Электронно-оптические системы для одновременной регистрации энергетических и угловых спектров эмиттированных электронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

2 4 глмр

На правах рукописи

КРАСНОВА Надежда Константиновна

ЭЛЕКТРОННО - ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И УГЛОВЫХ СПЕКТРОВ ЭМИТТИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

(01.04.04 - физическая электроника)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт -Техническом Университете.

Петербургском Государственном

Научный руководитель -Научный консультант -Офицальные оппоненты -

Ведущая организация -

доктор физико-математических наук, профессор Кораблев В.В.

доктор физико-математических наук, профессор Голиков Ю.К.

доктор физико-математических наук, профессор Брытов И.А., кандидат физико-математических наук, доцент Броздниченко А.Н.

Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе

Защита состоится "/3" СЬи^ЛЛ ^ 1997 г. в />? часов на заседании диссертационного СоветаК 063.38.16 при Санкт-Петербургском Государственном Техническом Университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, СПбГТУ, Политехническая ул., 29.14*- , 25/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан " № " — 1997 г

Ученый секретарь диссертационного Совета К 063.38.16, кандидат физико-математических наук

О. А. Подсвиров

Актуальность работы

Информация о процессах, протекающих на поверхности твердого тела, определяет развитие техники и технологии современной микроэлектроники, эмиссионной электроники, производства широкого класса покрытий, слоистых структур и т.д.

Среди огромного арсенала методов структурного и элементного анализа поверхности наиболее широко используются методы электронной спектроскопии. Задача получения достоверной информации этими методами выдвигает жесткие требования непосредственно к анализирующей и регистрирующей аппаратуре.

Используемые в физических экспериментах и описываемые в литературе энергоанализирующие системы обладают достаточно хорошими электронно - оптическими свойствами. Созданы приборы, в которых, например, значение приведенной дисперсии составляет десятки единиц и относительное разрешение по энергии составляет менее 0.1%.

Однако, область применения таких систем ограничена. Например, затруднительно их использовать для регистрации слабых сигналов или при исследовании быстропротекающих на поверхности процессов.

Помимо энергетических спектров эмиггированных с поверхности твердого тела частиц информацию о ее состоянии дают их угловые распределения. Существует целый ряд спектрометров, позволяющих фиксировать анализируемые частицы в узком телесном угле, ограниченном апертурой прибора. Однако, чтобы одновременно исследовать целый диапазон углов (до 180°, например) применяют механическое вращение прибора либо используют несколько детекторов, а это усложняет процесс регистрации и увеличивает время сбора информации.

В настоящее время в современных электронных спектрометрах успешно применяют позиционно-чувствительные детекторы (ПЧД). Их использование пока ограничивается многоканальной регистрацией либо угловых, либо энергетических распределений.

В литературе описаны системы, в принципе позволяющие реализовать многоканальный анализ с высоким разрешением по энергии и углам одновременно ([1,2]). Обе системы, однако, имеют сложную многоступенчатую конфигурацию поля. Одна из них, помимо этого, требует применение детектора цилиндрической формы. Значительно большие возможности сулит при-

менение плоского ПЧД. Он может обладать достаточно высоким разрешением, технологичен и дает возможность применить для усиления сигнала сборку из микроканальных пластин (МКП) с коэффициентом усиления 103 -107. Эта возможность реализована во второй схеме ([2]).

Для анализа полного диапазона полярных углов и конечного интервала энергий в обеих схемах используют широкие диафрагмы, обычно затягиваемые сетками. Наличие нескольких каскадов увеличивает паразитный сигнал, что ухудшает качество собираемой информации.

В некоторых методиках (например, фото-электронной спектроскопии с угловым разрешением) анализируются пучки заряженных частиц, вылетающие с поверхности под разными полярными углами при фиксированном азимутальном. Такая геометрия эксперимента наиболее удобна при интерпретации полученных данных. Однако, до настоящего времени аксиально-симметричных энергоанализирующих систем, позволяющих осуществлять одновременную регистрацию энергетических и угловых распределений при определенной геометрии эксперимента с применением плоского двумерного ПЧД, не предлагалось.

Таким образом, появление электронно-оптических систем для одновременного многоканального анализа по энергиям и углам, обладающих хорошими электронно-оптическими характеристиками, удобной конфигурацией и компактностью, расширит возможности и круг исследований по диагностики поверхности твердого тела.

Целью работы является поиск и исследование электронно-оптических (ЭО) схем, позволяющих регистрировать на плоском детекторе заряженные частицы в целом диапазоне энергий и полярных углов и обладающих одновременно следующими свойствами:

- высокими электронно-оптическими характеристиками : линейной дисперсией, относительными энергетическим и угловым разрешением ;

- простотой электродных конфигураций, компактностью и удобством расположения основных узлов энергоанализатора.

Научная новизна результатов 1. Впервые рассмотрена ЭО система, состоящая из двух соосных конусов с общей вершиной. Описаны основные электронно-оптические свойства структуры. Продемонстрированы эффекта расширения и сжатия пучков за-

ряженных частиц в зависимости от направления движения - от особенности поля или к ней. Данная система обладает высокой дисперсией в широком

диапазоне энергий. Предложено использовать режим, когда прибор работает как спектрограф при регистрации и угловых, и энергетических распределений анализируемых заряженных частиц.

2. Рассмотрен новый класс суперпозиции электростатических полей: совмещенных кулоновского центра (сферическое зеркало) и дипольной особенности. Продемонстрирована возможность получения поля с требуемыми электронно-оптическими характеристиками, в частности, спрямление линии фокусов, когда исходная полевая структура возмущена полем диполя, имеющим небольшой радиус действия по сравнению со сферическим. Показано, что дальнейшее изменение электростатического поля (введение дополнительных членов в распределение потенциала, как-то сферическое распределение с переменным центром и произвольным зарядом) не вносит существенных изменений в электронно-оптические характеристики и форму фокальной поверхности.

3. Проведен анализ электронно-оптических характеристик и свойств класса полевых структур, построенных на основе поля точечного заряда и поля точечного диполя, помещенных в начало координат. Определена оптимальная конструкция прибора, в котором одновременно регистрируются пучки заряженных частиц в целом диапазоне энергий, эмиттированные с поверхности под разными полярными углами при фиксированном азимутальном. Выработан критерий качества прибора - разрешающая способность анализатора, учитывающий конечный размер реального источника и угловую расходимость, анализируемых пучков, задаваемой апертурой входной диафрагмы.

4. Предложена конструкция спектрографа, распределение потенциала в котором описывается разностным полем, с использованием в качестве регистрирующего элемента плоского позиционно-чувствительного детектора. Электронно-оптическая схема позволяет регистрировать на плоском детекторе одновременно энергетические и угловые спектры заряженных частиц в целом диапазоне энергий и полярных углов (до 180°). Определены основные геометрические параметры прибора и электронно-оптические характеристики.

5. Предложена модель времяпролетного масс-энергоанализатора с угловым разрешением. Определен режим работы прибора, когда в единицу времени на плоском ПЧД можно зарегистрировать ионы определенной массы в

некотором интервале энергий и целом диапазоне полярных углов (до 180°). Сделаны оценки основных ЭО параметров.

Защищаемые положения

1. Созданная конструкция энергоанализатора на основе "конусообразного" потенциала может быть применена для одновременной регистрации энергетических и угловых распределений элекгронов.

2. Доказано, что линию фокусов в энергоанализаторе типа "сферическое зеркало" можно спрямить методом локального возмущения структуры сферического поля в виде добавления в потенциал дипольных членов.

3. На основе разностного поля и плоского позиционно-чувствительного детектора может быть построена эффективная электронно-оптическая схема для регистрации одновременно энергетических и угловых распределений заряженных частиц.

4. Разработанная теория разделения заряженных частиц в разностном поле позволяет совместить анализ по массам, энергиям и углам в одном приборе.

Научная и практическая ценность

Исследовано несколько классов электростатических полей, на основе которых могут быть созданы энергоанализирующие системы, призванные решать качественно новые задачи диагностики поверхности, например, фиксировать процессы, происходящие на поверхности в режиме реального времени.

Предложена новая конструкция электронно-оптической схемы на основе квазиконического анализатора, где реализуется возможность одновременного спектрографического анализа энергетических и угловых распределений заряженных частиц с высоким разрешением.

Разработана модель времяпролетного масс-спектрометра, в котором может быть осуществлен совместно анализ заряженных частиц по массам, по энергиям (в конечном интервале) и по полярным углам (в полном диапазоне).

Впервые исследован "конусообразный" потенциал. В следствии уникальных свойств поля, на его основе могут быть созданы

- монохроматор электронных потоков ;

- анализатор параллельных потоков заряженных частиц;

- энергоанализатор, обладающий высокими фокусирующими и дисперсионными свойствами;

- энергоанализатор, позволяющий фиксировать на детекторе одновременно диапазон энергий и диапазон полярных углов эмиссии ;

- многокаскадная система, одно из "достоинств" которой есть сжатие или расширение пучков заряженных частиц.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на 3rd International Workshop on Auger Spectroscopy and Electron Structure, Liverpool, September, 1994; научной конференции "Инновационные и наукоемкие технологии для России", Апрель, 1995; Всероссийском симпозиуме по эмиссионной электронике, Рязань, Сентябрь, 1996.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в российских и зарубежных журналах и выдан патент на изобретение.

Структура if объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 146 страниц текста, 50 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 52 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность работы, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены различные типы энергоанализаторов и электронно-оптических схем, в которых осуществляется регистрация угловых и энергетических распределений заряженных частиц.

Ряд приборов, представленных в обзоре, работают в режиме спектрометров. В этом случае распределение пучка частиц по энергиям или по углам исследуется последовательно по времени. Эти анализаторы обладают высокой энергетической разрешающей способностью и широким диапазоном анализируемых углов как полярных, так и азимутальных. Однако, снятие угловых спектров требует механического вращения прибора или об-

разца, что приводит к значительному возрастанию времени эксперимента и, в частности, невозможности регистрировать быстропротекающие процессы. Притом точность определения углов определяется чисто техническими возможностями и характеристиками устройства.

Другая группа ЭО систем включает анализаторы, в которых реализован режим, когда прибор работает как спектрограф при снятии углового спектра и как спектрометр при регистрации энергетического. Представленные анализаторы очень разнообразны, обладают рядом достоинств и удовлетворительными ЭО характеристиками. Однако, в предложенных схемах либо извлечение информации из угловых спектров затруднена для анализа (требуется введение дополнительных поправок), либо конструктивно усложнен ввод или вывод анализируемого пучка заряженных частиц.

Улучшение ЭО характеристик (дисперсии, разрешающей способности) осуществляется усложнением конструкции устройства путем включения дополнительных узлов (например, создание многокаскадных систем или осе-симметричных линз, имеющих коническую форму, как в случае тороидального спектрометра), что несомненно затрудняет изготовление и сопряжение отдельных элементов и настройку анализатора в целом.

Среди представленных электронно-оптических схем существуют такие, в которых реализована возможность одновременной регистрации угловых и энергетических распределений в целом диапазоне. Одна из систем, состоящая из двух последовательно соединенных цилиндрических зеркал с внутренним и внешним отражением, требует применение детектора цилиндрической формы; другая построена из двух каскадов цилиндрического зеркала и промежуточного сферического зеркала с внешним отражением пучка и предполагает регистрацию сигнала на плоском детекторе. Т. о., обе системы являются многокаскадными, а геометрия эксперимента неудобна дня интерпретации данных, так как ввод пучков анализируемых частиц осуществляется под острым (непрямым) углом к оси симметрии.

Поскольку в современной литературе уделяется большое внимание именно анализирующих системам, в которых фиксируется сигнал с помощью позиционно-чувствительного детектора, то в обзоре посвящен целый раздел устройствам, непосредственно созданных для регистрации и анализа сигнала.

Все семейство детекторов можно разделить на четыре типа, отличающихся друг от друга способом регистрации. ПЧД различных типов имеют свои особенности, преимущества и недостатки, успешно используются в многих физических экспериментах. Даны основные характеристики детекторов -

пространственное и временное разрешение, скорость счета, уровень "шумов . Использование ПЧД предпочтительнее ранее применяемых детекторов, потому что позволяет расширить круг задач, решаемых с помощью методик электронной спектроскопии, и снизить критерии, предъявляемые к энерго-анализирующим системам в отношении светосилы прибора, так как для усиления сигнала могут быть использованы микроканальные пластины (МКП), коэффициент усиления которых составляет 105 -107.

Однако, применение плоского детектора и сборки из МКП накладывает новое условие : поверхность фокусов должна быть плоской, чтобы в пределах самого детектора разрешающая сила оставалась практически постоянной. Немногие известные энергоанализаторы обладают требуемыми фокусирующими свойствами. В одной из цитируемых работ предложены многокаскадные системы, в которых поверхность фокусов оказывается плоской.

В конце главы проведен анализ различных конфигураций, выделены основные возможности и недостатки устройств с точки зрения их применения для одновременного анализа энергетических и угловых распределений. В завершении сделаны выводы, обрисован круг поиска возможных конфигураций полевых структур и сформулированы основные задачи работы.

Вторая глава посвящена более углубленному изучению традиционно используемых в электронной спектроскопии приборов. Показано, что для осуществления одновременного анализа частиц в полном диапазоне полярных углов и некотором энергетическом интервале может быть использовано сферическое зеркало (СЗ).

Воспользовавшись основными обозначениями и выражениями, задающими траектории частиц в сферическом зеркале, принятые в работе [3], были построены линии фокусов - геометрическое положение фокусов пучков частиц различных энергий в одной из меридиональных плоскостей, вычислены основные ЭО характеристики - энергетическое разрешение и линейная дисперсия в плоскости, перпендикулярной оси симметрии.

Установлено, что фокусы моноэнергетических потоков частиц лежат на поверхности сферы, центр которой совпадает с началом координат. Траектории частиц направлены по касательным (т.е. под скользящим углом) к фокальной поверхности. Установлено, что при любом изменении положения источника радиус фокальной поверхности изменяется. Поэтому в плоскости

детектора изображение неточечного источника оказывается сильно размытым. Таким образом, сферическое зеркало не подходит для решения поставленной задачи, поскольку наблюдается перемешивание фиксированных энергетических каналов за счет источника, имеющего конечный размер, и, следовательно, характеризуется невысоким энергетическим разрешением в плоскости детектора (6-10% от энергии настройки).

Для того чтобы спрямить линию фокусов и увеличить угол наклона траекторий к плоскости детектора, предложено использовать локальное возмущение путем добавления дипольного члена в сферическое распределение потенциала (рис. 1):

1 2

Ф(г, г) = . + . (1)

в цилиндрических координатах.

Рис. 1.

"Возмущенное" сферическое зеркало (1).

-4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0

г

Для простоты описания и возможности сравнения различных ЭО схем введена безразмерная модель движения, которая используется и во всех последующих главах.

Следующий раздел главы посвящен методике расчета разрешения и дисперсии прибора. В основу заложено условие, что суммарное размытие изображения на детекторе, обусловленное конечным размером источника и угловым разбросом на входе, определяет минимальное энергетическое раз-

решение прибора. Линейная дисперсия равна минимальному смещению заряженных частиц в плоскости, перпендикулярной оси системы, при изменении их энергии на 100%.

______________Было исследовано_ два режима: когда источник располагался на оси

справа и слева от начала координат. Установлено, что в первом варианте (г, >0) картина фокусировки остается прежней, как и в СЗ: линии фокусов искривлены и траектории частиц составляют скользящий угол с перпендикуляром к оси. Выбор другой эквипотенциали в качестве нижнего электрода не вносит существенных изменений в картину фокусировки.

В другом режиме (г, <0) данные расчетов показывают, что линии фокусов спрямляются, и их достаточно легко можно аппроксимировать отрезком прямой, перпендикулярной оси системы. Показано, что угол наклона траекторий к линии фокусов составляет ~ 20° - 30° во всех рассматриваемых схемах.

Установлено, что фокусировка в "возмущенном" сферическом зеркале весьма острая, поскольку при заданном растворе пучка в 2° угловое расхождение на выходе составляет ~0.5°. И, следовательно, требовать точного совпадения линии фокусов с плоскостью детектора нет необходимости. Также установлено, что основной вклад в размытие изображения в плоскости детектора вносят частицы, вылетевшие с оси из разных точек. На основании расчетов сделан вывод, что данный метод является эффективным способом управления фокусирующими и диспергирующими свойствами полевой структуры.

Проведена оптимизация конструкции на основе полевой структуры (1) по номеру нулевой эквипотенциали, выбранной в качестве внутреннего электрода, и по местоположению источника на оси. Найден режим, когда на плоском ПЧД радиусом 40 мм одновременно будет зарегистрировано 10 энергетических линий в диапазоне полярных углов эмиссии до 180° с относительным энергетическим разрешением 3% при максимальном радиусе внешнего полезадающего электрода 300 мм и области эмиссии в 1 мм.

Предложена еще одна ЭО схема, полевая структура которой представляет собой сумму распределения (1) и сферического распределения, создаваемое зарядом с переменным центром и произвольным зарядом. Несмотря на возросшее число варьируемых параметров, установлено, что дальнейшее возмущение полевой структуры кулоновского центра существенно не сказывается ни на картине фокусировки, ни на энергетическом разрешении прибора.

В третьей главе для решения поставленной задачи предложено использовать энергоанализатор, состоящий из двух осесимметричных конусов с общей вершиной. Между электродами формируется поле, потенциал которого удовлетворяет уравнению Лапласа и зависит только от отношения цилиндрических координат гиг (рис. 2). Аналитическое выражение "конусообразного" потенциала в цилиндрической системе координат

(2)

и в сферической системе координат

Ф(р,&,у) = ?ЫШу/2)) (2а)

Рис. 2.

Эквипотенциальный портрет полевой структуры (2).

Показано, что в поле (2) действует специальный принцип подобия, свойственный только однородным (по Эйлеру) потенциалам нулевой кратности:

1. Траектории сохраняются, если потенциалы электродов и начальные энергии частиц одновременно увеличить ( или уменьшить) в п раз.

2. Если пространство вместе с электродами и начальными координатами растянуть в п раз, потенциалы электродов увеличить в п раз, а начальную энергию оставить прежней, то форма траектории сохранится, но размеры увеличатся в п раз.

3. Существует целый класс меридиональных геометрически подобных траекторий, отличающихся точкой влета в поле, и центр подобия лежит в начале координат.

Установлено, что коэффициент линейного увеличения системы равен отношению координат на выходе и на входе. При этом, любой введенный параллельный пучок сохраняет свою параллельность и на выходе из поля.

Было исследовано два случая, когда источник располагался на оси и на границе: в качестве варьируемых параметров системы выбирались угол (угол наклона образующей внутреннего конуса к оси прибора) и энергия заряженных частиц. Исследовалось движение пучка частиц с небольшом раствором относительно перпендикуляра к оси системы и, следовательно, полем частицы направляются в сторону от вершины конусов. Рассмотрение внеме-ридиональных движений частиц выходят за рамки данного исследования.

Все расчеты проводились на персональном компьютере с использованием численных методов решения системы дифференциальных уравнений.

Поверхность фокусов в "конусообразном" потенциале имеет коническую форму. Установлено, что в меридиональной плоскости фокусы моно-энергетичных пучков частиц укладываются в линию, и с ростом у угол наклона линии фокусов к оси системы уменьшается. При определенных углах у (у > 20°) и значениях энергии частицы вылетают из поля практически параллельно.

Фокусировка пучков заряженных частиц в поле (2) такова, что угловая ширина пучка уменьшается на выходе в несколько раз: отношение раствора пучка на входе Д (р1 и на выходе /\(р2 изменяется в диапазоне 4 < А(р{/А(рг ¿5. И поэтому данный анализатор может быть отнесен к разряду светосильных приборов.

Установлено, что диапазон изменения выходных углов невелик и составляет 3° - 5° в широком исследуемом интервале энергий. Это позволяет достаточно легко осуществить многоканальную регистрацию сигнала и по энергиям, и по углам эмиссии.

Представлены результаты расчетов основных ЭО характеристик во всевозможных режимах работы данного энергоанализатора - относительное энергетическое разрешение, линейная дисперсия, относительный энергетический диапазон. Нижняя граница энергетического диапазона выбиралась как минимальное значение энергии пучка частиц, чей фокус располагался вблизи

границы поля, а верхняя - как энергия пучка частиц, чей фокус попадал на ось.

В конце главы проиллюстрированы другие возможные применения приборов, которые могут быть созданы на основе "конусообразного" потенциала.

В четвертой главе исследуются движения частиц в разностном поле. Полевая структура, задаваемая аналитически

Ф-Ьг-^-,') (3)

относится к разряду квазиконических полей и является единственным Лапла-совым потенциалом, допускающим полное разделение переменных в цилиндрических координатах. Исследуемая полевая структура носит более общий характер по сравнению с цилиндрическим зеркалом. Выбор в пользу данного распределения потенциала сделан по двум причинам. Во-первых, "конструирование" на бумаге полевых структур более эффективный способ воздействия на пучок по сравнению с деформацией полезадающих электродов, и он предсказуем. Во-вторых, целесообразнее использовать поле с заведомо большой по величине дисперсией. Эквипотенциальный портрет поля представлен на рис. 3.

Рис. 3.

Эквипотенциальный портрет разностного поля (3).

Получены уравнения, описывающие движение частиц в поле (3); движение по г и 1 независимы. Выражение, описывающие изменение г-

координаты от времени г, включает в себя интеграл, который не может быть выражен в элементарных функциях. Это представляет наибольшую трудность, поэтому были применены численные методы.

Далее продемонстрировано одно из уникальных свойств поля (3) - идеальная фокусировка широких параллельных потоков. Если параллельный поток частиц влетел в поле с некоторого уровня г0 перпендикулярно оси, то через время г = у^ все частицы, стартовавшие в момент времени т = 0,

окажутся в плоскости г = 0, причем, частицы с одинаковой энергией сместятся в радиальном направлении на одну и ту же величину независимо от координаты - точки старта.

Для того, чтобы получить картину фокусировки и построить зависимость гк = гк (V/), предложено воспользоваться заменой радиальной состав-

2 / / ляющей потенциала 1пг - гна а + Ь-г2 + у г . Был проведен отбор коэффициентов а, Ь и с таким образом, чтобы квадратичное отклонение значений искомой функции и суммы трех членов ряда Лорана было бы минимально. Осуществив замену, искомое интегральное выражение выражается в элементарных функциях. Установлено, что в данном режиме линейная дисперсия составляет ~ 1.4 практически во всем энергетическом интервале.

Далее были сформулированы условия для решения реальной задачи: источник, имеющий конечную ширину по х и являющийся бесконечно "тонким" по углу <9, расположен на оси; пучок частиц раствором Ар, через кольцевую диафрагму во внутреннем электроде попадает в поле, затем фиксируется в плоскости 2- 0. Оптимальную конструкцию выбирали по результатам расчетов в плоскости детектора линейной дисперсии Д. и относительного энергетического разрешения Я (по методике, описанной в главе 2). Варьируемыми параметрами были номер эквипотенциали, выбираемой в качестве нижнего электрода, и координата источника на оси г„.

Зависимость /?(\*/) представляет собой ломаную кривую. Показано, что относительное энергетическое разрешение равно практически 0 при тех значениях энергии Ч/^,, когда фокусировка пучка осуществляется на границе поля. При значениях энергии XV > \>/ф и < V/,,, разрешение ухудшается. Установлено, та) с ростом угловой расходимости Д<р1 раствор между ветвя-

ми ломаной уменьшается. Линейная дисперсия изменяется в пределах [2.5, 5.5].

По полученным данным рассчитывались относительный энергетический диапазон и число одновременно фиксируемых энергетических каналов на плоскости детектора.

В заключении был исследован режим, когда положение плоскости детектора выбиралась из промежутка между источником частиц и плоскостью г = 0. Рассчитаны зависимости Я = являющие также ломаными. Уста-

новлено, что минимум разрешения достигается при энергии частиц (энергия настройки), чей фокус пространственно располагается ближе к плоскости детектора.

Сравнение зависимостей Я - , рассчитанных в режимах, отличающихся положением плоскости детектора гр14 при одинаковых прочих условиях, показывает, что энергия настройки минимальна для тех случаев, когда плоскость детектора гр!(1 расположена ближе к источнику.

В конце главы представлены основные ЭО характеристики возможных режимов работы квазиконического энергоанализатора для регистрации энергетического интервала и целого диапазона полярных углов эмиссии.

В пятой заключительной главе описан уникальный прибор - масс-энергоанализатор с угловым разрешением , принцип действия которого основан на одном из режимов квазиконического энергоанализатора, и относится к разряду времяпролетных анализаторов. Область применения такого устройства - ионная масс-спекгрометрия. Предлагаемое устройство совмещает в себе функции и масс-анализатора, и энергоанализатора.

Описан принцип его действия. Импульсом лазерного источника десор-бируется с поверхности мишени пакет частиц с различными массами т и энергиями Е. Принято условие, что источник имеет конечную ширину по 2 и является бесконечно "тонким" по углу Э, и частицы вылетают с оси под прямым углом.

Затем введена безразмерная модель движения и записаны уравнения движения. Основное соотношение, используемое в этой модели, связывает размерную единицу времени Тк с массой частицы т„:

/и,52/Г,2=^0> (4)

где 5 - характерный размер прибора, ц - заряд частицы, Рп- характерное значение потенциала.

Показано, что описанный ранее (в главе 4) режим фокусировки широких параллельных потоков может быть применен и для пакетачастиц с различными массами. Результатом такого режима является набор окружностей в плоскости 2 = 0, радиус которых определяется энергией частиц, а координата вдоль окружности задается полярным углом эмиссии ср (рис. 4).

Затем, воспользовавшись обратным переходом из абстрактного пространства в реальное, установлено, что в исследуемом пакете частицы будут разделены не только по энергиям, но и по массам. Оказалось, что для частиц с разными массами т, л т, < щ характерная размерная единица времени будет различна - соответственно Т1ц и Тк . Это означает, что в плоскости г = 0 в

различные моменты времени = Тк; • у^^ и (г = Ткг ■ > будут зарегистрированы частицы с разными массами, начавшие свое движение в поле в момент времени 7 = 0.

Рис. 4.

Режим фокусировки широких параллельных потоков в разностном поле (3).

г т

В следующем разделе проведены опенки энергетического и углового разрешения и разрешения по массам.

В заключении сформулированы использованные методы решения поставленной задачи и основные результаты работы.

Цитируемая литература:

[1] - В.В. Зашквара, Б.У. Ашимбаева, А.Ф. Былинкин. - Режим спектрографа в энергоанализаторе из двух цилиндрических зеркал. ЖТФ, 1988, т. 58, № 10, с. 2021-2025.

[2] - В.В. Зашквара, Б.У. Ашимбаева. - Ахроматические системы на основе зеркал сферического, цилиндрического и плоского типа. ЖТФ, 1980, т. 50, № 12, с. 2593-2601.

[3] - В.В. Зашквара, Л.С. Юрчак, А.Ф. Былинкин. - Электронно-оптические свойства электростатического сферического зеркала и систем на его основе (I). ЖТФ, 1988, т. 58, № 10, с. 2010-2020.

Содержание работы раскрыто в следующих работах, опубликованных по теме диссертации:

1. N.K.Krasnova, S.N.Davydov, Yu.K.Golikov, V.V.Korablev, Yu.A.Kudinov. Cone electrostatic energy analyser, used for concurrent energy- and angle-resolved measurements. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. v. 72,1995, p. 323-326.

2. C.H. Давыдов, Ю.К,Голиков, B.B. Кораблев, H.K. Краснова, Ю.А. Кудинов. Спектрометр заряженных частиц. // Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке на получение патента № 94-025312/ 07 / 0247201, HOI J 49/48 от 25.12.95 г.

3. Н.К. Краснова, Ю.К.Голиков, Ю.А. Кудинов, В.В. Кораблев, С.Н. Давыдов. Энергоанализирующая система для одновременного снятия энергетических и угловых спектров эмиггированных электронов. // Тезисы докладов. Российская научно-техническая конференция "Инновационные наукоёмкие технологии для России". 4.9, СПб, 1996 г., с. 45.

4. Н.К. Краснова, Ю.А. Кудинов, Ю.К.Голиков, В.В. Кораблев, С.Н. Давыдов. Синтез электростатического поля для одновременного анализа энергетических и угловых распределений электронов с помощью двумерного позицион-но-чувствительного детектора. // Журнал технической физики, т.66, № 4, 1996, с. 148-154.

5. Н.К. Краснова, Ю.А. Кудинов, С.Н. Давыдов, В.В. Кораблев. Полевые структуры для энергоуглового спектрографа с плоским позиционно-чувствительным детектором. // Тезисы докладов. Всероссийский симпозиум по эмиссионной электронике. Рязань, 1996, с. 160.