SU1711263A2 - Электростатический энергоанализатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к спектроскопии пучков зар женных частиц и может быть .использовано дл  создани  электростатических энергоанализаторов с высокой светосилой , обладающих высокими 22 разрешающей способностью, чувствительностью и хорошей эффективностью работы в сверхвысоковакуумных электронных спектрометрах . Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности, разрешающей способности и улучшение эффективности работы. Устройство содержит фланец 1, на котором установлены внутренний 4 и наружный 8 цилиндрические электроды. Электроны вылетают из точечного источника 2 и через приемную диафрагму 6 попадают в приемник 7. Торцова  пластина 10 и диафрагма 6 с приемником 7 выполнены подвиж- ными и могут двигатьс  вдоль оси устройства. Передвига  торцовую пластину и диафрагму, можно подобрать нужный режим работы устройства. 1 ил. Ё ю со N3

Description

Изобретение относитс  к спектроскопии пучков зар женных частиц, может быть использовано дл  создани  электростатических энергоанализаторов с высокой разрешающей способностью, высокой чувствительностью, обладающих возможностью плавного изменени  фокусного рассто ни  и разрешающей способности, и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авт.св. Мг 680534.

Известен электростатический энергоанализатор пучков зар женных частиц типа цилиндрического зеркала. Этот анализатор состоит из двух соосных цилиндрических электродов. Внутренний электрод имеет два окна, одно из которых предназначено дл  ограничени  угловых размеров пучка и ввода его в анализирующее поле между электродами, а другое - дл  возвращений пучка из анализирующего пол  в область внутреннего электрода, где располагаетс  приемник с приемной диафрагмой. При этом размеры обоих окон одинаковы. Внутренний цилиндрический электрод обычно заземл етс , а к наружному прикладываетс  мен ющийс  потенциал того же знака, что и зар д анализируемых частиц. Точечный источник и его изображение наход тс  на оси симметрии и фокусное рассто ние равно 6,13п, где п - радиус внутреннего электрода. Процесс анализа частиц по кинетическим энерги м основан на фокусирующем и диспергирующем действии электростатического пол  между электродами на пучок зар женных частиц, средн   траектори  которого наклонена на входе в поле под углом «о к оси симметрии . Разрешающую способность анализатора можно характеризовать отношением дисперсии к величине аберрационного размыти  изображени . Чем больше это отношение, тем выше разрешающа  способность анализатора . Дл  создани  цилиндрического пол  в области прохождени  траекторий зар женных частиц требуютс  электроды большой длины, позвол ющие устранить вли ние краевых полей.

Такие анализаторы громоздкие. На практике в цилиндрических зеркалах анализирующее поле обычно ограничивают в направлении оси симметрии, а на торцах цилиндрических электродов, располагают системы коаксиальных электродов, несущих корректирующие потенциалы. Применение таких громоздких и сложных защитных систем позвол ет значительно сократить длину анализатора, избавившись в то же врем  от искажающего действи 

краевых полей. При этом фокусировка анализатора не улучшаетс .

Наиболее близким  вл етс  анализатор , состо щий из внутреннего цилиндрического электрода с двум  окнами одинакового размера, наружного электрода , точечного источника, приемника с диафрагмой , одной системы коаксиальных защитных электродов (на торце со стороны

источника) и содержащий в межэлектродном пространстве за выходным окном торцовую металлическую пластину, перпендикул рную оси симметрии и имеющую потенциал внутреннего электрода, с

которым она соединена механически и электрически и котора   вл етс  конструктивным элементов анализатора. Торцова  металлическа  пластина, имеюща  потенциал внутреннего электрода, создает нужный эффект изменени  фокусирующего пол  по сравнению с идеальным цилиндри; ческим, в результате которого разрешающа  способность при регистрации пучков с большой угловой расходимостью в несколь ,ко раз выше, чем в случае цилиндрического пол  в режиме угловой фокусировки второго пор дка. При этом становитс  ненужной система коаксиальных защитных электродов - на торце со стороны приемника, так как

область анализируемого пол  ограничиваетс  торцовой пластиной. Фокусное рассто ние f анализатора, т.е. рассто ние между источником и изображением, зависит от рассто ни  между торцовой пластиной и ис„точником д,.

Известный анализатор зачастую имеет разрешающую способность и чувствительность меньше расчетных дл  заданной конструкции анализатора, например, если

фактическое рассто ние между источником и диафрагмой приемника из-за погрешности изготовлени  не равно расчетному дл  данного д. При этом фокус пучка может располагатьс  ближе приемной диафрагмы

или за ней. Это приводит к потере интенсивности пучка, проход щего через диафрагму в приемник, т.е. снижению чувствительности измерений и ухудшению разрешающей способности. Кроме того, ухудшение характеристик может произойти при наличии внешних возмущающих факторов - электростатических или рассе нных магнитных полей , деформации электродов при прогревах вакуумной системы и т.д. Кроме того, анализатор не позвол ет изменить режим работы в зависимости от конкретной задачи исследовани  без изменени  конструкции, что св зано с нарушением вакуумных условий и

необходимостью значительной переделки прибора.

Цель изобретени  - повышение чувствительности , разрешающей способности анализатора, а также улучшение эффективности его работы в сверхвысоковакуумных установках.

Предлагаемый анализатор содержит внутренний электрод с двум  окнами, наружный электрод, источник зар женных частиц , приемник с диафрагмой, систему защитных электродов со стороны источника , металлическую торцовую пластину со стороны приемника, имеющую потенциал внутреннего электрода. Длина выходного окна 2(фиг. 1) в направлении оси симметрии увеличина по сравнению с длиной 11 входного окна на величину ДI fмакс мин, где Тмакс и Тмин экстремальные значени  фокусных рассто ний дл  всей совокупности расчетных режимов работы анализатора. Торцова  пластина и приемник с диафрагмой выполн ютс  подвижными, способными перемещатьс  вдоль оси симметрии анализатора с помощью герметичных вводов перемещени  без разгерметизации установки и прекращени  ее работы на длительный срок.

Выполнение выходного окна удлиненным по сравнению с входным, а торцовой пластины и приемника подвижными вдоль оси симметрии позвол ет производить плавное изменение фокусировки анализатора , добиватьс  перехода к нужному режиму работы с точной регулировкой разрешающей способности и чувствительности , не мен   конструкцию анализатора и не производ  разгерметизацию высоковакуумной установки с прекращением ее работы .

На чертеже представлена конструктивна  схема анализатора.

На базовом фланце 1 (фиг. 1) размещен анализатор, состо щий из точечного источника 2 зар женных частиц, входного окна 3 длиной И, котора  определ етс  угловыми размерами анализируемого пучка по известному соотношению

И п ctg (GO - Да/2 ) -ctg (ob + Да/2 )}, где Да -угол расходимости пучка;

«о - угол наклона средней траектории пучка к оси симметрии, внутреннего цилиндрического электрода 4 с радиусом м, выходного окна 5 длиной 12 1Г + Al. Где Д I f макс - f мин :ТмаксИ Тмин экстремальные значени  фокусных рассто ний f дл  всех режимов работы, приемной диафрагмы 6 на оси симметрии приемника 7 наружного электрода 8 с изол торами 9, которыми он изолирован от внутреннего цилиндрического электрода 4, 5 торцовой пластины 10, расположенной на покрытом резьбой участке 11 поверхности внутреннего цилиндрического электрода 4 и имеющей по периметру зубчатую насечку 12, наход щуюс  в зацеплении с шестерен0 кой 13 эксцентрикового ввода вращени , состо щего из поворотной ручки 14, ведущего эксцентрика 15, сильфона 16, ведомого эксцентрика 17, вал которого расположен в подшипниках 18 и соединен с шестеренкой

5 13. Анализатор включает также ввод линейного перемещени , состо щий из микрометрической головки 19, сильфона 20 и штока 21, соединенного с приемником 7, а также систему защитных электродов 22 на

0 торце анализатора со стороны источника. Анализатор устанавливаетс  на базовом фланце 1 с помощью несущих стоек 23, соединенных с задней стенкой анализатора 24. Анализатор работает следующим обра5 зом.

В исходном состо нии базовый фланец анализатора размещаетс  на фланце вакуумной камеры (не показаны). Расход щийс  от точечного источника пучок зар женных

0 частиц вырезаетс  входным окном 3 внутреннего цилиндрического электрода 4 и попадает в анализирующее поле. Центральна  траектори  пучка наклонена перед входом в поле под углом 42,3° к оси симметрии. От5 раженные полем зар женные частицы выход т через окно 5 и попадают в отверстие приемной диафрагмы 6 приемника 7. Изме н   потенциал V на наружном электроде 8, получают спектр частиц по кинетическим

0 энерги м.

При значении потенциала V в приемную диафрагму пройдут частицы с кинетическими энерги ми, удовлетвор ющими соотношению Е V-y, где у - расчетный

5 коэффициент. Чтобы изменить режим работы анализатора достаточно переместить , торцовую пластину 10 в новое положение по резьбе 11, а приемник 7 - в новое положение вдоль оси симметрии. Это выполн етс 

0 с помощью герметичных вводов движени  извне камеры установки. Поворачива  ручку 14 в нужном направлении и враща  тем самым ведущий эксцентрик 15, поворачивают изолированный от него сильфоном 16 ведо5 мый эксцентрик 17 внутри вакуумной камеры , в результате чего вращаетс  вал эксцентрика в подшипниках 18, враща  шестеренку 13/Благодар  тому, что участок с резьбой 11 так же, как и шестеренка 13 имеет длину 0.8п, торцова  пластина 10 при

движении по резьбе, остава сь в зацеплении с шестеренкой 13. может смещатьс  вдоль оси симметрии на это рассто ние, что обеспечивает возможность охватить все расчетные режимы работы анализатора.

Смещение приемника вдоль оси симметрии производитс  вводом линейного перемещени , дл  чего требуетс  с помощью микрометрической головки 19, воздейству  на сильфон 20, переместить шток 21. Точность настройки в новом положении контролируетс  по величине сигнала от приемника 7, который должен быть максимальным по сравнению с близкими положени ми торцовой пласдины 10 и приемника 7 вдоль оси симметрии. При точном соответствии установленного положени  торцовой пластины фактическому фокусному рассто нию чувствительность и разрешающа  способность максимальные по сравнению с близкими положени ми вдоль оси симметрии в обоих направлени х.

Анализатор позвол ет легко изменить режим работы в соответствии с конкретной исследовательской задачей. Например, дл  перехода от режима с увеличенной разрешающей способностью к режиму идеального цилиндрического зеркала, используемому дл  калибровочных измерений , достаточно сместить торцовую пластину из положени  с 5 5,8ri в положение с

д 6,4п, а приемник соответственно из положени  с f б.ОЗп в положение с f 6,13п, что выполн етс  без нарушени  работы спектрометра и без разгерметизации его камеры .

Выполнение выходного окна удлиненным по сравнению с входным, а торцовой металлической пластины и приемника с диафрагмой подвижными вдоль оси симметрии позвол ет производить плавное изменение фокусировки анализатора с помощью герметичных вводов извне вакуумной камеры, добива сь максимально возможных чувствительности, разрешающей способности и эффективности работы анализатора в сверхвысоковакуумных спектрометрах .

Формул а изобретени  Электростатический энергоанализатор

по авт.св. № 680534, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности , разрешающей способности и улучшени  эффективности его работы, торцова  пластина и приемник выполнены подвижными вдоль оси симметрии, а выходное окно внутреннего электрода имеет длину большую, чем входное, на

Величину АI fMaicc-fMMH, где f макс И мин экстремальные значени  фокусных рас- сто ний энергоанализатора дл  всех режимов работы.

Claims (1)

1. Формул ^изобретения

   Электростатический энергоанализатор по авт.св. № 680534, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, разрешающей способности и улучшения эффективности его работы, торцовая пластина и приемник выполнены подвижными вдоль оси симметрии, а выходное окно внутреннего электрода имеет длину большую, чем входное, на Величину ΔI = Тмакс~Тмин, где Тмакс И Тмин ^— экстремальные значения фокусных расстояний энергоанализатора для всех режимов работы.

   Составитель А. Ильин Редактор И.Шулла Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

   Заказ 345 Тираж Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101