического фильтра

8 создают задерживающее поле, через icoторое от источника 5 проходят заряженные 55 частицы с кинетической энергией, превы- . шающей высоту потенциального барьера, создаваемого полем. Далее эти частицы подускоряются полем между сетками фильтра 10 и 11, приобретая дополнительную кинетическую энергию порядка 50-100 эВ, и поступают в поле СЗ, которое настроено на режим идеальной угловой фокусировки частиц с кинетической энергией, соответствующей низкоэнергетииескому краю поло-: сы пропускания высокоэнергетического 5 фильтра 8.

Низкоэнергетический фильтр сформирован набором из сферических сегментов 2, . расположенных вблизи сгибающей пучка (фиг.1, штриховая линия) и находящихся под 10 потенциалами Ui, благодаря чему лишь те частицы отражаются от поля СЗ и фокусируются на приемном отверстии 4, кинетическая энергия которых приходится на участок низкоэнергетического края спектра 15 частиц, прошедших через первый фильтр., Частицы больших энергий, траектории кото- рых пересекают контур сегментов 2, рассеиваются, поглощаются поверхностью сегментов(или простреливают их насквозь), . 20 если сегменты выполнены из прозрачной сетки) и выбивают из пучка. В режиме дисперсии, согласованно изменяя потенциалы на сегментах 2 и сетках фильтра 8 так, чтобы энергия пропускания соответствовала уча-. 25 стку низкоэнергетического края спектра ча-стиц, прошедших через фильтр 8, с помощью микроканальной пластины 7 регистрируют угловые распределения частиц при различн@м кинетических энергиях в ус- 30 ловиях скоррегированной аппаратной фуНкции анализатора.

Выберем величину радиального зазора - ,Л разделяющего сферические сегменты.

Пусть один край каждого сегмента ложится на огибающую пучка, тогда можно рассчитать угловые координаты краев сегментов по формуле

1 з1п а= — Л вЂ” (-1 — и Л)2 « 1, и= 1,2 (4) 100-Л

2(1+ >1 - Isbn а) (5) Для а 90 а «1,75%. Низкоэнергетическое разрешение сеточного высокоэнергетического фильтра может быть меньше

1%. Суммарное энергетическое разрешение системы двух фильтров составит 2-3%, что в несколько раз меньше величины размытия аппаратной функции у основания известного устройства, На указанном примере показана возможность бездисперсного сужения энергетического интервала пучка, что позволяет в режиме дисперсии в

2-3 раза улучшить разрешение энергоанализатора и поднять его чувствительность.

Таким образом, предлагаемый энергоанализатор по сравнению с известным имеет узкую по. основанию аппаратную функцию (2 — 3% по сравнению с 10-15%) и поэтому более высокую (в 2 — 3 раза) разрешающую способность и чувствительность, не искажает угловое распределение заряженных частиц при регистрации, в.результате повышается качество получаемой информации.

Формула изобретения

Энергоанализатор пучков заряженных частиц, содержащий два электрода; внутренний — в форме сетчатой полусферы и наружный — в форме части сферы вдвое большего радиуса и концентричный с внутренним электродом, плоский экран с приемным отверстием, расположенный в секущей плоскости внутреннего полусферического электрода, расположенный во внутреннем электроде фильтр высоких энергий из полусферических сетчатых электродов с общим

Пятисегментная отражающая система рассчитана лля1-1,7; Ь =0,06;а1= 29;2,„. à q,=42,7 ; а.я- 54,8; а =68,2 . В рассматои»; ваемом случае максимальную глубину проникновения отражаемых фильтром частиц эа линию огибающей пучка можно оценить как

634 = Л/2. а энергетическое разрешение низкоэнергетического фильтра определяют по формуле (3):

1718300

R Rp(1+ /1 -(I/Rp) sin à J

Rp(1+ /Г-(1/Rp)2)< В! а)2ИО причем ближайший к секущей плоскости край каждого сегмента находится на поверхности вращения, образующая которой опи- 0 сывается соотношением

r г2,...г =()(— — — ) 1 1 1

R2 — R1 Rn+1 Rn иГ2

Составитель К.Меньшиков

Техред M. Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор И.Шулла

Заказ 886 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 центром на секущей плоскости. внутреннего электрода, а также плоский координатночувствительный детектор, расположенный по ходу пучка частиц за приемным отверстием в плоском экране, отличающийся тем, что, с целью одновременного улучшения разрешающей способности и чувствительности энергоуглового анализа, между внутренним и наружным электродами введены дополнительные электроды в форме кольцевых сферических сегментов, концентричных внутреннему сферическому электроду и имеющих радиусы Ri, м, лежащие в интервале где Rp — радиус внутреннего сферического электрода, м;

l — удаление общего центра электродов фильтра высоких энергий от общего центра внутреннего и наружного электродов, м;

a — полярный угол, отсчитываемый от поверхности плоского экрана с приемным отверстием (рад), а также дополнительно введен делитель напряжения из последовательно соединен15 ных резисторов, подключенных к соответствующим дополнительным. электродам, а сопРотивлениЯ котоРых г1,...fn, ом свЯзаны соотношением