Способ исследования спектров упругого отражения электронов

 

Использование: относится к физической электронике и может быть использовано в электронных спектрометрах, предназначенных для записи зависимости коэффициента упругого отражения электронов от их энергии с угловым разрешением порядка нескольких десятых долей градуса и меньше, энергетическим разрешением порядка нескольких десятых долей электронвольта и меньше. Сущность изобретения состоит в том, что первичный поток электронов с энергетическим разбросом E_p= 0,2-0,6 эВ , формируемый электронной пушкой, направляют в изофокусирующую линзовую систему, замедляют (ускоряют) с ее помощью в K₁= 1-100 раз по энергии, одновременно фокусируя на исследуемой мишени. Пучок, отраженный от мишени, фокусируют с помощью второй изофокусирующей системы на входной диафрагме энергоанализатора, одновременно ускоряя или замедляя его в K₂= 1-100 раз до энергии настройки анализатора E_a . Далее электроны анализируемого потока, прошедшие через энергоанализатор, регистрируются при попадании на коллектор (ПЧД). Энергоанализ электронов производится в диапазоне энергий E порядка величины энергетического разброса в первичном пучке E_p . 1 з.п.фл-ы.

Изобретение относится к физической электронике и может быть использовано в электронных спектрометрах, обладающих угловым разрешением, составляющим десятые доли градуса и меньше, и энергетическим разрешением Е, меньшим величины теплового разброса электронов Ес 0,2 - 0,6 эВ, эмиттированных катодом пушки.

Традиционно применяемые способы исследования зависимостей коэффициента упругого отражения R от энергии падающих на образец электронов Е_р, основанные на монохроматизации зондирующего пучка, в том числе двухкаскадной монохроматизации [1,2,3], имеют следующие недостатки, устраняемые или ослабляемые в предлагаемом способе.

Малая интенсивность зондирующего пучка и, как следствие этого, малая чувствительность и скорость записи спектров, недостаточные для регистрации многих динамических процессов, происходящих, например, на поверхности твердого тела при адсорбции молекул газа.

Традиционное применение на выходе анализатора в качестве коллектора вторично-электронного умножителя позволяет регистрировать в каждый момент времени сигнал, соответствующий лишь одной точке на зависимости R(E_p), что также ограничивает скорость записи спектров упругого отражения.

Целью изобретения является повышение чувствительности и скорости записи спектров путем повышения интенсивности зондирующего и анализируемого потока, облегчение конструирования, настройки и обслуживания спектрометров, создаваемых для исследования спектров упругого отражения на основе предлагаемого способа исследования.

Для достижения цели поток первичных электронов с энергетическим разбросом Е_с, формируемый электронной пушкой, замедляют (или ускоряют) в К₁ = 1 - 1000 раз по энергии до значения энергии Е_р = 1 - -1000 эВ, при которой требуется измерить коэффициент упругого отражения мишени, отражают мишенью (ее поверхностью или объемом), замедляют (или ускоряют) в К₂ = 1 - 100 раз до энергии настройки энергоанализатора, анализируют с помощью энергоанализатора спектр отраженного пучка в диапазоне энергий Е_р/К₂ 0,5 Е_с, соответствующем области упругого отражения электронов, регистрируют электроны пучка, прошедшего через энергоанализатор и попавшего на коллектор.

На выходе энергоанализатора возможно использование в качестве детектора какого-либо позиционно-чувствительного детектора (П.Ч.Д), например, микроканальной пластины. При этом оказывается возможной одновременная раздельная регистрация сигналов упругого отражения, вызванных электронами анализируемого потока с различными энергиями, лежащими в пределах энергетического разброса Е_с и сосредоточенными вблизи значения энергии Е_р зондирующего пучка. Свертка сигналов, поступающих от различных участков ПЧД, с заранее известной формой энергетического распределения электронов зондирующего пучка позволит восстановить истинную форму зависимости коэффициента упругого отpажения от энергии R(E_p) одновременно во всем диапазоне (Е_р - 0,5 Е_с; Е_p + 0,5 Е_с), или в более узком диапазоне энергий зондирующего потока, сосредоточенной вблизи Е_р. Применение предлагаемого способа без учета применения ПЧД позволяет увеличить интенсивность потока в 10-100 раз, а использование ПЧД на выходе анализатора - дополнительно увеличить интенсивность анализируемого (регистрируемого в каждый момент времени) сигнала в десять раз. Таким образом, в целом скорость записи спектров R(E_p) повышается в 100 - 1000 раз.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ УПРУГОГО ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ, включающий формирование первичного пучка электронов с разбросом по энергии на катоде E_c , Дж изменение средней энергии пучка до величины E_р, Дж, при которой в данной точке спектра определяют коэффициент отражения электронов, фокусировка пучка на мишени, изменение энергии отраженного пучка до величины энергии настройки анализатора E_а, Дж, анализ по энергии и регистрацию, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и скорости записи спектров, энергию настройки анализатора E_а поддерживают равной e (U_c U_o ) .

где l - заряд электрона, Кл; U_с - измеряемый потенциал катода относительно мишени, В; U₀ - постоянный сдвиг потенциала, В, в пределах 0U₀E_c/2e , а формирование первичного пучка осуществляют из условий отсутствия зависимости формы кривой его энергетического спектра от сдвига по шкале энергий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до начала измерений снимают спектр f(E) энергетического распределения электронов в первичном пучке, регистрацию энергетического распределения R(E) электронов, упруго отразившихся от мишени и влетевших во входную апертуру анализатоа, осуществляют одновременно во всем энергетическом диапазоне E_p E_c / 2 при помощи позиционно-чувствительного детектора, и нормируя полученную зависимость R(E) на спектр f(E), получают спектр упругого отражения электронов в диапазоне E = E_p E_c / 2.