EP0185789B1 - Analysator für geladene Teilchen - Google Patents
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- EP0185789B1 EP0185789B1 EP19840116209 EP84116209A EP0185789B1 EP 0185789 B1 EP0185789 B1 EP 0185789B1 EP 19840116209 EP19840116209 EP 19840116209 EP 84116209 A EP84116209 A EP 84116209A EP 0185789 B1 EP0185789 B1 EP 0185789B1
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- shape
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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
- H01J49/484—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter with spherical mirrors
Definitions
- the invention relates to a charged particle analyzer with two electrodes which serve to generate an axially symmetrical electric field and which, together with the trajectories of the particles to be analyzed, extend along a desired circle located between the electrodes.
- Analyzers of this type are used wherever the energy of charged particles is to be examined or measured.
- An example is the examination of the surface of a sample in which the area to be examined is excited with primary particles or quanta and this excitation leads to the emission of charged secondary particles.
- the energy distribution of the emitted charged particles allows conclusions to be drawn about the composition of the sample.
- Analyzers of the type concerned are e.g. B. from "Focussing of Charged Particles", Vol.2, Chapter 4.1, 1967, Prof. H. Wollnik, and from "Z.Naturforsch.”, 10a, 872, 1955, H.Ewald, H.Liebl, known.
- analyzers of the type concerned are based on the fact that particles of the same mass but different energy, which enter the electrical field generated by the electrodes in the area of the target circle, are deflected to different extents.
- the electrical field is usually as narrow as possible
- Energy window set so that only particles with a certain energy penetrate the analyzer in the area of the target path or the target circle and reach the downstream detector.
- the desired energy distribution is obtained by changing the electrical field.
- position-sensitive detectors in the outlet area of the analyzer, so that charged particles of different energy can be registered at the same time. In general, efforts are made to achieve the greatest possible energy resolution and the best possible transmission in the measurements.
- the deflection electrodes and thus the equipotential surfaces generated have the shape of cutouts from concentrically arranged cylinder surfaces which extend over an angle of 127 °.
- the pass energy that is to say the energy that the particles should have when passing through the analyzer, should not be higher than 20 eV, if possible.
- the time that the particle to be examined spends in the analyzer and in which the deflecting forces are effective becomes too short to achieve an effective dispersion of particles which differ only slightly in their energy. Because e.g. B.
- An improvement of the cylinder analyzer is the ball analyzer, which consists of two spherical surface sections. It extends over 180 °, so that its nominal circle is somewhat longer and its properties are therefore somewhat better than with the cylinder analyzer.
- the toroid analyzer which is formed by two toroidal focus surface sections, extends over a little more than 180 ° (over 1.057 ⁇ ).
- the toroid analyzer has better properties than the other analyzers only for particles flying on its target path. It has the fundamental disadvantage that the focus of the particles in the exit area depends on the shot angle. The larger the bullet angle is chosen for the purpose of increasing the transmission, the poorer its energy resolution. The toroid analyzer is therefore also unsuitable for exact analyzes in which the particles to be registered have low intensities.
- the present invention has for its object to provide an analyzer of the type mentioned, which has improved transmission properties at certain energy resolutions.
- the electrodes of the analyzer have such a shape that the axially symmetrical electric field generated by them Has equipotential surfaces which are at least approximately elliptical in section in a section perpendicular to the nominal circle.
- an electrical field of this type which expediently extends over an azimuth angle of approximately 23 °, the focus of the particle tracks in the exit area is largely independent of the shot angle and the particle energy.
- the ability of a field of this type to separate particles with different energies (dispersion) is therefore much better than with all previously known types of analyzers. This makes it possible to allow much higher pass energies.
- lens systems upstream of the analyzer either no longer have to brake the particles to be examined for their energy or only with a significantly smaller braking factor than was previously necessary.
- the transmission which is quadratic depending on the braking factor, can thereby be increased considerably.
- the electrodes themselves expediently have the shape of the desired equipotential surfaces.
- the electrodes have the shape of mutually corresponding sections of an ellipse-torus family, then the equipotential surfaces generated by electrodes of this type also have the shape of ellipse-torus sections.
- a wide variety of ellipse-torus groups are conceivable.
- the generating ellipses can e.g. B. have a common focus, the same eccentricity and / or the same focus distance. It is only important that the individual ellipses do not intersect.
- the electrodes Another possibility is to give the electrodes the shape of mutually corresponding sections of a spheroid share with common focal points.
- the equipotential surfaces generated by the electrodes of this shape are spheroidal section-shaped.
- equipotential surfaces of the type according to the invention are produced, that is to say with a shape that is elliptical in section in the section perpendicular to the plane of the desired circle.
- the electrodes should generate a field whose equipotential surfaces are given by the following equation:
- An electric field fulfilling this condition deviates slightly from the exact spheroid shape in the direction of the elliptical toroid shape.
- An exact spheroid is created e.g. B. in that an ellipse rotates about its shorter axis.
- the term in square brackets means that the axis of rotation is parallel to the ellipse axis by a small amount (about 1 to 3%). If the larger part of the ellipse is rotated about this axis of rotation, then surfaces of the desired shape and fulfilling the aforementioned equation are created.
- further correction electrodes can be provided, at least in the inlet area, for further reduction of field disturbances, which extend parallel to the nominal circle over a short distance into the analyzer and which correspond in shape to equipotential surfaces. Their potential is also adapted to these potential areas.
- Fig. 1 shows an ellipse family 1 with common foci F1 and F2.
- An analyzer designed according to the invention is produced when the two electrodes are cut in a section perpendicular to the target circle in the shape of two corresponding to one another Ellipse sections are there, which extend in the region of the main axis and symmetrically thereto, and can rotate them about the x3 axis.
- Two such ellipse sections are indicated in the left part of FIG. 1 by reinforced lines and are designated by 2 and 3.
- the target circle of the analyzer which corresponds to the drawn point x o .
- the nominal circle radius ⁇ o 1, the following applies to x o :
- c is the eccentricity of the ellipse that corresponds to the target circle.
- the equipotential surfaces generated by electrodes of this type then also have an elliptical section shape in a section perpendicular to the nominal circle.
- the direction of the electric field is given by the hyperbolic curve sections shown in dashed lines.
- Fig. 2 shows in the left area the ellipse family 1 according to Fig. 1.
- This family is characterized in that all Ellipses have identical foci F1 and F2.
- Comparable sets of ellipses which can also be used for the shaping of the electrodes of the analyzer according to the invention, are, for. B. characterized by the same eccentricity. The distance between the focal points in such an ellipse family would increase with increasing radii.
- FIG. 2 shows an array of ellipses 5, which is characterized in that the focal point distance is the same for all ellipses, but the location of the focal points is shifted to the right with increasing radii.
- a similar set of ellipses occurs when all ellipses have a focal point in common, have the same eccentricity and the second focal point moves outwards with increasing radii. All of these sets of ellipses can be used to shape the electrodes of the analyzer according to the invention.
- two mutually corresponding ellipse sections are shown reinforced and designated 6 and designated 6 and 7. If this is rotated in the manner described in FIG. 1 about the x3 axis or another axis parallel to it, surfaces are formed which can form the desired electrode shape.
- Fig. 3 shows an embodiment of an analyzer according to the invention, namely cut in the plane of the target circle 10.
- the analyzer comprises the main electrodes 8 and 9, which enclose between them the desired circle 10 with the radius x o .
- the inner surfaces of the electrodes 8 and 9 have the shape of elliptical sections in a section perpendicular to the desired circular plane.
- the electrodes 8 and 9 and thus the electric field generated by them extends over an azimuth angle ⁇ of 230 °.
- a diaphragm 11 with an input slot 12 provided in the area of the desired circuit 10 is arranged in the input area of the analyzer shown.
- This plate expediently has the potential of the equipotential surface passing through the target circle.
- the input slot 12 extends parallel to this equipotential surface and therefore also has an elliptical shape (cf. FIG. 4).
- a corresponding aperture 13 with the outlet slot 14 is arranged in the region of the outlet of the analyzer. Immediately behind it is the catcher 15 of the downstream detector, not shown in detail for the discharged charged particles.
- the sample 23 to be examined In front of the inlet opening 22 of the lens system 17 is the sample 23 to be examined. Particles originating from the sample 23 are focused on the inlet slot 12 with the aid of the lens system and brought to the desired pass energy. Particles whose energy corresponds to the set analyzer potential penetrate the analyzer and are imaged on the exit slot 14. Two particle tracks 24 and 25 are shown, for example.
- FIG. 3 also shows correction electrodes 26, 27 and 28, 29 arranged both in the inlet and in the outlet area of the analyzer shown.
- These electrodes correspond both in their shape and in their potential to the equipotential surfaces at the respective location. They are practically a substitute for the associated equipotential surfaces, thus further eliminating field disturbances in the inlet and outlet areas of the analyzer.
- Their distance from the entry slot 12 or exit slot 14 should on the one hand be as close as possible, but on the other hand the transmission should not be impaired. Conveniently it is The respective distance from the target circle 10 is approximately half of the distance from the target circle to the main electrode, each extending by 10 ° into the analyzer.
- FIG. 4 shows views of the entry area and the exit area of the analyzer shown in FIG. 3.
- the Herzog plates 11 and 13 upstream of these areas are shown in dashed lines.
- the shape of the entry or exit slot 12, 14 can be seen. Their long sides extend parallel to the equipotential surfaces. Their short sides coincide with the direction of the electric field.
- the two electrodes 8 and 9 are each made of solid material.
- a simpler method of producing the electrodes is that the desired electrode shape is screwed into pre-pressed and stress-free annealed parts.
- FIG. 5 again shows the output area of the analyzer according to FIG. 3.
- a multichannel detector 31 is arranged downstream of the analyzer. This makes it possible to process larger energy areas at the same time.
- x means the polar coordinate
- c the eccentricity of the equipotential surface passing through the target circle x o
- V the potential of the respective electrode in units of the pass energy E o .
- the remaining data can be calculated from the table.
- the inner walls of the electrodes 8, 9 are expediently roughened in a central region extending over 30 ° to 60 ° to avoid disturbing reflections.
- Sawtooth-like grooves that extend perpendicular to the desired circle plane are preferably provided. Such measures are known per se from Rev.Sci.Instrum., Vol.46, No.10, October 1975.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Analysator für geladene Teilchen mit zwei der Erzeugung eines axialsymmetrischen elektrischen Feldes dienenden Elektroden, die sich gemeinsam mit den Bahnen der zu analysierenden Teilchen entlang eines zwischen den Elektroden befindlichen Sollkreises erstrecken.
- Analysatoren dieser Art werden überall dort eingesetzt, wo die Energie geladener Teilchen untersucht bzw. gemessen werden soll. Als Beispiel sei die Untersuchung der Oberfläche einer Probe erwähnt, bei der der zu untersuchende Bereich mit Primärteilchen oder Quanten angeregt wird und diese Anregung zur Emission geladener Sekundärteilchen führt. Die Energieverteilung der emittierten geladenen Teilchen läßt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Probe zu.
- Analysatoren der betroffenen Art sind z. B. aus "Focussing of Charged Particles", Vol·2, Chapter 4.1, 1967, Prof. H. Wollnik, und aus "Z.Naturforsch.", 10a, 872, 1955, H.Ewald, H.Liebl, bekannt.
- Die Funktion von Analysatoren der betroffenen Gattung beruht darauf, daß Teilchen gleicher Masse, aber unterschiedlicher Energie, welche im Bereich des Sollkreises in das von den Elektroden erzeugte elektrische Feld eintreten, verschieden stark abgelenkt werden. Beim Arbeiten mit elektrostatischen Analysatoren wird in der Regel mit Hilfe des elektrischen Feldes ein möglichst enges
- Energiefenster gesetzt, so daß jeweils nur Teilchen mit einer bestimmten Energie den Analysator im Bereich der Sollbahn oder des Sollkreises durchsetzen und den nachgeordneten Detektor erreichen. Durch Veränderung des elektrischen Feldes erhält man die gewünschte Energieverteilung. Es gibt auch die Möglichkeit, im Auslaßbereich des Analysators ortsempfindliche Detektoren anzuordnen, so daß gleichzeitig geladene Teilchen verschiedener Energie registriert werden können. Generell ist man bestrebt, bei den Messungen sowohl eine möglichst große Energieauflösung als auch eine möglichst gute Transmission zu erzielen.
- Bei einer einfachen Ausführung eines Analysators der eingangs genannten Art - beim Zylinderanalysator - haben die Ablenkelektroden und damit die erzeugten Äquipotentialflächen die Form von Ausschnitten aus konzentrisch zueinander angeordneten Zylinderflächen, die sich über einen Winkel von 127° erstrecken. Um mit einem Analysator dieser Art eine ausreichend gute Energieauflösung zu erzielen, sollte die Passenergie, also die Energie, die die Teilchen beim Durchtritt durch den Analysator in etwa haben sollten, möglichst nicht höher als 20 eV sein. Mit wachsender Passenergie wird die Zeit, die das zu untersuchende Teilchen im Analysator verbringt und in der die ablenkenden Kräfte wirksam sind, zu kurz, um eine wirksame Dispersion von sich nur wenig in ihrer Energie unterscheidenden Teilchen zu erzielen. Da z. B. bei den meisten Oberflächenanalyseverfahren, bei denen die Energie von geladenen Sekundärteilchen untersucht wird, die Sekundärteilchenenergie wesentlich höher als 20 eV liegt, ist es erforderlich, die Teilchen vor dem Eintritt in den Analysator mit Hilfe einer geeigneten Elektronen- oder Ionenoptik auf die gewünschte Passenergie abzubremsen. Eine solche Abbremsung geladener Teilchen hat aber den Nachteil einer quadratisch mit dem Bremsfaktor abnehmenden Transmission. Zylinderanalysatoren sind deshalb bei schwachen Intensitäten der zu analysierenden Sekundärteilchen entweder wegen zu langer Meßzeiten oder wegen zu schlechter Meßergebnisse nicht einsetzbar.
- Eine Verbesserung des Zylinderanalysators ist der Kugelanalysator, der aus zwei Kugelflächenabschnitten besteht. Er erstreckt sich über 180°, so daß sein Sollkreis etwas länger ist und damit seine Eigenschaften etwas besser sind als beim Zylinderanalysator.
- Über etwas mehr als 180° (über 1,057 π) erstreckt sich der Toroidanalysator, der von zwei toroidförmigen Fokusflächenabschnitten gebildet wird. Der Toroidanalysator besitzt nur für auf seiner Sollbahn fliegende Teilchen bessere Eigenschaften als die übrigen Analysatoren. Er hat den prinzipiellen Nachteil, daß der Fokus der Teilchen im Ausgangsbereich vom Einschußwinkel abhängt. Je größer der Einschußraumwinkel zum Zwecke der Erhöhung der Transmission gewählt wird, desto schlechter ist seine Energieauflösung. Für exakte Analysen, bei denen die zu registrierenden Teilchen geringe Intensitäten haben, ist der Toroidanalysator deshalb ebenfalls nicht geeignet.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analysator der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei bestimmten Energieauflösungen verbesserte Transmissionseigenschaften hat.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektroden des Analysators eine solche Form haben, daß das von ihnen erzeugte axialsymmetrische elektrische Feld Äquipotentialflächen hat, die in einem zum Sollkreis senkrechten Schnitt zumindest annähernd ellipsenabschnittförmig sind. In einem elektrischen Feld dieser Art, das sich zweckmäßigerweise über einen Azimuthwinkel von etwa 23° erstreckt, ist der Fokus der Teilchenbahnen im Ausgangsbereich weitestgehend unabhängig vom Einschußwinkel und von der Teilchenenergie. Die Fähigkeit eines Feldes dieser Art, Teilchen mit unterschiedlichen Energien voneinander zu trennen (Dispersion), ist deshalb wesentlich besser als bei allen vorbekannten Analysatortypen. Dadurch wird es möglich, wesentlich höhere Passenergien zuzulassen. Dieses hat zur Folge, daß dem Analysator vorgelagerte Linsensysteme die auf ihre Energie zu untersuchenden Teilchen entweder nicht mehr oder nur noch mit wesentlich kleinerem Bremsfaktor, als es bisher notwendig war, abbremsen müssen. Die quadratisch vom Bremsfaktor abhängige Transmission kann dadurch erheblich gesteigert werden.
- Es gibt die verschiedensten Möglichkeiten, elektrische Felder der erfindungsgemäßen Art zu erzeugen. Zweckmäßigerweise haben die Elektroden selbst die Form der jeweils gewünschten Äquipotentialflächen.
- Wenn z. B. die Elektroden die Form von zueinander korrespondierenden Abschnitten einer Ellipsen-Torus-Schar haben, dann haben die von Elektroden dieser Art erzeugten Äquipotentialflächen ebenfalls die Form von Ellipsen-Torus-Abschnitten. Die verschiedensten Ellipsen-Torus-Scharen sind dabei denkbar. Die erzeugenden Ellipsen können z. B. einen gemeinsamen Brennpunkt, gleiche Exzentrizität und/oder gleichen Brennpunktabstand haben. Wesentlich ist nur, daß sich die einzelnen Ellipsen nicht schneiden.
- Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Elektroden die Form von zueinander korrespondierenden Abschnitten einer Sphäroidschar mit gemeinsamen Brennpunkten zu geben. In diesem Fall sind die von den Elektroden dieser Form erzeugten Äquipotentialflächen sphäroidabschnittförmig. In allen Beispielsfällen entstehen Äquipotentialflächen der erfindungsgemäßen Art, also mit im zur Ebene des Sollkreises senkrechten Schnitt ellipsenabschnittförmiger Gestalt.
-
- Darin bedeuten:
- Aufgrund der guten Fokussierungseigenschaften des erfindungsgemäßen Analysators können relativ große Einschußraumwinkel zugelassen werden. Dieses setzt einen relativ großen Abstand der Elektroden voraus, damit die Flugbahnen von stärker vom Sollkreis abweichenden Teilchen nicht durch die Elektroden gestört werden. Um Randfeldstörungen aufgrund des relativ großen Abstandes der Elektroden zu vermeiden, ist es zweckmäßig, eine Eingangs- und eine Ausgangsblende vorzusehen, die jeweils einen im Bereich des Sollkreises liegenden, sich parallel zu den Äquipotentialflächen erstreckenden Schlitz aufweisen. Haben diese Blenden das Potential der den Sollkreis durchsetzenden Äquipotentialfläche, dann sind Randfeldstörungen stark reduziert.
- Zusätzlich können zur weiteren Reduzierung von Feldstörungen zumindest im Einlaßbereich weitere Korrekturelektroden vorgesehen sein, die sich parallel zum Sollkreis über eine kurze Strecke in den Analysator hinein erstrecken und in ihrer Form mit Äquipotentialflächen übereinstimmen. Auch ihr Potential ist diesen Potentialflächen angepaßt.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1 und 2
- Ellipsenscharen, die Grundlage für die Formgebung der Elektroden sein können;
- Fig. 3
- einen Schnitt durch einen Analysator nach der Erfindung in der Ebene des Sollkreises
- Fig. 4
- Ansichten des Eintritts- und Austrittsbereiches und
- Fig. 5
- einen Fig. 3 entsprechenden Teilschnitt durch den Ausgangsbereich eines Analysators.
- Fig. 1 zeigt eine Ellipsenschar 1 mit gemeinsamen Brennpunkten F₁ und F₂. Die Kurvenscharen sind charakterisiert durch die Gleichungen:
- Ein erfindungsgemäß gestalteter Analysator entsteht, wenn man den zwei Elektroden in einem zum Sollkreis senkrechten Schnitt die Form von zwei zueinander korrespondierenden Ellipsenabschnitten gibt, die sich im Bereich der Hauptachse und symmetrisch dazu erstrecken, und diese um die x₃-Achse rotieren läßt. Zwei solche Ellipsenabschnitte sind im linken Teil der Fig. 1 durch verstärkte Linien angedeutet und mit 2 und 3 bezeichnet. Zwischen den Elektroden 2 und 3 (mittig) liegt der Sollkreis des Analysators, der dem eingezeichneten Punkt xo entspricht. Wenn der Sollkreisradius ρo = 1 ist, gilt für xo:
- Läßt man die Ellipsenabschnitte 2 und 3 nach Fig. 1 um die x₃-Achse rotieren, dann entstehen Elektroden, die exakt die Form von Sphäroid-Flächenabschnitten haben. Um jedoch Äquipotentialflächen zu erzeugen, die die in Anspruch 6 angegebene Gleichung erfüllen, dann ist es erforderlich, die Rotationsachse etwas zu verschieben, und zwar derart, daß der Abstand zwischen der Rotationsachse und den Ellipsenabschnitten 2 und 3 etwas größer wird (um ca. 1 bis 3 %). Diese Rotationsachse ist gestrichelt dargestellt und mit 4 bezeichnet. Mit einem Analysator dieser Art läßt sich bei einer Teilchenenergie von 1 keV eine Auflösung von wenigen Zehntel Volt erzielen, und zwar bei einer Passenergie von 100 eV. Gegenüber dem Kugelkondensator stellt das eine Intensitätsverbesserung um den Faktor 5 dar.
- Fig. 2 zeigt im linken Bereich die Ellipsenschar 1 nach Fig. 1. Diese Schar ist dadurch gekennzeichnet, daß alle Ellipsen identische Brennpunkte F₁ und F₂ besitzen. Vergleichbare Ellipsenscharen, die ebenfalls für die Formgebung der Elektroden des erfindungsgemäßen Analysators herangezogen werden können, sind z. B. durch gleiche Exzentrizität gekennzeichnet. Der Abstand der Brennpunkte bei einer derartigen Ellipsenschar würde mit steigenden Radien zunehmen.
- Der rechte Teil der Fig. 2 zeigt eine Ellipsenschar 5, die dadurch gekennzeichnet ist, daß bei allen Ellipsen der Brennpunktabstand gleich ist, der Ort der Brennpunkte aber mit steigenden Radien nach rechts verschoben wird. Eine ähnliche Ellipsenschar entsteht, wenn alle Ellipsen einen Brennpunkt gemeinsam besitzen, gleiche Exzentrizität haben und der zweite Brennpunkt mit steigenden Radien nach außen wandert. Alle diese Ellipsenscharen können für die Formgebung der Elektroden des erfindungsgemäßen Analysators herangezogen werden. In der Ellipsenschar 5 sind zwei einander korrespondierende Ellipsenabschnitte verstärkt dargestellt und mit 6 und 7 bezeichnet. Läßt man diese in der zur Fig. 1 beschriebenen Weise um die x₃-Achse oder eine andere dazu parallele Achse rotieren, dann entstehen Flächen, die die gewünschte Elektrodenform bilden können.
- Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Analysator nach der Erfindung, und zwar in der Ebene des Sollkreises 10 geschnitten. Der Analysator umfaßt die Hauptelektroden 8 und 9, die zwischen sich den Sollkreis 10 mit dem Radius xoeinschließen. Die Innenflächen der Elektroden 8 und 9 haben in einem zur Sollkreisebene senkrechten Schnitt die Form von Ellipsenabschnitten. Die Elektroden 8 und 9 und damit das von ihnen erzeugte elektrische Feld erstreckt sich über einen Azimuthwinkel φ von 230°.
- Im Eingangsbereich des dargestellten Analysators ist eine Blende 11 mit einem im Bereich des Sollkreises 10 vorgesehenen Eingangsschlitz 12 angeordnet.
- Diese Platte hat zweckmäßigerweise das Potential der den Sollkreis durchsetzenden Äquipotentialfläche. Der Eingangsschlitz 12 erstreckt sich parallel zu dieser Äquipotentialfläche und hat deshalb ebenfalls ellipsenförmige Gestalt (vgl. Fig. 4).
- Im Bereich des Ausganges des Analysators ist eine entsprechende Blende 13 mit dem Austrittsschlitz 14 angeordnet. Unmittelbar dahinter befindet sich der Auffänger 15 des, nachgeordneten, im einzelnen nicht dargestellten Detektors für die austretenden geladenen Teilchen.
- Dem Eintrittsschlitz 12 vorgelagert ist ein Linsensystem 17, das aus vier Elektroden 18 bis 21 besteht. Der Eintrittsöffnung 22 des Linensystems 17 vorgelagert ist die zu untersuchende Probe 23. Von der Probe 23 ausgehende Teilchen werden mit Hilfe des Linsensystems auf den Eintrittsschlitz 12 fokussiert und auf die gewünschte Passenergie gebracht. Teilchen, deren Energie dem eingestellten Analysator-Potential entspricht, durchsetzen den Analysator und werden auf dem Austrittsschlitz 14 abgebildet. Zwei Teilchenbahnen 24 und 25 sind beispielsweise dargestellt.
- Fig. 3 zeigt weiterhin sowohl im Einlaß als auch im Auslaßbereich des dargestellten Analysators angeordnete Korrekturelektroden 26, 27 bzw. 28, 29. Diese Elektroden entsprechen sowohl in ihrer Form als auch in ihrem Potential den Äquipotentialflächen an dem jeweiligen Ort. Sie stellen praktisch einen Ersatz der zugehörigen Äquipotentialflächen dar und bewirken damit eine weitere Beseitigung von Feldstörungen im Ein- und Auslaßbereich des Analysators. Ihr Abstand zum Eintrittsschlitz 12 bzw. Austrittsschlitz 14 soll einerseits möglichst nah sein, andererseits soll aber die Transmission nicht beeinträchtigt sein. Zweckmäßigerweise beträgt ihr jeweiliger Abstand vom Sollkreis 10 etwa die Hälfte des Abstandes Sollkreis - Hauptelektrode, wobei sie sich um jeweils 10° in den Analysator hinein erstrecken.
- Fig. 4 zeigt Ansichten des Eintrittsbereichs und des Austrittsbereichs des in Fig. 3 dargestellten Analysators. Die diesen Bereichen jeweils vorgelagerten Herzog-Platten 11 und 13 sind gestrichelt dargestellt. Die Form des Eintritts- bzw. Austrittsschlitzes 12, 14 ist ersichtlich. Ihre langen Seiten erstrecken sich parallel zu den Äquipotentialflächen. Ihre kurzen Seiten stimmen mit der Richtung des elektrischen Feldes überein.
- Die beiden Elektroden 8 und 9 sind jeweils aus vollem Material hergestellt. Ein einfacheres Verfahren der Herstellung der Elektroden besteht darin, daß in vorgedrückte und spannungsfrei geglühte Teile die gewünschte Elektrodenform eingedreht wird.
- Fig. 5 zeigt nochmals den Ausgangsbereich des Analysators gemäß Fig. 3. An Stelle der Herzog-Platte 13 und des Auffängers 15 ist dem Analysator ein Vielkanaldetektor 31 nachgeordnet. Dadurch besteht die Möglichkeit, gleichzeitig größere Energiebereiche verarbeiten zu können.
-
- Darin bedeuten x die Polarkoordinate, c die Exzentrizität der den Sollkreis xo durchsetzenden Äquipotentialfläche, V das Potential der jeweiligen Elektrode in Einheiten der Passenergie Eo.
- Gibt man zur Verwirklichung eines Analysators der erfindungsgemäßen Art den Sollbahnradius xo mit z. B. 100 mm, 150 mm oder Zwischenwerten vor, dann lassen sich die übrigen Daten aus der Tabelle berechnen.
- Die Innenwandungen der Elektroden 8, 9 sind zweckmäßigerweise in einem sich über 30° bis 60° erstreckenden mittleren Bereich zur Vermeidung von störenden Reflektionen aufgerauht. Vorzugsweise sind sägezahnartige, sich senkrecht zur Sollkreisebene erstreckende Riefen vorgesehen. Aus Rev.Sci.Instrum.,Vol.46,No.10, October 1975, sind solche Maßnahmen an sich bekannt.
Claims (10)
- Analysator für geladene Teilchen mit zwei der Erzeugung eines axialsymmetrischen elektrischen Feldes dienenden Elektroden, die sich gemeinsam mit den Bahnen der zu analysierenden Teilchen entlang eines zwischen den Elektroden befindlichen Sollkreises erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8, 9) eine solche Form haben, daß das von ihnen erzeugte axialsymmetrische elektrische Feld Äquipotentialflächen hat, die in einem zur Ebene des Sollkreises (10) senkrechten Schnitt zumindest annähernd ellipsenabschnittförmig sind.
- Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das erzeugte elektrische Feld ellipsen-torus-förmige Äquipontentialflächen hat.
- Analysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Elektroden (8, 9) selbst ellipsen-torus-förmige Gestalt haben.
- Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes sphäroidförmig gestaltet sind.
- Analysator nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Elektroden (8, 9) selbst sphäroidförmig gestaltet sind.
- Analysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er sich über einen Azimuthwinkel φ von etwa 230° erstreckt.
- Analysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig und vorzugsweise auch ausgangsseitig Schlitzblenden (11, 13) mit zentral angeordneten Schlitzen (12, 14) vorgesehen sind, daß sich die Schlitze(12,14) parallel zu den Äquipotentialflächen erstrecken und daß das Potential der Blenden (11, 13) dem Potential der den Sollkreis durchsetzenden Äquipotentialfläche entspricht.
- Analysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig und vorzugsweise auch ausgangsseitig Korrekturelektroden (26, 27 bzw. 28, 29) vorgesehen sind, die in ihrer Form und in ihrem Potential den Äquipotentialflächen an ihrem Ort entsprechen.
- Analysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8, 9) vorzugsweise in einem sich über 30 bis 60° erstreckenden mittleren Bereich aufgerauht oder mit sägezahnförmigen, sich etwa senkrecht zur Ebene des Sollkreises erstreckenden Riefen ausgerüstet sind.
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DE4228190A1 (de) * | 1992-08-25 | 1994-03-03 | Specs Ges Fuer Oberflaechenana | Analysator für geladene Teilchen |
PL368785A1 (pl) * | 2004-06-28 | 2006-01-09 | Krzysztof Grzelakowski | Obrazujący filtr energii dla elektronów i innych elektrycznie naładowanych cząstek oraz sposób filtrowania energii elektronów i innych elektrycznie naładowanych cząstek w urządzeniach elektrooptycznych za pomocą obrazującego filtru energii |
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1984
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