Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.05.80 (21) 2921173/18-25

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»865049 (51)М.Кл.а Н 01 J 49/48 с присоединением заявки—

1осударстееиинй комитет

СССР ио делан изебретеиий и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.04.82. Бюллетень № 14 (53) УДК 621.387.424 (088.8) (45) Дата опубликования описания 15.04.82., Ф (I (72) Автор изобретения

Т. Я. Фишкова

r"

4 6.!

Ордена Ленина физико-технический инсти т им. А. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к спектрометрии заряженных частиц, а именно к анализу заряженных частиц по энергии.

Известен электростатический энергоанализатор заряженных частиц с однородным полем, образованный двумя плоскопараллельными электродами (плоский конденсатор) (1). Величина линейной дисперсии Д, отнесенная к характерному размеру Z — расстоянию вдоль продольной оси прибора от узла, формируюшего пучак, до приемника заряженных частиц, которая является относительной дисперсией при бора, для плоского конденсатора составляет

Д„„= 1. Удельная дисперсия Д„, (отношение линейной дисперсии к величине главного аберрационного члена; зависящего от угла раствора пучка а в плоскости дисперсии) для плоского конденсатора, работающего в режиме с фокусировкой первого - порядка равна Д„а = 05, а для плоского конденсатора с фокусировкой второго порядка — Д, а = 0,1.

Основным недостатком плоского конденсатора являются очень низкие значения величин как относительной, так и удельной дисперсии.

Известен электростатический энергоанализатор заряженных частиц с неоднородным полем, образованный двумя концентрическими сферами (сферическое зеркало) (2), либо. частями таких афер (сферический дефлектор) (3). Относительная и удельная дисперсии сферического дефлекб тора равны, соответственно, Д„„ = 1, Д, а = 1 и 1,33 (для разных величин плеч прибора); дисперсия сферического зеркала несколько меныше.

Недостатками сферических анализато10 ров являются сложная для изготовления форма электродов, а также сравнительно низкая дисперсия.

Известен электростатический энергоанализатор с линейным полем, образован15 ный двумя электродами в форме гиперболических цилиндров (гиперболическое зеркало) 14). Относительная дисперсия гиперболического зеркала Д„„= 1,3, а удельная дисперсия II„,à = 0,8. Несмотря на хоро20 шие диспергирующие и фокусирующие свойства, анализатор типа гиперболическое зеркало не натпел применения на практике из-за сложной формы электродов..

Ближайшим к изобретению является

25, электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий узел формирования пучка заряженных частиц, узел формирования поля в виде двух электродов, источник постоянного напряжения и

30 приемник заряженных частиц 15).

865049

45 пучка заряженных частиц в поле предлагаемого энергоанализатора с внешней стороны второго электрода дисперсия по 50 энергии увеличивается, а расстояние между входом и выходом пучка из поля уменьшается за счет сильного возрастания отклоняющего действия электростатического поля, изменяющегося по кубическому закону. При этом источник, узел формирования и приемник заряженных частиц должны находиться с внешней стороны второго электрода.

Энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало, выбранный в качестве прототипа, получил широкое распространение, так как обладает высокой светосилой и имеет сравнительно просвую конструкцию.

Относительная дисперсия !,илиндрического зеркала Д„,, = 0,91, а его удельная дисперсия составляет Д, аз = 0,18.

Недостатком прототипа — цилиндрического зеркала являются большие размеры прибора в продольном L=6,1 r (где r— радиус внутреннего !цилиндра) и поперечном направлении d=4 r (где d — диаметр внешнего цилиндра). Кроме того, прибор имеет сравнительно малую дисперсию

Д = 5,6 и сравнительно большой коэффициент аберрации третьего порядка Сз —— 15,4 r, что определяет невысокий уровень относительной и удельной дисперсии.

Целью изобретения является повышение дисперсии электростатического анализатора заряженных частиц по энергии и уменьшение его габаритов.

Эта !цель достигается тем, что в электростатическом энергоанализаторе заряженных частиц, содержа!щем узел:формирования пучка заряженных частиц, узел ,формирования поля в виде двух электродов, источник постоянного напряжения и приемник заряженных частиц, один из электродов узла формирования поля выполнен в виде двугранного угла величи"г ной — +-0,01, а другой его электрод распо ложен внутри первого симметрично относительно плоскости, проходищей через ребро двугранного угла и делящей его пополам, причем узел формирования пучка и приемник заряженных частиц расположены с внешней стороны второго электрода.

Поле, создаваемое такими электродами, имеет плоскость симметрии и растет пропорционально кубу расстояния, отсчитываемого от ребра двугранного угла по направлению ко второму электроду, т. е. является сильно неоднородным. При впуске

Ниже дано аналитическое выражение для расстояния между входом в поле и выходом из поля центральной траектории пучка заряженных частиц в плоскости дисперсии EOZ (плоскость симметрии поля):

40,/2Ф g - (к

d = 1 — — cos 8F я, —, (1) (V Х„„„ 4

4 / Ф где X„„„=g (y 1 — — sine, a = are cos

Хм,.;и

К

Здесь V u g — разность потенциалов и расстояние между электродами энергоанализатора, соответственно: Ф вЂ” ускоряющий потенциал; Π— угол наклона центральной траектории пучка на входе в поле, образованный с осью Z; X„„, — координата точки поворота центральной траек",с 1, тории пучка; FI:-, — ) — эллиптический интеграл первого рода.

Дифференцируя выражение (1) по энергии и доумножая на энергию частиц, получим формулу для дисперсии прибора

=Й (. ..Л вЂ”."—

Ф вЂ” g sin Îñîç0

U (2)

Ф

При определенной связи параметров

V и 6 в предлагаемом энергоанализаторе может быть осуществлена фоиусировка до второго порядка включительно в плоскости дисперсии.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение предлагаемого электростатического энергоанализатора; на фиг. 2 приведена его схема в плоскости дисперсии.

Предлагаемый энергоанализатор состоит из узла формирования пучка заряженных частиц 1, узла формирования поля, содержащего электроды 2 и 3, приемника заряженных частиц 4.

Энергоанализатор работает следующим образом, Из узла для формирования пучка 1, ось которого расположена под углом к границе поля, выходит пучок заряженных частиц

5, попадающий в электростатическое поле, образованное в пространстве между электродами 2 и 3. Ход траектории пучка в этом поле является зеркально симметричным (при определенных условиях) 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 узла, формирования 1.

Приводим результаты расчета относительной и удельной дисперсии предлагаемого анализатра по энергии.

Оптимальным режимом, при котором осуществляется фокусировка второго по865049 рядка и имеет место максимальное значеV ние дисперсии, оказался режим с Ф вЂ” — 0,986 и 8 = — 73,5 для случая, фокусировки на краю поля (Ь=,О). При этом в соответствии с формулами (1) и (2) имеем

d= 0,90 g и Д = 6 5 g Коэффициент аберрации третьего порядка для этого режима оказался равным Сз — — 8,0 g. Тогда величина относительной дисперсии предлагаемого прибора Д„„=7,2, а величина его удельной дисперсии Д„,а =0,40. Полученные величины относительной дисперсии в

8 раз, а удельной дисперсии в 2,2 раза превышают соответствующие величины прототипа (цилиндрического зеркала), Таким образом, предлагаемый электро статический энергоанализатор позволяет примерно на порядок превысить относительную дисперсию известных приборов, что дает возможность повысить дисперсию энергоанализатора при одновременном сокращении его размеров. При этом в плоскости дисперсии предлагаемого энергоана,лизатора осуществляется фокусировка второго порядка по углу, что обеспечивает выигрыш в удельной дисперсии по сравнению с лучшими известными приборами та.кого типа. Описываемый энергоанализатор прост в конструктивном отношении.

Формула изобретения

Электростатический энергоанализатор .заряженных частиц, содержащий узел формирования пучка заряженных частиц, узел формирования поля в виде двух электро.дов., источник постоянного напряжения и приемник заряженных частиц, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения дисперсии прибора по энергии и уменыпения

его габаритов, один из электродов узла формирования поля выполнен в виде дву7? гранного угла величиной — - 0,01, а другой его электрод расположен виутри пер10 вого симметрично относительно плоскости, проходящей через ребро двугранного угла и делящей его пополам, причем узел формирования пучка и приемник заряженных частиц распложенны с внешней стороны второго электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:.

1. Афанасьев,В. П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука», 1978, с. 53 — 70.

2. Афанасьев В.,П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пуч25 ков заряженных частиц, М., «Наука», 1978, с. 184 — 188.

3. Афанасьев В. П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука», 1978, зо с. 125 — 143.

4. Афанасьев В. П., Явор С. Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц, М., «Наука», 1978, с. 181 — 185.

5. Фридрихов С. А. Энергоанализаторы и монохроматоры для электронной спектроскопии. Л., изд. ЛГУ, 1978, с. 60 — 61, с. 68 — 77 (прототип).

865049

3 Фиг.2

Составитель С. Простов

Техред И. Пенчко Корректор И. Осиновская-.

Редактор И. Гохфельд

Тип. Харьк. фил, пред. «Патент>

Заказ 361/272 Изд. № 130 Тираж 676 Подписное.

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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