ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к области анализа физических характеристик приповерхностного слоя вещества в конденсированном состоянии методами вторично-эмиссионной спектроскопии и может найти применение для неразрушающего контроля приповерхностной области широкозонных полупроводников и диэлектриков.
Известен электронный спектрометр (Huchital D.A., Rigden J.D., Appl. Phys. Lett., 1970. v.16, №9, p.348-361) используемый для регистрации рентгеновских фотоэлектронных спектров. Спектрометр содержит вакуумную оболочку, в которой размещены мишень, двухсеточной квазисферический анализатор, цилиндрический двухсеточный постмонохроматор и коллектор электронов, при этом источником возбуждающего излучения является внешний рентгеновский источник.
Анализ электронов по энергии обеспечивается за счет подачи на внешнюю сетку двухсеточного квазисферического анализатора задерживающего потенциала и последующей фокусировки электронов, прошедших внешнюю сетку с минимальной энергией на коллектор электронов за счет подачи соответствующих потенциалов на цилиндрическую и плоскую сетки двухсеточного постмонохроматора.
Недостатком такого спектрометра является его конструктивная сложность, связанная с необходимостью использования громоздкого оборудования, обеспечивающего внешнее рентгеновское излучение.
Известно несколько типов спектрометров для регистрации вторично-электронных спектров, среди которых наибольшее распространение получили дисперсионные и бездисперсионные электростатические электронные спектрометры, конструкции и принцип действия которых достаточно подробно описаны в следующих источниках (Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А. и др. Электронная спектроскопия. - М.: Мир, 1971.; Козлов И.Г. Методы энергетического анализа электронных потоков - М.: Атомиздат, 1971.)
Известны дисперсионные спектрометры (Афанасьев В.П., Явор. С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц М: «Наука», с.97-143, 1978), среди которых наибольшее распространение получили спектрометры типа цилиндрического и сферического зеркал.
Такие спектрометрометры состоят из электронной пушки, двух вложенных друг в друга цилиндрических или сферических зеркал и коллектора электронов, размещенных в вакуумной оболочке. Анализ электронов по энергии обеспечивается за счет подачи на внутреннее зеркало определенного отрицательного потенциала.
Существенным недостатком дисперсионных спектрометров является их низкая светосила, связанная с ограниченной апертурой (Δθ=1-5 градусов).
Наиболее близким к заявляемому является бездисперсионный двух-трехсеточный спектрометр типа сферического конденсатора с задерживающим полем (Harris L.A., Appl. Phys., v.39, p.l419 1968).
Такой спектрометр состоит из мишени, нескольких (двух или трех) вложенных друг в друга сферических сеток, коллектора электронов, электронной пушки, которые помещены в вакуумную, оболочку. Анализ электронов по энергии обеспечивается за счет подачи задерживающего потенциала на одну из сеток и регистрации кривых задержки токов вторичных электронов на коллекторе с последующим дифференцированием экспериментально полученных кривых.
Недостатками такого спектрометра являются неточность проводимого анализа, вызванная сложной процедурой получения спектров (необходимость дифференцирования кривых задержки), разрушающий эффект, связанный с необходимостью использования больших интенсивностей первичного пучка электронов, а также ограничение диапазона исследуемых материалов, обусловленное эффектами зарядки поверхности исследуемого материала при больших интенсивностях первичного пучка электронов
Задачей полезной модели является создание электронного спектрометра, позволяющего достигать технический результат, заключающийся в повышении точности проводимого анализа, обеспечении неразрушающего анализа и расширении диапазона исследуемого материала.
Сущность полезной модели заключается в том, что электронный спектрометр, содержащит вакуумную оболочку, в которой размещены электронная пушка, мишень, двухсеточной квазисферический анализатор и коллектор вторичных электронов, при этом дополнительно в него введены цилиндрический двухсеточный постмонохроматор, коллектор первичных электронов и улавливающий рассеянные электроны электрод.
Коллектор вторичных электронов выполнен в виде цилиндра Фарадея с размещенным в нем каналовым электронным умножителем.
Заявляемый спектрометр позволяет повысить точность регистрации спектра, за счет введения в конструкцию цилиндрического двухсеточного постмонохроматора, обеспечивающего прямую регистрацию спектра вторичных электронов. Введение в качестве коллектора вторичных электронов цилиндра Фарадея с размещенным в нем каналовым электронным умножителем, работающим в режиме счета отдельных импульсов, обеспечивает возможность использования предельно малых потоков электронов и соответственно обеспечивает неразрушающий анализ поверхностей и исключает эффекты зарядки любых высокоомных и диэлектрических исследуемых материалов, что позволяет расширить диапазон исследуемых материалов.
Устройство содержит (фиг.1) вакуумную оболочку 1; в которой размещены мишень 2, электронная пушка 3, двухсеточной квазисферический анализатор, состоящий из внутренней сферической сетки 4 с закрепленным на ней экраном 5 и внешней квазисферической сетки 6; цилиндрический двухсеточный постмонохроматор, состоящий из цилиндрической сетки 7 и коллекторной сетки 8; улавливающий рассеянные электроны электрод 9; коллектор вторичных электронов в виде цилиндра Фарадея 10 с размещенным в нем каналовым электронным умножителем 11 и коллектор первичных электронов 12 в виде цилиндра Фарадея.
Все сетки устройства могут быть изготовлены из мелкоструктурной молибденовой сетки с прозрачностью порядка 80%. В качестве каналового электронного умножителем может быть использован малогабаритный электронного умножителем ВЭУ-6. Улавливающий рассеянные электроны электрод представляет собой проводящий слой металла, напыленный на стенки стеклянной вакуумной оболочки. Цилиндры Фарадея могут бвть изготовлены из танталовой фольги.
Спектрометр работает следующим образом.
з
3
Мишень 2, являющуюся образцом исследуемого материала, облучают сфокусированным пучком электронов, формируемым электронной пушкой 3. Внутренняя сферическая сетка 4 обеспечивает эквипотенциальность пространства в промежутке мишень - сетка. На внешнюю квазисферическую сетку 6 подают задерживающий потенциал U. На цилиндрическую сетку 7 и коллекторную сетку 8 подают потенциалы, обеспечивающие фокусировку во входную апертуру цилиндра Фарадея 10 электронов прошедших с минимальной энергией внешнюю квазисферическую сетку 6. Экран 5 препятствует попаданию в цилиндр Фарадея 10 быстрых электронов, прошедших внешнюю квазисферическую сетку 6 по оси спектрометра. Каналовый электронный умножитель 11 регистрирует вторичные электроны с энергией Е=еU либо в токовом режиме, либо в режиме счета отдельных импульсов. При смещении мишени 2 из центра внутренней сферической сетки 4 обеспечивается прохождение первичного пучка электронов в коллектор первичных электронов 12 в виде цилиндра Фарадея и регистрация его интенсивности.
Заявляемая конструкция электронного спектрометра обеспечивает регистрацию спектра вторичных электронов при минимальных токах первичных электронов I порядка
-15
-16
10-10 А, что позволяет неразрушающим образом регистрировать спектры самых высокоомных диэлектриков с повышенной точность регистрации.