Диссертация (1144222), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Он изучался среди приборов для снятия разностныхэнергетическихспектров,когдапоочерёдносозвуковойчастотойанализируются пучки от эталонного и исследуемого образцов [55, 56].В части работ наравне с энергетическим проводился и угловой анализчастиц. Это становилось возможным благодаря дополнительным элементамконструкции или не совсем обычному использованию самого анализатора.Подробнее об этом сказано в работах [51-53].23Если в цилиндрическом дефлекторе вместо двух заряженныхкоаксиальных цилиндров взять конденсатор, образованный частями двухконцентрических сфер с некоторой разностью потенциалов между ними, томы получим сферический дефлектор. Принцип его работы схож с оным уцилиндрического дефлектора.
Точно так же пучок между обкладкамидвижется вблизи эквипотенциальных поверхностей, входная и выходнаящели тоже вынесены за пределы поля. Имеются даже диафрагмы на краюполя для его локализации и уменьшения влияния краевых эффектов. Однакосферический дефлектор имеет фокусировку в двух направлениях. Этотдефлектор является анализатором в серийных спектрометрах, выпускаемыхрядом фирм [25].Благодаря своим высоким параметрам сферический дефлекторполучил широкое распространение в разных областях исследований.
Частоон используется как составная часть масс-спектрометра [57, 58]. Также егоприменяли для измерения энергии заряженных продуктов ядерных реакций[59]. Большое количество экспериментов посвящено рассеянию электроновв газах [60-66]. Данный анализатор применялся для исследованияэнергетического спектра автоэмиссионного источника [67] или потоковзаряженных частиц в космосе [68-71]. Широкое применение дефлекторнашёл в исследованиях вещества с помощью фото-, рентгено- и ожеэлектронной спектроскопии [72-78].Встекляннойсветовойоптикедляспектральногоанализаиспользуются обладающие угловой дисперсией призмы. Если к такойпризме присоединить коллиматорную и фокусирующую линзы, то системабудет обладать линейной дисперсией, величина которой зависит от угловойдисперсии призмы и от оптической силы фокусирующей линзы.
Вспектроскопии заряженных частиц возможно создание приборов, в томчисле и электростатических, принцип действия которых сильно совпадает с24оным у световых призменных спектрометров. Все существующие схемытаких анализаторов основаны на преломляющих свойствах двумерногополя.Вэлектростатическоманализатореслойдвумерногоэлектростатического поля играет роль грани призмы. Из таких «граней»составляется любой призменный спектрометр [25].Ксожаленью,непосредственнопрактическогопрактическипризменнымпримененияввсеисследованияанализаторам,различныханеобластяхпосвященырезультатамфизики.ихОднакоразновидностей этого класса приборов было предложено значительноеколичество.Электростатическийдвумерныетрёхэлектродныечетытёхэлектродныедвумерныепризменныйанализатор[79-82],линзы[83],иммерсионныетелескопическиесистемы[84,85],призменный спектрометр для измерения спектров фото- и оже-электронов,эмиттируемыхподвоздействиемрентгеновскогоизлучения[86-89],призменный спектрометр для исследования радиационной электроннойэмиссии радиоактивных веществ [90], призмы как составная часть массспектрометров [91-93], клиновидная электростатическая призма [94, 95],комбинация электростатической призмы и двумерного зеркала [96].Далееследуетупомянутьпросветосильныеанализаторысфокусировкой в двух направлениях.
В первую очередь это тороидальныйдефлектор, гиперболическое зеркало и сферическое зеркало. Тороидальныйдефлектор представляет собой конденсатор, электроды которого образованычастями двух дефлекторов. Его основная траектория – это окружность вполе конденсатора и прямая, касательная к этой окружности на границеполя, вне его [25]. Одно из основных применений прибора – исследованиепотоков частиц в космосе [97-100]. Также тороидальный дефлекториспользуется как составная часть масс-спектрометра [101-104].25Гиперболическое зеркало представляет собой конденсатор, состоящийиз двух электродов в форме гиперболических цилиндров, описываемыхвыражением ay 2 x 2 by c 0 .
Эквипотенциали поля, если не учитыватькраевые поля, тоже описываются этим выражением. Тем не менее, несмотряна хорошие дисперсионные качества и двойную фокусировку этотанализатор не получил широкого распространения. Одной из причинявляется сложность формы его электродов [25].Сферическое зеркало схоже со сферическим дефлектором: онообразовано двумя имеющими форму сфер концентрическими электродами,на которые подано напряжение.
Одно из основных отличий заключается втом, что осевая траектория образует некоторый угол с эквипотенциалью, ане совпадает с ней [25].Многие из описанных выше светосильных энергоанализаторов(например,цилиндрическоезеркалоилисферическийдефлектор)достаточно сложны в изготовлении и юстировке. Очень часто это являетсясерьёзным доводом против них при изготовлении в исследовательскихлабораториях или серийном производстве. При этом анализаторы болеепростой конструкции, вроде плоского конденсатора, не могут с нимиконкурировать в своей светимости.
К тому же у того же плоскогоконденсаторапринеплохихдисперсионныхсвойствахиостройфокусировке второго порядка при вынесенном источнике отсутствуетдвойная фокусировка, что является серьёзным недостатком системы. В этомслучае может помочь так называемый коробчатый анализатор. Онпредставляет собой простую конструкцию из двух пар параллельных междусобой плоских электродов, образующих в сечении прямоугольник, иобладает двойной фокусировкой [25].§3.
Современные магнитостатические спектрометры и спектрографы26Работа Дабблдама и Крайта в конце 1980-х годов подчеркнуласущественное преимущество отклоняющих / многоканальных анализаторовнад анализаторами вторичных электронов с тормозящим полем в отношениисигнал-шум (Дабблдам и Крайт, 1987). Они предложили двухканальныйтрохоидальный анализатор, основанный на использовании магнитнойиммерсионной линзы.
Этот тип спектрометра создан на принципетрохоидальногополя,состоящегоизскрещенных электрических имагнитных полей, в которых электроны движутся в направлении магнитногополя (Граннеман и Ван Дер Вил, 1983). Фактически этот анализаторявляется гибридным многоканальным анализатором с тормозящим полем,так как перед каждым детектором помещена тормозящая сетка, а выходнойсигнал каждого канала представляет собой интегрированный сигнал.Единственным недостатком этого спектрометра, работающего на разностинапряжений, является то, что трохоидальный анализатор может бытьоптимизировантолькодляданнойэнергиивторичногоэлектрона,ограничивая энергетическое разрешение прибора [105].Первый полностью многоканальный спектрометр, работающий наразности напряжений, был разработан Хуршидом и Диннисом (1990). Ихпредложение было основано на использовании времени пролета вторичныхэлектронов.
Первичный пучок является импульсным, как это обычнотребуется для измерения разрешённой по времени разности напряжений наинтегральных схемах. Образец помещают в магнитную иммерсионнуюлинзу, а вторичные электроны коллимируются во время их прохода поканалулинзы.Системадетектированиясвысокойпропускнойспособностью собирает вторичные электроны в верхней части линзы. Каналлинзы действует на вторичные электроны как дрейфовое пространство.Резко уменьшающаяся осевая напряженность поля, в которое попадаютвторичные электроны не только коллимирует траектории вторичных27электронов, но и делает их время пролета относительно независимым от ихпервоначального угла вылета.
В этих условиях выходной сигнал будетнепосредственно связан с формой начального энергетического спектравторичных электронов (Крайт и Рид, 1983) [105].ХуршидиКараппиа(2001)предложилимногоканальный/отклоняющий анализатор вторичных электронов в обстановке развитияпостоянных магнитов высокого разрешения с добавочными линзами. Хотядобавочная линза, по существу, представляет собой иммерсионнуюмагнитную линзу, прибор несколько отличается от других анализаторов,работающихнаразностинапряжений,использующихмагнитныеиммерсионные линзы. В этом случае поле линзы ограничено гораздоменьшей областью, чем у предыдущих вариантов спектрометра симмерсионной линзой, и поле линзы падает на порядок величины впределах всего лишь нескольких миллиметров, так что степень коллимациинизкоэнергетичных вторичных электронов гораздо более высокая.
Такжерасположение образца очень близко к верхней пластине линзы помогаетотфильтровывать широкоугольные электроны с более высокой энергией,уменьшая фоновый шум [105].Большой вклад в разработку многоканального анализатора вторичныхэлектронов с 1990-х годов принадлежит Кинли и Плайзу (2004). Онисообщают о конструкции анализатора вторичных электронов для линзы сосмешанными полями, где первичный пучок замедляется непосредственноперед тем, как он достигает образца, а дополнительная фокусировкаобеспечивается однополюсной / широкоугольной иммерсионной линзой.Этот тип линзы со смешанным полем обеспечивает наивысшее разрешениеизображения для всех конструкций иммерсионных линз [105].Такжестоитостановитьсянанекоторыхконструкцияхполнодиапазонных параллельных энергетических спектрометров.Это28времяпролётныйспектрометр,использующийсясмагнитнымииммерсионными линзами. Ещё одна схема – это магнитосекторныйспектрометр с Гауссовым полем, у которого образец расположен вбесполевомпространствеподнижнимполюсомпоследнейлинзы.Спектрометр для разделения магнитных пучков был создан для работысовместно с линзами со смешанными полями, в которых образецрасположен в магнитномполе, а электрическое используется длязамедления первичного пучка до более низких энергий.
Параллельныймагнитный секторный анализатор со вторым порядком фокусировки былтакже разработан Хуршидом и позволял одновременно измерять целыйспектр электронов [105].§4. Современные электростатические спектрометры и спектрографыДалее нужно отметить, что группой Хуршида было предложеноусовершенствование, так называемого, «фонтанного» анализатора. Этотприбор, в принципе, может сочетать относительно высокую передачу свысокимэнергетическимразрешением.Основнаяпроблема,препятствующая использованию фонтанного анализатора в сканирующейэлектронноймикроскопиивкачестведополнениякспектрометру,заключается в том, что нет центрального отверстия, через котороепервичный луч может пройти для облучения образца. Введение такойцентральной дыры неизбежно изменит внутреннее распределение поля,энергетическуюдисперсиюифокусирующиесвойстваанализатора.Предложенная конструкция «фонтанного» анализатора с отсутствующим наоси полем обеспечивает меньшую рабочую область, чем предложенныйранее тороидальный спектрометр со второй фокусировкой [105].29На международной конференции по оптике заряженных частиц CPO-8Кубрик представил электростатический электронный энергоанализатор впараллельной сборке, основанный на однородных по Эйлеру потенциалах(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
