🗊Презентация Экспериментальные особенности и узлы аналитических установок для исследования поверхности. (Модуль 5)

Модуль 5. Раздел 2. Модуль 5. Раздел 2. Важнейшие инструментальные группы, необходимые для осуществления эксперимента по диагностике поверхности: Источники воздействия (электронные и ионные пушки или ускорители, источники рентгеновских , ультрафиолетовых и др. -квантов). Анализаторы (энергетические, массовые, монохроматоры). Детекторы отклика поверхности [цилиндры Фарадея, вторичные электронные и фотоэлектронные умножители (ВЭУ и ФЭУ), микроканальные пластины]. + электронно- и ионно-оптические устройства Все это в высоком или сверхвысоком вакууме!!!! + + Электронные приборы, обеспечивающие работу указанных приборов и устройств (в том числе, блоки питания, измерительные приборы, вычислительная техника).

Модуль 5. Раздел 2. Тема 1. Электронная и ионная оптика Конструктивно очень простые приборы, называемые электронно- или ионно-оптическими (в частности, электронные и ионные линзы) служат для управления движением (фокусировки или, наоборот, рассеяния) потоков заряженных частиц (как первичных, так и вторичных; как ионов, так и электронов). Являются необходимыми узлами аналитических установок для исследования поверхности. Используются как самостоятельные приборы, входят, в частности, в состав ионных и электронных пушек. Оптика пучков заряженных частиц - большой раздел физики. Термин «линза» заимствован из геометрической световой оптики.

Модуль 5. Раздел 2. Тема 2. Источники воздействий в методах анализа на поверхности

Конструктивно два блока: эмиссионный блок (или источник заряженных частиц), предназначенный для создания самих заряженных частиц (катоды в ЭП, ионизационные камеры в ИП), и блок формирования пучка, состоящий из элементов электронной (ионной) оптики, предназначенный для ускорения и фокусировки частиц. Конструктивно два блока: эмиссионный блок (или источник заряженных частиц), предназначенный для создания самих заряженных частиц (катоды в ЭП, ионизационные камеры в ИП), и блок формирования пучка, состоящий из элементов электронной (ионной) оптики, предназначенный для ускорения и фокусировки частиц. Электроны, вылетающие из катода, фокусируются в зависимости от их начальных скоростей вылета, но все траектории их пересекаются вблизи катода. Линзовый эффект, создаваемый первым и вторым анодами, дает изображение точки этого пересечения в другой удаленной точке. Изменение потенциала на управляющем электроде меняет полный ток в пучке путем изменения глубины минимума потенциала пространственного заряда возле катода). В качестве катодов электронных пушек малой мощности используются тугоплавкие металлы и оксиды редкоземельных металлов (работающие на принципах получения электронов путем термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий); для получения мощных электронных пучков используются явления автоэлектронной и взрывной эмиссии.

Ионные пушки (ИП) принципиально мало отличаются от электронных, основное отличие – катодный узел (способ получения заряженных частиц) Ионные пушки (ИП) принципиально мало отличаются от электронных, основное отличие – катодный узел (способ получения заряженных частиц) Для диагностики поверхности применяются ИП со следующими способами получения ионов: электронным ударом; методом вакуумной искры; фотоионизацией; с помощью сильных электрических полей; ионно-ионной эмиссией; взаимодействием лазерного излучения с твердым телом; в результате прилипания электронов к атомам и молекулам (для получения отрицательных ионов); за счет ионно-молекулярных реакций; за счет поверхностной ионизации. источники, в которых совмещают перечисленные способы, например, ионизацию полем и электронным ударом.

Схема источника ионов с ионизацией полем и электронным ударом:

2.2. Источники рентгеновского и ультрафиолетового излучения Наиболее распространенный источник рентгеновского излучения - рентгеновская трубка.

3.1. Энергетические анализаторы Основные параметры: 1. Энергетическое разрешение (Eо/∆E). 2. Угол сбора (входной угол).

Сделать ширину щелей S1 и S2 меньше нескольких микрон технически трудно, к тому же, это привело бы к очень малым ионным токам. Поэтому для получения R~103–104 используют большие радиусы средних траекторий r, т. е. длинные ионные траектории (до нескольких метров). Сделать ширину щелей S1 и S2 меньше нескольких микрон технически трудно, к тому же, это привело бы к очень малым ионным токам. Поэтому для получения R~103–104 используют большие радиусы средних траекторий r, т. е. длинные ионные траектории (до нескольких метров).

В квадрупольном МА разделение ионов осуществляется в поперечном элект-рическом поле с гиперболическим рас-пределением потенциала. Поле создаёт-ся квадрупольным конденсатором, между парами стержней которого приложены постоянное и ВЧ напряжения. Пучок ионов вводится в вакуумную камеру анализатора вдоль оси квадруполя через отверстие 1. При фиксированном значениях частоты ω и амплитуды переменного напряжения U0 только у ионов с определенным значением m/e амплитуда колебаний в направлении, поперечном оси анализа-тора, не превышает расстояния между стержнями. Такие ионы за счет начальной скорости проходят через анализатор и, выходя из него через отверстие 2, регистрируются, попадая на коллектор ионов. В квадрупольном МА разделение ионов осуществляется в поперечном элект-рическом поле с гиперболическим рас-пределением потенциала. Поле создаёт-ся квадрупольным конденсатором, между парами стержней которого приложены постоянное и ВЧ напряжения. Пучок ионов вводится в вакуумную камеру анализатора вдоль оси квадруполя через отверстие 1. При фиксированном значениях частоты ω и амплитуды переменного напряжения U0 только у ионов с определенным значением m/e амплитуда колебаний в направлении, поперечном оси анализа-тора, не превышает расстояния между стержнями. Такие ионы за счет начальной скорости проходят через анализатор и, выходя из него через отверстие 2, регистрируются, попадая на коллектор ионов.

В фарвитроне ионы образуются непосредственно в самом анализаторе при соударениях молекул с электронами, летящими с катода, и совершают колебания вдоль оси прибора между электродами с частотой ω. Колебания обусловлены распределением потенциала между электродами. При совпадении частоты ω этих колебаний с частотой переменного напряжения Uвч. подаваемого на сетку, ионы приобретают дополнителную энергию, преодолевают потенциальным барьер и попадают на коллектор. В фарвитроне ионы образуются непосредственно в самом анализаторе при соударениях молекул с электронами, летящими с катода, и совершают колебания вдоль оси прибора между электродами с частотой ω. Колебания обусловлены распределением потенциала между электродами. При совпадении частоты ω этих колебаний с частотой переменного напряжения Uвч. подаваемого на сетку, ионы приобретают дополнителную энергию, преодолевают потенциальным барьер и попадают на коллектор.