WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1997, том 67, № 8 01;10;12 Двухпериодный цилиндрический энергоанализатор с торцевыми электродами © Л.П. Овсянникова, Т.Я. Фишкова Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступило в Редакцию 27 марта 1996 г.) Получены аналитические выражения для основных параметров цилиндрического анализатора, по торцам которого установлены плоские электроды с потенциалом внутреннего цилиндра. Рассчитаны одно- и двухпериодные режимы его работы с фокусировкой первого порядка по углу для объекта, вынесенного за пределы анализатора. Получено, что чем больше расстояние от объекта до переднего торца анализатора, тем меньше его светосила. Рассчитана интенсивность пучка на выходе при сканировании поверхности образца тонким первичным пучком, а также при наличии объекта конечных размеров. Найдены эмпирические формулы для спада интенсивности по мере удаления от центра объекта. Сравнение расчетов, выполненных численно по программе для двумерной оптики заряженных частиц и по аналитическим формулам, показало, что их различие составляет не более 10%.

В работе [1] предложен цилиндрический зеркальный выражения (1). Решая уравнение движения в перанализатор с плоскими торцевыми электродами и найден вом приближении, получим, что в приторцевой области оптимальный режим его работы, обеспечивающий дис- заряженные частицы двигаются равнозамедленно. При персию по энергии и светосилу не хуже классического этом вход в анализатор может быть как через торец, цилиндрического зеркала. При этом вынос объекта (его так и через внутренний электрод. На входе в участок расстояние от переднего торца анализатора) равен поло- поля с потенциалом, меняющимся по логарифмическому вине радиуса внутреннего цилиндра, что недостаточно закону, угол наклона траектории остается равным его для решения целого ряда физических задач. значению на входе в ЦАТ, а энергия частиц уменьшается В настоящей работе проведено исследование параме- на величину, соответствующую эквипотенциали на входе тров анализатора, у которого вынос объекта значительно в этот участок.

больше. При этом ход траектории не является зеркаль- При выходе пучка заряженных частиц через внутренным относительно ее точки поворота, поэтому в дальней- ний электрод фокусировка первого порядка по углу в шем будем называть такое устройство цилиндрическим режиме ось–ось возможна при выполнении следующего анализатором с торцевыми электродами (ЦАТ). соотношения между оптической силой анализатора и Нами получено (по аналогии с цилиндрическим де- углом фокусировки (начальный угол входа центральной траектории):

флектором с боковыми электродами [2]) аналитическое выражение для распределения потенциала ЦАТ, у ко (rj/r1) exp(g2) erf(g) +erf g2 + ln(rj/r1) торого расстояние между торцевыми электродами не менее, чем в четыре раза превышает расстояние между цилиндрическими электродами. Оно имеет вид (коорди= P - 2(rj/r1)g/(1 + 2g2), ната z = 0 определяет положение переднего торца) где g = sin 0 [ ln (r2 /r1) / (-F) - ln (rj /r1)]1/2, sin(z/l) rj =(l0 +l) tg 0, (r, z) =V1 +(2/)(V2 - V1) r2/r arctg sh (r2 - r)/l 2g tg 0 ln(r2/r1) tg4 P = 1 +, tg i(tg2 0 - 2g2) 2Fg4 tg2 i 2 sin(z/l) sh (r2 - r)/l -, (1) sh 2(r2 - r1)/l tg i = tg 0 g2 + ln(rj/r1)/g, F = -e(V2-V1)/0. (2) где V1, V2 и r1, r2 — потенциалы и радиусы внутреннего Здесь l0 — расстояние от переднего торца ЦАТ до объи внешнего цилиндрических электродов соответственно;

екта, l — длина приторцевой области, 0 —угол входа l — расстояние между торцевыми электродами с потенв ЦАТ центральной траектории, rj — ее координата на циалом V1.

выходе из приторцевой области, i —угол выхода этой Целесообразно распределение потенциала внутри траектории из ЦАТ. Через F и 0 обозначены оптическая ЦАТ разбить на две области: приторцевую и область с сила анализатора и его энергия настройки, e —заряд логарифмическим законом изменения потенциала. Если частицы. База анализатора и его дисперсия по энергии в длина приторцевой области порядка половины зазора продольном направлении имеют вид между цилиндрическими электродами, то распределение потенциала в ней находится разложением в ряд L/r1 = ctg i + Pg +(rj/r1)/(1+2g2) ctg 0, 90 Л.П. Овсянникова, Т.Я. Фишкова Рис. 1. Двухпериодный цилиндрический энергоанализатор с плоскими торцевыми электродами и ход траекторий заряженных частиц при вынесенном объекте.

Dz/r1 = sin2 0 ln(r2/r1)g-2(-F)-1 (1 + 2g2)L/rВ работе [4] определены параметры однопериодного цилиндрического зеркального анализатора с торцевы- (rj/r1) ctg 0 - tg2 0 ctg3 i. (3) ми электродами в режиме сканирования поверхности образца тонким первичным пучком, а также для объекта Если частицы входят и выходят через внутренний элекконечных размеров в оптимальном режиме работы. При трод на расстоянии от торцов, большем половины зазора этом интенсивность пучка на выходе довольно быстро между электродами, то база анализатора и продольная падает, хотя и не столь существенно, как у классического дисперсия имеют вид зеркала. Для увеличения дисперсии по энергии, а также -интенсивности пучка, в том числе при сканировании L/r1 = -2F ctg3 0 2ln(r2/r1)cos2 0 + F, образца, следует использовать двухпериодный режим работы ЦАТ (с двумя пересечениями оси системы;

Dz = L/(2cos2 0). (4) рис. 1). В дальнейшем такой энергоанализатор будем Вформуле (4) связь между углом фокусировки и опти- называть двухпериодным цилиндрическим анализатором с торцевыми электродами (ДЦАТ). Поперечные геоческой силой анализатора такая же, как у классического метрические размеры ДЦАТ оставлены теми же, что цилиндрического зеркала [3].

и у однопериодного. Продольный размер находился из Для ЦАТ с геометрическими размерами r2/r1 = 2.3 и условия фокусировки пучка, выходящего из точечного l =5.2r1 рассчитаны основные параметры в зависимости объекта на расстоянии от переднего торца системы, от величины выноса объекта. Результаты численного расчета ЦАТ в однопериодном режиме работы (с одно- меняющегося в широких пределах 0.5 l0/r1 2.5.

Численные расчеты показали, что расстояние между кратным пересечением оси системы) приведены в табл. 1.

В табл. 1 lk — расстояние от заднего торца анализато- торцевыми плоскими электродами должно быть равно l = 11r1. При этом осуществляется фокусировка пучка ра до кроссовера пучка, расположенного на оси системы;

на ось системы в кроссовер диаметром dk = 0.1r1, а его dk — диаметр кроссовера; — угол захвата пучка;

положение остается неизменным и составляет lk = 0.6r1.

Dr — коэффициент дисперсии по энергии в поперечном Остальные параметры ДЦАТ приведены в табл. 2.

направлении; I0 — интенсивность пучка в кроссовере Из табл. 2 видно, что у ДЦАТ дисперсия по энергии при условии равномерного начального распределения примерно в два раза выше, чем у однопериодного, а интенсивности по углу (за единицу взята максимальная угол захвата пучка несколько больше при малом выносе интенсивность, соответствующая оптимальному режиму объекта (l0 r1). При l0 1.5r1 величины этого угла у работы анализатора при l = 0.5r1). Разрешение по одно- и двухпериодного анализаторов одинаковы.

энергии ЦАТ в указанных режимах составляет 0.8–0.9%.

Результаты расчетов по формулам (2)–(4) совпадают с На рис. 2 представлена зависимость интенсивности представленными в табл. 1 с точностью 5–10%. пучка на выходе I, отнесенная к интенсивности пучка Таблица 1. Таблица 2.

0 l0/r1 -F lk/r1 dk/r1 0 0 Dz/r1 Dr/r1 I0 l0/r1 -F 0 0 Dz/r1 Dr/r1 I0.5 0.662 0.54 0.06 42.5 9 7.4 6.7 1.0 0.5 0.662 41 11.3 17 15 1.1.0 0.655 0.21 0.06 39 6 6.9 6.6 0.52 1.0 0.647 39 11 17 15 0.1.5 0.643 0.08 0.06 35 4.5 6.5 6.5 0.31 1.5 0.633 35 4.5 18 16 0.2.0 0.623 0.07 0.06 32 4 6.3 6.5 0.23 2.0 0.625 32 4 19 18 0.2.5 0.602 0.06 0.06 29 4 6.2 6.3 0.19 2.5 0.613 29 4 19.5 18.5 0.Журнал технической физики, 1997, том 67, № Двухпериодный цилиндрический энергоанализатор с торцевыми электродами ходную диафрагму, падает существенно медленнее, чем у однопериодного анализатора. На рис. 3 представлена зависимость этой интенсивности, отнесенной к максимальной интенсивности в оптимальном режиме работы, от величины смещения первичного пучка от центра объекта. Падение интенсивности при сканировании можно аппроксимировать параболой I = I0 1 - (s/h)2 для l0 0.5r1 либо прямой I = I0(1 - s/h) для l0/r1 1.

Здесь h — расстояние первичного пучка от центра объекта, при котором I = 0. Его величину можно определять по эмпирической формуле h/r1 = 0.13 - 0.03/(l0/r1).

Следует отметить, что величина интенсивности пучка из центра объекта I0 (табл. 2) существенно падает при удалении объекта от ДЦАТ и, хотя при этом спад интенсивности происходит медленнее (рис. 3), светосила ДЦАТ существенно уменьшается.

Рис. 2. Аппаратная функция ДЦАТ при различных положениРезультаты, полученные при сканировании образца, ях объекта. l0 = 0.5r1 (1), 2.5r1 (2).

могут быть использованы и в случае объекта конечных размеров. При условии равномерного распределения начальной интенсивности пучка на объекте радиуса rинтенсивность в кроссовере равна Ik = I0r0 1 - 0.5(r0/h)2 для l0/r1 0.5, Ik = I0r0(1 - 2r0/3h) для 1 l0/r1 2.5. (5) Таким образом, получены аналитические выражения для основных параметров цилиндрического энергоанализатора с торцевыми электродами при условии фокусировки первого порядка по углу. Найдены режимы работы для меняющихся в широком пределе положений объекта, вынесенного за пределы анализатора. Рассчитана аппаратная функция анализатора, разрешение по энергии и светосила, в том числе для объекта конечных размеров.

Рис. 3. Светосила ДЦАТ при сканировании образца в попеСписок литературы речном направлении при различных величинах его выноса из анализатора. l0/r1: 1 —0.5, 2 —1.0, 3 —1.5, 4 —2.5.

[1] Овсянникова Л.П., Фишкова Т.Я. // ЖТФ. 1994. Т. 64.

Вып. 10. С. 174–177.

[2] Ovsyannikova L.P., Fishkova T.Ya. // Nucl. Instr. & Meth.

Sec. A. 1995. Vol. 363. P. 494–496.

I0 при энергии настройки ДЦАТ, от энергии частиц [3] Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоана(аппаратная функция). Из рисунка видно, что при полизаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978.

ложении объекта l0 = 0.5r1 разрешение по энергии на С. 108.

полувысоте равно /0 = 0.75%, при l0/r1 = 2.[4] Овсянникова Л.П., Фишкова Т.Я., Шпак Е.В. // Письма в /0 = 0.52%. Расчеты аппаратной функции при ЖТФ. 1995. Т. 21. Вып. 1. С. 19–22.

промежуточных положениях объекта показали, что с ростом l0 разрешение по энергии ДЦАТ лежит в пределах 0.8–0.5%. Следует отметить, что все расчеты в том числе и аппаратной функции выполнены при условии наличия кольцевой диафрагмы на входе в анализатор. Ее размеры соответствуют углам пропускания анализатора в различных режимах работы (табл. 1, 2). Во избежание искажений поля все отверстия в электродах должны быть затянуты сетками.

При сканировании поверхности образца тонким первичным пучком в поперечном относительно оси системы направлении интенсивность пучка, попадающего в выЖурнал технической физики, 1997, том 67, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.