DE2331091C3 - Einrichtung zur Bestimmung der Energie geladener Teilchen - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung der Energie geladener TeilchenInfo
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- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
- H01J49/46—Static spectrometers
- H01J49/48—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Energie geladener Teilchen, insbesondere
Elektronen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Durchführung der Elektronen-Spektroskopie für die chemische Analyse (ESCA) wird die zu untersuchende
Probe mit ionisierenden Strahlen beschossen. Die Energie der dadurch aus der Oberfläche der Probe
ausgelösten Elektronen wird gemessen. Das aufgenommene Energiespektrum der Elektronen zeigt die
chemische Zusammensetzung der Probe in seiner Oberfläche.
Aus der DE-OS 19 48 757 ist es bekannt, die von der
Probe ausgehenden Elektronen unmittelbar im Bereich s der Probe zu verzögern und durch einen Ringspalt
einem Energieanalysator zuzuführen. Die Verzögerung bewirkt eine Verbesserung der Eigenschaften —
insbesondere der Auflösung — des in der DE-OS 19 48 757 beschriebenen Elektronenspektrometers. Diesem
vorbekannten Elektronenspektrometer haftet jedoch der Nachteil an, daß die unmittelbare Umgebung
der Probe nicht feldfrei ist Dadurch ist es nicht möglich, andere Experimente gleichzeitig mit der unveränderten
Probe durchzuführen oder durch alleiniges Umschalten
is von Geräten ohne Umbau nacheinander Analysen der
Probe vorzunehmen. Außerdem ist die Entfernung zwischen der Probe und dem Analysator sehr klein. Es
ist deshalb schwierig eine Aperturdefinition außerhalb des Analysator; durchzuführen. Schließlich ist es
nachteilig, daß in den Analysator Teilchen (Elektronen, Photonen, schnelle Neutralteilchen, Schmutz vom
Sputtern) mit hohen Energien eintreten und dort Streuelektronen erzeugen können, die wiederum einen
erhöhten Untergrund im Energiespektrum bilden.
Aus der GB-PS 13 03 136 und der DE-OS 22 22 339 sind Geräte zur Spektroskopie von Elektronen bekannt
bei denen zwischen der Probe und der Eintrittsöffnung des Energieanalysators ein elektronenoptisches System
mit einer Retardierungsstrecke angeordnet ist Bei allen offenbarten Lösungen ist jeweils das Linsensystem
selbst als Verzögerungslinse ausgebildet Das hat den Nachteil, daß sich bei einer Änderung des Verzögerungsfaktors
auch die Vergrößerung des Linsensystems verändert Dadurch ist der Bereich, in dem der
Verzögerungsfaktor einstellbar ist, relativ klein, so daß häufig optimale Meßbedingungen nicht eingestellt
werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung der Energie
geladener Teilchen, insbesondere Elektronen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs ! derart zu gestalten,
daß der Verzögerungsfaktor unabhängig von der Vergrößerung des Linsensystems einstellbar ist ohne
auf eine Probe mit feldfreier Umgebung verzichten zu müssen. Außerdem soll ein relativ kompakter Aufbau
des zwischen der Probe und dem Energieanalysator befindlichen elektronenoptischen Systems erreicht
werden.
Infolge der besonderen Lage der Verzögerungsstrekke ist die Vergrößerung des Linsensystems unabhängig
von dem eingestellten Verzögerungsfaktor, d.h., bei unterschiedlichen Verzögerungsfaktoren bleibt die
Vergrößerung konstant, was bei den Systemen nach den Entgegenhaltungen nicht der Fall ist Der mögliche
Verzögerungsbereich reicht von Werten nahe 0 (in der Praxis 0,01) bis nahe unendlich (in der Praxis 1000),
übersteigt also fünf Zehnerpotenzen, was ebenfalls mit Verzögerungslinsen der vorbekannten Bauart, deren
Verzögerungsbereich maximal zwei Zehnerpotenzen umfaßt, nicht erreicht werden kann. Die Umgebung der
Probe kann dabei feldfrei gehalten werden, was eine zugängliche Anordnung der Probe für andere gleichzei-
·■■-. tig durchführbare Experimente erlaubt
Der zwischen der Probe und der Bremsstrecke liegende erste Teil (erste Linse) kann z. B. als
vergrößernd abbildende Linse ausgebildet sein, wo-
durch nach dem Liouvilleschen Satz keine Winkelaufweitung
der Elektronenstrahlen bewirkt wird. Die
»Vergrößerung« wird vorteilhaft jedesmal so gewählt, daß nur von der Probe und nicht von der Halterung der
Probe emittierte Elektronen in den Eintrittsspalt des Analysators gelangen.
In dem zwischen der Retardierungsstrecke und dem Eingangsspalt des Energieanalysators liegenden zweiten
Teil (zweite Linse) erfolgt die Aperturbildung des Strahlenbündels im parallelen Strahlengang mit gleichzeitigem
Einfädeln in den Analysator. Beide Linsen arbeiten in der Betriebsweise einer Einzellinse, was
gerätetechnisch einfach durchzuführen ist Nicht nur die Umgebung der Probe, sondern auch der Eintrittsspalt
des Energieanalysators können dadurch von störenden Feldern freigehalten werden.
Zweckmäßig ist in der zweiten Linse eine asymmetrische, dem Eintrittswinkel und Eintrittsspalt des Energieanalysators
entsprechende Blende angeordnet Durch diese Blende wird das Eindringen der erwähnten
hochenergetischen Teilchen in den Analysator vermieden.
Die Abbildungseigenschaften der beiden Linsen sind zweckmäßig so gewählt, daß die Bildebene der ersten
Linse in der Bremsstrecke liegt und diese Bildebene die Gegenstandsebene der zweiten Linse darstellt, deren
Bildebene im Eintrittsspalt des Energieanalysators liegt Dadurch werden optimale Abbildungseigenschaften
erzielt Die Bremsung führt in dieser Betriebsweise lediglich zu einer Strahlaufweitung bei geringfügiger
Veränderung der zweiten Gegenstandsebene ohne Änderung des Abbildungs-Maßstabes.
Weiterhin ist es zweckmäßig, die Einzellinsen zur Bremsstrecke hin durch Gitter mit großer Transmission
zu begrenzen. Dadurch wird eine Beeinflussung des Feldes der Einzellinsen durch das die Bremsung der
Teilchen bewirkende Feld vermieden.
Zur Erzielung eines kompakten Aufbaues des Linsensystems ist es außerdem vorteilhaft, zumindest in
der ersten Linse ein weiteres Gitter mit großer Transmission anzuordnen. Dadurch kann der sphärische
Abbildungsfehler mindestens um den Faktor 2 verringert werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die
Linsen aus nicht-magnetischem und nicht-korrodierendem
Material bestehenden Rohrlinsen mit jeweils darin angeordneten weiteren Gittern bestehen. Die Gitter
bestehen vorteilhaft aus Moybdän mit Niobringen und weisen eine Transmission größer 95% auf.
Vorzugsweise ist dabei die Sprungstelle für die Potentiale der jeweiligen Linse in einer Entfernung von
ca. 1A Durchmesser vom Gitter zu wählen. Dadurch
können Elektronenbündel hoher Apertur (± 20°) bei der Elektronenspektroskopie trotz Verzögerung verlustfrei
genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist schließlich, daß die Vakuumapparatur,
in der die erfindungsgemäße Einrichtung untergebracht ist, im Bereich der Probe als Kugelrezipient
mit einer Mehrzahl von Flanschanschlüssen ausgebildet ist An diese Flanschanschlüsse können
weitere Einrichtungen (Massenfilter, Ionenquelle, Elektronenquelle, Röntgenque'lc, UV-Quelle, Präparationskammern,
Schleusen, Pumpen und dergleichen) für die gleichzeitige Durchführung von Experimenten oder für
ohne Umbau kurz hintereinander durchzuführende Experimente angeschlossen werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
In der F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt die im
ίο wesentlichen aus der Probe 1, dem elektronenoptischen
System 2 und dem halbkugelförmigen Energieanalysator 3 besteht Die Elemente 1 bis 3 sind innerhalb eines
generell mit 4 bezeichneten Vakuumbehälters angeordnet der im Bereich der Probe 1 als Kugelrezipient 5 mit
is einer Mehrzahl von Flanschanschlüssen 6 ausgebildet
ist
Das elektronenoptische System 2 besteht aus den Teilen 7 und 8, welche jeweils als Einzellinse wirken.
Zwischen diesen beiden Einzellinsen ist die Bremsstrekke 9 vorgesehen. Zur Bremsstrecke 9 hin sind die Linsen
7 und 8 durch die Gitter 10 bzw. 11 begrenzt Zur Erreichung der möglichst fehlerfreien Abbildung ist
außerdem in der Linse 7 das Gitter 21 vorgesehen, das von der zugehörigen Potentialsprungstelle um einen
Betrag entfernt ist der ca. 1A des Durchmessers des
jeweiligen Gitters entspricht Außerdem ist die Linse 7 zur Probe hin durch das Gitter 13 begrenzt um auch das
Feld der Linse 7 von der Probe 1 fernzuhalten und gleichzeitig eine kurzbrennweitige Linse zu erzeugen. In
der Linse 8 ist die asymmetrische Blende 14 mit dem Spalt 15 untergebracht In der Ebene dieser Polende 14
kann auch noch ein weiteres Gitter 16 angeordnet sein.
F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch das Linsensystem 2 in Höhe der Blende 14. Die Form und seitliche
Verschiebung des Schlitzes 15 der Blende 14 entspricht dem Eingangsspalt 17 des halbkugelförmigen Energieanalysators
3. Der Eintrittsspalt 17 ist auch in F i g. 2 gestrichelt dargestellt Das Gitter 16 wurde der
Übersichtlichkeit wegen in diese Figur nicht eingezeichnet
Das von der Probe 1 ausgehende, vom dargestellten Spektrometer registrierte Strahlenbündel ist mit 18
bezeichnet Die Linse 7 bewirkt zunächst eine Abbildung und Vergrößerung. Die Bildebene der Linse 7
liegt innerhalb der Bremsstrecke 9, in der lediglich eine Winkelaufweitung des Elektronenbündels gemäß dem
Liouvilleschen Satz erfolgt In der Bremsstrecke 9 liegt ebenfalls die virtuelle Gegenstandsebene der Linse 8, in
der die Aperturbildung des Strahlenbündels und das
so Einfädeln in den Eintrittsspalt 17 des Energieanalysators 3 erfolgt Innerhalb des Energieanalysators erfolgt die
bekannte Umlenkung des Strahlenbündels 18 um 180° zusammen mit der Energiediskriminierung der Elektronen.
Anschließend wird der Strahl 18 im SEV 19 registriert
Die Retardierungsstrecke 9 ist geeignet nicht nur zum Bremsen, sondern auch zum Beschleunigen, um dadurch
die Intensität der Signale durch größere Raumwinkel bei der Beschleunigung zu verbessern. Diese Verfahrensweise
ist zweckmäßig, wenn auf erhöhte Auflösung verzichtet werden kann.
Claims (8)
1. Einrichtung zur Bestimmung der Energie geladener Teilchen, insbesondere Elektronen, die
aus einer Probe durch Beschüß mit ionisierenden Strahlen ausgelöst werden, bestehend aus einem
Energieanalysator sowie einem zwischen der Probe und dem Energieanalysator angeordnete elektronenoptischen System, das eine Retardierungsstrecke
für die zu analysierenden geladenen Teilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das
zwischen der Probe (1) und dem Analysator (3) angeordnete elektronenoptische System (2) aus zwei
als Einzellinsen wirkenden Teilen (7, 8) besteht, zwischen denen die Retardierungsstrecke (9) im
Zwischenbild vorgesehen ist
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die den ersten Teil (7) des elektronenoptischen Systems (2) bildende Linse als vergrößernd
abbildende Linse ausgebildet ist
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der den zweiten Teil (8) des
elektronenoptischen Systems (2) bildenden Linse die Aperturbildung des Strahlenbündels (18) mit Hilfe
einer darin angeordneten asymmetrischen Blende (14) erfolgt
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseigenschaften
der beiden Linsen (Teile 7 und 8) so gewählt sind, daß die Bildebene der ersten Linse
in der Retardierungsstrecke (9) liegt und diese Bildebene die Gegenstandsebene der zweiten Linse
darstellt, deren Bildebene im Eintrittsspalt (17) des Energieanalysators (3) liegt
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Einzellinsen
zur Retardierungsstrecke (9) hin durch Gitter (10,11) mit großer Transmission begrenzt sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen
von aus nicht-magnetischem und nicht-korrodierendem Material bestehenden Rohrlinsen mit jeweils
darin angeordneten weiteren Gittern (12, 13, 16) gebildet werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Gitter (12, 13, 14) von der
Sprungstelle der zugehörigen Linse um einen Betrag entfernt sind, der ca. 'Λ des Durchmessers des
Gitters entspricht
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung
in einem Vakuumbehälter (4) angeordnet ist der im Bereich der Probe (1) als Kugelrezipient
(5) mit mehreren Flanschanschlüssen (6) ausgebildet ist
Priority Applications (3)
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Family
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Family Applications (1)
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1974
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