DE3014785C2

DE3014785C2 - Monochromator für geladene Teilchen

Info

Publication number: DE3014785C2
Application number: DE3014785A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 5100 Aachen Froitzheim
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: SPECS Gesellschaft fuer Oberflaechenanalytik und Computertechnologie mbH
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1983-04-07
Also published as: US4412131A; GB2074371B; GB2074371A; DE3014785A1

Description

Darin bedeuten:

jjj: die Ausgangsstromdichte des Doppelmonoehromators

E₀: die Energie der Teilchen im zweiten Kondensator Ei: die Rnergie der aus dem ersten Kondensator so austretenden Teilchen

Tür die hochauflösendc Spektrometrie geladener Teilchen ist es zweckmäßig, zunächst hochmonochromatische Strahlen geladener Teilchen zu erzeugen, d. h. Teilchensiröme mit Teilchen n\öglichst exakt gleicher Energie. Dafür haben sich Dispersionselcmente auf elektrostatischer ßasis durchgesetzt, wobei hauptsächlich Kugel- oder Zylinderkondensatoren Verwendung finden. Zylinderkondensatoren bestehen aus zwei konzentrischen Zylinderabsehnktsflächcn; Kugelkondensatoren weisen zwei konzentrische Kugelabschnittsflächen auf. In der Regel erstrecken sich die Flächen über einen Winkel von 127°.

Monochromatoren sind weiterhin aus der Optik bekannt (vgl. Kohlrausch: »Praktische Physik«, 17. Aufl. 1935, VIg. Tcubner Lpz. u. Bln., Seite 326). Sie dienen der Erzeugung einfarbigen Lichtes, das aus einem Spektrum herausgeschnitten wird. Auch das Hintereinanderschalten von zwei derartigen Monochromatoren zur Verbesserung des Ergebnisses ist bekannt. Für die Monochromatisierung geladener Teilchen sind diese vorbeschriebenen Monochromatoren jedoch völlig ungeeignet, da sie Einfluß auf Lichtwellen, nicht aber auf geladene Teilchen nehmen können.

Grundsätzlich gilt für alle diese Geräte, daß die

relative Auflösung —— eine Konstante ist, die von der

speziellen Geometrie abhängt. Hieraus folgt, daß E₀ möglichst klein zu halten ist, um eine hohe absolute Auflösung zu erzielen. Damit wird aber die erreichbare Intensität durch die Raumladung begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Monochromator für geladene Teilchen zu schaffen, der ohne Auflösungseinbuße mit höheren Intensitäten als bisher betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zwei Monochromatoren hintereinander angeordnet sind und daß sich zwischen Ein Vergleich der beiden Intensitäten j_Jd und U- zeigt folgendes:

J5 .lad jnr

■ E₀

AE_n

E₁₁

Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, daß durch die Verwendung eines Doppelmonoehromators mit dazwisehen bewirkter Verzögerung der Teilchen bezüglich der Intensität der Faktor

45 gewonnen werden kann.

Dieser Faktor ist > 1, da Ei > En ist.
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels eines Doppelmonoehromators nach der Erfindung erläutert werden.

Der dargestellte Doppelmonochromator besteht aus den Zylinderkondensatoren I und 2, deren Zylinderabschnittsflächen mit 3 und 4 bzw. 5 und 6 bezeichnet sind.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zylinderkondensator 1 der Vormonochromator, der mit erhöhter Energie betrieben wird. Zwischen dem Vormonochromator 1 und dem dazu spiegelsymmetrisch angeordneten, den Hauptmonochromator bildenden Zylinderkondensator 2 ist die allgemein mit 7 bezeichnete Verzögerungslinse angeordnet.

Die in der nur schematisch angedeuteten Teilchenquelle 8 erzeugten Teilchen treten durch die Eintrittsblende 9 in den Vormonochromator 1 ein. dessen Achse

b5 mit 11 bezeichnet ist. Sie verlassen den Vormonochromator durch die Blende 12 mit der Energie Ei. In der Verzögerungslinse 7 werden sie auf die Energie Er, verzögert und treten durch die Eintrittsblende 13 in den

Hauptmonochromator 2 ein, dessen Achse mil 14 bezeichnet ist. Aus dem Hauptmonochromator treten die Teilchen dann hochmonochromatisiert durch die Blende 15 aus und treffen auf die Probe 16. Die sich dann anschließenden Einrichtungen, z. B. zur Messung des Energieveriustes, den die Teilchen durch die Kollision mit der Oberfläche der Probe erleiden, *ind nicht mehr dargestellt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Verzögerungslinse 7 aus drei Schlitzblenden 17, 18, 22. Die Schlitzöffnungen der Blenden erstrecken sich in der bei Zylinderkondensatoren üblichen Weise parallel zu den Zylinderabschnittsflächen. Die daran anliegenden Spannungen werden so gewählt, daß die gewünschten Verzögerungen erreicht werden.

Der beschriebene Doppelmonochromator ist z. B. für die Erzeugung von hochmonochromatisierten Elektronen geeignet. Dementsprechend werden in der Teilchenquelle 8 Elektronen erzeugt, die den Vormonochromator 1 mit der Energie E₁ (z. B. 10 V) verlassen. In der Verzögerungslinse 7 werden sie auf die Energie £b(z. B. 0,4 V) verzögert. Im Hauptmonochromator 2 erfolgt eine weitere Monochromatisierung, so daß die Teilchen mit einer Auflösung von z.B. lOmeV den Hauptmonochromator verlassen. Die erreichbaren Intensitäten liegen bei ca. 5· 10-¹⁰A. Bisher konnte bei einer Energie von 0,4 eV nur eine maximale Intensität von weniger als 10-'¹A erreicht werden. Stromwerte können um den Faktor 20 schwanken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Monochromator für geladene Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwei Monochromatoren (1, 2) hintereinander angeordnet sind und daß sich zwischen den beiden Monochromatoren eine Verzögerungslinse (7) befindet.

2. Monochromator nach Anspruch 1, dadurch ι ο gekennzeichnet, daß ein als Zylinderkondensator ausgebildeter Vormonochromator (1) und ein ebenfalls als Zylinderkondensator ausgebildeter Hauptmonochromator (2) vorgesehen sind, zwischen denen die Verzögerungslinse (7) angeordnet ist

3. Monochromator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Verzogerungslin.se (7) drei blenden (17, tS, 22) vorgesehen sind.

4. Für die Elektronenenergieverlust-Spektrometrie geeigneter Monochromator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der aus dem Monochromator (1) austretenden Elektronen 10 V beträgt und daß die Elektronen in der Verzögerungslinse (7) auf 0.4 V verzögert werden.

den beiden Monochromatoren eine Verzögerungslinse befindet. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Doppelmonochromator besteht die Möglichkeit, den ersten mit höherer Energie und damit höherer Intensität zu betreiben.

Anhand einer Rechnung kann abgeleitet werden, daß die Ausgangsstromdichte eines Einzelmonochromators folgenden Wert hat:

Eo^w
In dieser Gleichung bedeuten:

Jj₁-: die Ausgangsstromdichte des Einzelmonochromators

Eo: die Energie der Teilchen
AE₀: energetische Halbwertsbreite

Für die Ausgangsstromdichte eines z. B aus zwei Kondensatoren bestehenden Doppelmonoehromators mit der erfindungsgemäßen Verzögerung der Teilchen zwischen den beiden Monochromatoren gilt: