DE3037258A1 - Charged particle mass dispersion analyser - has two separate staggered axis exit apertures angled and with intermediate electrical field - Google Patents

Abstract

The energy or charged particle dispersion analyser features two apertures using angled charged plates so that an inhomogeneous electric field exists between them. The analyser has a 127 degree entry to exit pupil arc and a second exit pupil aperture plate (16,17) is angled (beta) in the particle path (5) behind the first exit pupil aperture (11) plate (12). The two plates (17,18) used to form the second aperture unit (16) are electrically separated from one another. Also the apertures (11,19) in the two plates (12,16) are offset from one another.

Description

Energie- oder massendispersiver Analysator für elektrischEnergy or mass dispersive analyzer for electrical

geladene Teilchen Die Erfindung bezieht sich auf einen energie- oder massendispersiven Analysator für elektrisch geladene Teilchen mit einer Austrittsblende.charged particles The invention relates to an energy or Mass dispersive analyzer for electrically charged particles with an exit aperture.

Unter Analysatoren dieser Art sollen solche verstanden werden, die mit Hilfe von elektrischen oder magnetischen Feldern die Flugbahnen der geladenen Teilchen eines in den Analysator eintretenden Bündels derart beeinflussen, daß nur Teilchen mit einer bestimmten Energie oder mit einem e bestimmten m-Verhältnis den Analysator durch seine Austrittsblende verlassen können. Durch geeignetes Verändern (Durchfahren) der die Flugbahnen beeinflussenden Felder kann das Energie- oder Massenspektrum der im Bündel enthaltenen Teilchen ermittelt werden.Analyzers of this type are to be understood as meaning those which the trajectories of the charged ones with the help of electric or magnetic fields Affect particles of a beam entering the analyzer in such a way that only Particles with a certain energy or with a certain m-ratio den Can exit the analyzer through its exit aperture. By changing it appropriately (Passing through) the fields influencing the flight paths can be the energy or mass spectrum of the particles contained in the bundle can be determined.

In der Figur 1 ist als Beispiel ein 127°-Zylinderkondensatorl schematisch dargestellt, mit dem Elektronen bzgl. ihrer Energie analysiert werden können. Elektronenspektrometer dieser Art sind z. B. aus der DE-AS 28 51 743 und der DE-OS 28 56 244 vorbekannt. Durch ausgezogene, die Achse 2 des Analysators einschließende Linien 3 und 4 ist ein Bereich 5 dargestellt, in dem die Bahnen solcher Teilchen liegen, die in bezug auf die an den Kondensatorplatten 6 und 7 anliegenden Potentiale die "richtige" Energie haben, d. h., die nach dem Durchtritt durch die Öffnung 8 der Eintrittsblende 9 in der Lage sind, den Analysator 1 durch die Öffnung 11 in der Austrittsblende 12 in dem Raumwinkel wieder zu verlassen. Teilchen mit höherer bzw. nidr.igrer Energie als der Soll energie stoßen an die äußere bzw. innere Zylinder.iandung und werden dort adsorbiert oder gestreut.In FIG. 1, a 127 ° cylinder capacitor is shown schematically as an example shown, with which electrons can be analyzed with regard to their energy. Electron spectrometer of this type are z. B. from DE-AS 28 51 743 and DE-OS 28 56 244 previously known. Is by solid lines 3 and 4 enclosing axis 2 of the analyzer an area 5 is shown, in which the trajectories of such particles are, which in relation the "correct" potentials on the capacitor plates 6 and 7 Have energy, d. i.e. after passing through the opening 8 of the entrance aperture 9 are able to access the analyzer 1 through the opening 11 in the exit aperture 12 to leave in the solid angle again. Particles with higher or lower energy as the target energy will hit the outer or inner cylinder landing and become adsorbed or scattered there.

Bahnen für derartige Teilchen sind beispielsweise gestrichelt dargestellt und mit 14 und 15 bezeichnet.Trajectories for such particles are shown in dashed lines, for example and denoted by 14 and 15.

Im Falle eines Zylinderkondensators, wie er in der Figur 1 dargestellt ist, sind die öffnungen 8 und 11 in den Blenden 9 und 12 in Form geraderSchlitze gestaltet, die sich parallel zu den Kondensatorplatten 6 und 7 (also senkrecht zur Darstellungsebene c-bzw, Dispersionsebene) erstrecken.In the case of a cylinder capacitor as shown in FIG the openings 8 and 11 in the apertures 9 and 12 are in the form of straight slots designed parallel to the capacitor plates 6 and 7 (i.e. perpendicular to the Representation plane c or, dispersion plane) extend.

Bei Analysatoren dieser speziellen oder auch der eingangs genannten allgemeinen Art besteht der Nachteil, daß der Untergrund infolge der gestreuten Teilchen immer noch relativ hoch ist. In der Vermutung, daß die Flugbahnen zu schneller oder zu langsamer Teilchen außerhalb des Raumwinkelsct liegen, hatte man bereits versucht, der Austrittsblende 12 eine weitere Blende mit koaxial zur öffnung 11 liegender öffnung nachzuordnen, um dadurch außerhalb des Raumwinkels Ct austretende Teilchen auszublenden. Uberraschenderweise haben diese Bemühungen jedoch nicht das gewünschte Ergebnis einer starken Untergrundunterdrückung gehabt.In the case of analyzers this special one or also the one mentioned at the beginning general type there is the disadvantage that the subsoil as a result of the scattered Particle is still relatively high. Assuming that the trajectories are too faster or particles are too slow outside the solid angle ct, one already had tries to attach a further diaphragm coaxial to the opening 11 to the exit diaphragm 12 after the lying opening in order to thereby exit outside the solid angle Ct To hide particles. Surprisingly, however, these efforts don't have that had the desired result of a strong underground suppression.

Es -ist deshalb weiterhin vorgeschlagen worden, die Wandung der Kondensatorplatten 6 und 7 mit besonders geformten Baffles zu versehen, um die Wahrscheinlichkeit dafür, daß gestreute Teilchen die öffnung 11 in der Austrittsblende 12 treffen, zu verringern. Diese Bemühungen hatten zwar den gewünschten Erfolg, haben aber den Nachteil, daß die Herstellung solcher Kondensatorwandungen technisch aufwendig und deshalb kostspielig ist. Auch dr Vorschlag, zwei Analysatoren hintereinander anzuordnln, führt zu kostspieligen Lösungen.It has therefore also been proposed that the wall of the capacitor plates 6 and 7 to be provided with specially shaped baffles to reduce the likelihood of that scattered particles hit the opening 11 in the exit aperture 12, to reduce. Although these efforts had the desired success, they have the disadvantage that the production of such capacitor walls is technically complex and therefore expensive is. The proposal to arrange two analyzers one behind the other also leads to expensive ones Solutions.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Analysator der eingangs genannten Art eine hohe Untergrundunterdrückung zu erzielen, ohne die IIerstellkosten wesentlich zu cirhöhen.The present invention is therefore based on the object to an analyzer of the type mentioned above, a high level of background suppression without significantly increasing the production costs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine weitere Austrittsblende gelöst, die sich - in Flugrichtung der Teilchen gesehen - hinter der Austrittsblende 12 befindet und die derart gestaltet, angeordnet und/oder mit Potentialen versorgt ist, daß zwischen den beiden Austrittsblenden 12 und 16 ein inhomogenes elektrisches Feld mit dispersiver Wirkung zur weitgehenden Ausscheidung unerwünschter Teilchen besteht. Im Vergleich zu den vorbekannten Lösungen zur Untergrundunterdrückung ist die erfindungsgemäße Lösung äußerst einfach und hat eine überraschend gute Wirkung.According to the invention, this object is achieved by a further exit aperture solved, which - seen in the direction of flight of the particles - behind the exit aperture 12 is located and which is designed, arranged and / or supplied with potentials is that between the two outlet apertures 12 and 16 an inhomogeneous electrical Field with dispersive effect for the extensive elimination of undesired particles consists. Compared to the previously known solutions for background suppression, the solution according to the invention is extremely simple and has a surprisingly good effect.

Besteht die weitere Austrittsblende z. B. aus zwei elektrisch -voneinander getrennten Abschnitten, dann können an diese Abschnitte unterschiedliche Potentiale zur Erzeugung des asymmetrischen elektrischen Feldes angelegt werden. Diese Potentiale sind dabei so zu wählen, daß diejenigen aus der ersten Austrittsblende austretenden Teilchen, welche die gewünschte Energie oder Masse haben, derart abgelenkt werden, daß sie durch die versetzt angeordnete Austrittsöffnung der weiteren Austrittsblende hindurchtreten.If the further exit aperture z. B. from two electrically -of each other separate sections, then different potentials can be applied to these sections to generate the asymmetrical electric field. These potentials are to be selected so that those emerge from the first exit aperture Particles that have the desired energy or mass are deflected in such a way that that it passes through the staggered outlet opening of the further outlet diaphragm step through.

Teilchen, deren Masse oder Energie höher oder niedriger ist, werden entweder zu wenig oder zu stark abgelenkt, so daß sie nicht in der Lage sind, durch die Öffnung in der weiteren Austrittsblende hindurchzutreten. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme ist deshalb eine mit einfachen Mitteln bewirkte drastische Untergrundunterdrückung.Particles whose mass or energy is higher or lower will become either too little or too much distracted so that they are unable to get through to pass through the opening in the further exit aperture. The advantage of the invention The measure is therefore a drastic background suppression brought about by simple means.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 2## und3# schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.Further advantages and details of the invention will be based on FIG in the figures 2 ## and 3 # explained embodiments shown schematically will.

Die Figur 2 zeigt vergrößert den Auslaßbereich eines Zylinderkondensators, wie er in Figur 1 dargestollt ist.Figure 2 shows enlarged the outlet area of a cylinder condenser, as shown in FIG.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist uer Blende 12 eine Blende 16 mit schlitzförmiger Öffnung 19 nachgeordnet Die durch diesen Schlitz 19 hindurchtretenden Teilchen gelangen in den schematisch angedeuteten Sekundärelektronenvervielfacher 20 und werden danach in der bekannten Weise registriert. Allein dadurch, daß die Blenden 12 und 16 nicht parallel, sondern in einem Winkels zueinander angeordnet sind, entsteht zwischen den Blenden ein elektrisches Feld mit dispersiver Wirkung.Je nach der Energie der gewünschten Teilchen ist das Feld so zu wählen, daß durch den gegenüber der Analysatorachse 2 versetzt angeordneten Schlitz 19 in der Blende 16 nur die Teilchen mit der gewünschten Energie austreten. Die dispersive Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den Blenden 12 und 1.6 kann durch asymmetrische Potentiale an der Blende 16 unterstützt werden. Dazu muß Blende 16 aus zwei elektrisch voneinander getrennten Abschnitten 17 und 18 bestehen. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die einander benachbarten Kanten der beiden Abschnitte 17 und 18 die Blendenöffnung 19. An die getrennten Abschnitte können unterschiedliche Potentiale angelegt werden, welche die Inhomogenität des elektrischen Feldes erhöhen und damit seine dispersive Wirkung verstärken.In this exemplary embodiment, a diaphragm 16 is provided with the diaphragm 12 Downstream of the slot-shaped opening 19 that passes through this slot 19 Particle get into the schematically indicated secondary electron multiplier 20 and are then registered in the known manner. Just because the Apertures 12 and 16 are not arranged in parallel, but at an angle to one another an electric field with a dispersive effect is created between the diaphragms according to the energy of the desired particles, the field is to be chosen so that through the Slit 19 in the diaphragm 16 arranged offset with respect to the analyzer axis 2 only the particles with the desired energy exit. The dispersive effect of the Electric field between the diaphragms 12 and 1.6 can be caused by asymmetrical potentials at the aperture 16 are supported. For this purpose, aperture 16 must consist of two electrically from each other separate sections 17 and 18 exist. In the embodiment shown in FIG the adjacent edges of the two sections 17 and 18 form the aperture 19. Different potentials can be applied to the separate sections, which increase the inhomogeneity of the electric field and thus its dispersive Enhance the effect.

In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zueinander parallelen Blenden 12 und 16 dargestellt. Ist die Spaltbreite in der Blende 11 gleich 2s, dann hat die Spaltbreite b in der Blende 16 zweckmäßigerweise den Wert 2 (s + d tg g), wobei d der Abstand der Blenden 12 und 16 ist. Der Abstand d ist kleiner oder gleich der 5-fachen Spaltbreite in der Blende 12. Bezüglich der seitlichen Versetzung r der Blendenöffnung 19 in bezug auf die Achse 2 gilt zweckmäßigerweise: r = s + 1 tgcC .In the figure 3 is a further embodiment with each other parallel diaphragms 12 and 16 shown. If the gap width in the diaphragm 11 is the same 2s, then the gap width b in the diaphragm 16 expediently has the value 2 (see Fig + d tg g), where d is the distance between the diaphragms 12 and 16. The distance d is smaller or equal to 5 times the slit width in the diaphragm 12. With regard to the side Displacement r of the aperture 19 in relation to the axis 2 is expediently: r = s + 1 tgcC.

Bei nicht paralleler Anordnung der Blenden kann r kleiner sein Um die Blenden mit den notwendigen Potentialen zur Erzeugung des gewünschten asymmetrischen Feldes zu versorgen, ist schematisch eine allgemein mit 22 bezeichnete Schaltung dargestellt. Sie besteht aus der Gleichspannungsquelle 23 und den Potentiometern 24, 25 und 26. Mit dem gleitenden Abgriff 27 des Potentiometers 24 ist die Blende 12 verbunden. Die Blendenabschnitte 17 und 18 stehen mit den Abgriffen 28 und 29 der Potentiometer 25 und 26 in Verbindung. Die beiden Abgriffe 28 und 29 sind derart miteinander gekoppelt, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Abgriffen 28 und 29 stets gleichbleibt.If the diaphragms are not arranged in parallel, r can be smaller Um the diaphragms with the necessary potentials to produce the desired asymmetrical To supply the field is a circuit generally designated 22 schematically shown. It consists of the DC voltage source 23 and the Potentiometers 24, 25 and 26. With the sliding tap 27 of the potentiometer 24 the aperture 12 is connected. The diaphragm sections 17 and 18 are with the taps 28 and 29 of the potentiometers 25 and 26 in connection. The two taps 28 and 29 are coupled to one another in such a way that the voltage difference between the taps 28 and 29 always remain the same.

Mit Hilfe der Schaltung wird erreicht, daß zwischen der Blende 12 und dem Mittenpotential (gleich Uo) im Spalt der Blende 16 eine Spannungsdifferenz besteht. Die Spannungen an den Blenden 17 und 18 bestimmen dann die Asymmetrie.With the help of the circuit it is achieved that between the diaphragm 12 and the center potential (equal to Uo) in the gap of the diaphragm 16 is a voltage difference consists. The tensions on the diaphragms 17 and 18 then determine the asymmetry.

Die einzustellenden Spannungen hängen von der kinetischen Energie und weiteren Parametern ab. Deshalb ist es zweckmäßig, die einzustellenden Potentiale von Fall zu Fall zu optimieren. Das kann z. B. in der Weise geschehen, daß bei maximaler Signalintensität die entsprechenden Untergrundpeaks (oder die Untergrundintensität) so lange reduziert werden, bis optimale Verhältnisse zwischen Signal- und Untergrundintensität vorliegen. Dazu kann z. B. zunächst das Mittenpotential auf einen Wert Uo eingestellt werden. Danach verändert man die die Asymmetrie bestimmende Spannungsdifferenz an den Blendenabschnitten der Blende 16 so lange, bis maxiamle Intensität vorliegt.The voltages to be set depend on the kinetic energy and other parameters. It is therefore advisable to use the potentials to be set optimize on a case-by-case basis. This can be B. done in such a way that at maximum Signal intensity the corresponding background peaks (or the background intensity) be reduced until optimal ratios between signal and background intensity are present. For this purpose z. B. initially set the center potential to a value Uo will. Then you change the voltage difference that determines the asymmetry the diaphragm sections of the diaphragm 16 until there is maximum intensity.

Schließlich wird dann das Mittenpotential so lange verändert, bis optimale Verhältnisse erreicht sind;Finally, the center potential is then changed until optimal conditions are achieved;

Claims (9)

Energie- oder massendispersiver Analysator für elektrisch geladene Teilchen ANSPRÜCHE Energie- oder massendispersiver Analysator für elektrisch geladene Teilchen mit einer Austrittsblende, gekennzeichnet durch eine weitere Austrittsblende (16), die sich -in Flugrichtung der Teilchen gesehen - hinter der ersten Austrittsblende (12) befindet und die derart gestaltet, angeordnet und/oder mit Potentialen versorgt ist, daß zwischen den beiden Austrittsblenden (12) und (16) ein inhomogenes elektrisches Feld mit dispersiver Wirkung zur weitgehenden Ausscheidung unerwünschter Teilchen besteht.Energy or mass dispersive analyzer for electrically charged Particle CLAIMS Energy or mass dispersive analyzer for electrically charged Particles with an exit aperture, characterized by a further exit aperture (16), which - seen in the direction of flight of the particles - is located behind the first exit aperture (12) is located and designed, arranged and / or supplied with potentials in this way is that between the two outlet apertures (12) and (16) an inhomogeneous electrical Field with dispersive effect for the extensive elimination of undesired particles consists. 2. Analysator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß die weitere Austrittsblende (16) aus zwei im Bereich ihrer öffnung (19) elektrisch voneinander getrennten Abschnitten (17, 18) besteht.2. Analyzer according to claim 1, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t that the further outlet diaphragm (16) consists of two in the area of its opening (19) electrically separated sections (17, 18). 3. Analysator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnungen (11, 19) in den Austrittsblenden (12, 16) versetzt zueinander angeordnet sind.3. Analyzer according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the openings (11, 19) are offset in the outlet apertures (12, 16) are arranged to each other. 4. Analysator nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Blendenöffnungen (11, 19) einander nicht überlappen.4. Analyzer according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the aperture openings (11, 19) do not overlap one another. 5. Analysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u c h g e k e n n z e i c h n c t , daß die beiden Dlendenöffnungen (11, 19) gcometrisch ähnliche Formen haben.5. Analyzer according to claim 1, 2 or 3, d a d u c h g e k e n n z e i c h n c t that the two diaphragm openings (11, 19) are gcometrically similar shapes to have. 6. Analysator nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Blendenöffnungen (11, 19) von parallel zueinander angeordneten Schlitzen gebildet werden, die ihrerseits senkrecht zur Dispersionsebene des Analysators (1) liegen.6. Analyzer according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the aperture openings (11, 19) are arranged parallel to one another Slits are formed, which in turn are perpendicular to the dispersion plane of the analyzer (1) lie. 7. Analysator nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die weitere Austrittsblende (16) aus zwei Abschnitten (17, 18) besteht, die senkrecht zur Dispersionsebene des Analysators (1) elektrisch v9neinander getrennt sind.7. Analyzer according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the further outlet diaphragm (16) consists of two sections (17, 18), which are electrically separated from one another perpendicular to the dispersion plane of the analyzer (1) are. 8. Analysator nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Abschnitte (17, 18) der weiteren Austrittsblende (16) durch die schlitzförmige Öffnung (19) gebildet und elektrisch voneinander getrennt sind.8. Analyzer according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the two sections (17, 18) of the further outlet diaphragm (16) through the slot-shaped opening (19) are formed and electrically separated from one another. 9. Verfahren zum Betrieb eines Analysators nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die beiden Abschnitte (17, 18) der weiteren Austrittsblende (16) derart asymmetrisch mit Potentialen versorgt werden, daß nur die erwünschten, aus der öffnung (11) der Blende (12) austretenden Teilchen auch die öffnung (19) der Blende (16) durchsetzen.9. A method for operating an analyzer according to one of the claims 2 to 8, d u r c h e k e n n n z e i c hn e t that the two sections (17, 18) of the further outlet diaphragm (16) is supplied with potentials asymmetrically in this way that only the desired ones emerge from the opening (11) of the diaphragm (12) Particles also pass through the opening (19) of the diaphragm (16).