DE3014785A1

DE3014785A1 - Monochromator fuer geladene teilchen

Info

Publication number: DE3014785A1
Application number: DE19803014785
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: 1981-10-22
Also published as: US4412131A; GB2074371B; GB2074371A; DE3014785C2

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Monochromator für geladene Teilchen

Für hochauflösende Spektrometrie geladener Teilchen ist es zweckmäßig, zunächst hochmonochromatische Strahlen geladener Teilchen zu erzeugen, d. h. Teilchenströme mit Teilchen möglichst exakt gleicher Energie. Dafür haben sich Dispersionselemente auf elektrostatischer Basis durchgesetzt, wobei hauptsächlich Kugel- oder Zylinderkondensatoren Verwendung finden. Zylinderkondensatoren bestehen aus zwei konzentrischen Zylinderabschnittsflächen; Kugelkondensatoren weisen zwei konzentrische Kugelabschriittsf lachen auf. In der , Regel erstrecken sich die Flächen über einen Winkel von 127°.

₂₀Grundsätzlich gilt für alle diese Geräte, daß die relative Auflösung — eine Konstante ist, die von der speziellen Geometrie aShängt. Hieraus folgt, daß E möglichst kleinzuhalten ist, um eine hohe absolute Auflösung zu erzielen. Damit wird aber die erreichbare Intensität durch die Raurn-

₂₅ladung 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 zwei Monochromatoren hintereinander angeordnet sind und daß sich zwischen den beiden Monochromatoren eine Verzögerungslinse befindet. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Doppel-³⁵monochromator besteht die Möglichkeit, den ersten mit höherer Energie und damit höherer Intensität zu betreiben.

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

j =Ae . E ^3/2
^Jae ο ο

In dieser Gleichung bedeuten:

j : die Ausgangsstromdichte des Einzelmonochromators E ; die Energie der Teilchen

E : energetische Halbwertsbreite ο ^y

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

Λ 1/9

j , =Λ Ε . E '' . E ad ο 1 ο

Darin bedeuten:
„ j , : die Ausgangsstromdichte des Doppelmonochromators

E : die Energie der Teilchen im zweiten Kondensator

E. : die Energie der aus dem ersten Kondensator austretenden Teilchen

Ein Vergleich der beiden Intensitäten j , und"j zeigt

3.CL el 6

folgendes:

^jae _ΔΕ . ε 3/2 ° °

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3QU785

Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, daß durch die Verwendung eines Doppelmonochromator mit dazwischen bewirkter Verzögerung der Teilchen bezüglich der

"Il ti
Intensität der Faktor _J_ gewonnen werden kann.

Dieser Faktor ist>1, da E₁^-E ist.

Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles eines Doppelmonochromators nach der Erfindung erläutert werden.

Der dargestellte Doppelmonochromator besteht aus den Zylinderkondensatoren 1 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 mit 11 bezeichnet ist. Sie verlassen den Vormonochromator durch die Blende 12 mit der Energie E.. In der Verzögerungslinse 7 werden sie auf die Energie E verzögert und treten durch -die Eintrittsblende 13 in den Hauptmonochromator 2 ein, dessen Achse mit 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 Energieverlustes, den die Teilchen durch die Kollision mit der Oberfläche der Probe erleiden, sind nicht mehr dargestellt.

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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. Bi 10 V) verlassen. In der Verzögerungslinse 7 werden sie auf die Energie E (z. B. 0,4 V) verzögert. Im Hauptmonochromator 2 erfolgt eine weitere Monochromatisierung, so daß die Teilchen mit einer Auflösung von z.B. 10 meV den Hauptmonochromator verlassen. Die erreichbaren Intensitäten liegen bei ca. 5.10 A. Bisher konnte

bei einer Energie von 0,4 eV nur eine maximale Intensität von weniger als 10 A err ι
um den Faktor 20 schwanken.

von weniger als 10 A erreicht werden. Stromwerte können

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L e e r s e

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Monochromator für geladene Teilchen, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Monochromatoren (1, 2) hintereinander angeordnet sind und daß sich

zwischen den beiden Monochromatoren eine Verzögerungs-15

linse (7) befindet.

2. Monochromator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein als Zylinder-

koridensator ausgebildeter Vormonochromator (1) und ein 20

ebenfalls als Zylinderkondensator ausgebildeter Hauptmonochromätor (2) vorgesehen sind, zwischen denen die Verzögerungslinse (7) angeordnet ist.

3. Monochromator nach Anspruch 1 oder 2, d a d* u r c h 25

gekennzeichnet , daß zur Bildung der Verzögerungslinse (7) drei Blenden (17, 18, 22) vorgesehen sind.

4. Für die Elektronenenergieverlust-Spektrometrie geeigneter Monochromator nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormonochromator (1) derart betrieben wird, daß die Energie der austretenden Elektronen 10 V beträgt und daß die Elektronen in der Verzögerungslinse (7) auf 0,4 V verzögert werden.

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ORIGINAL