DE2041422A1

DE2041422A1 - Elementanalysator

Info

Publication number: DE2041422A1
Application number: DE19702041422
Authority: DE
Inventors: Goff Robert Frederick; Smith Davis Philip
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1969-08-18
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1326051A; FR2058139A5; NL7011751A; JPS5544345B1; CH513512A; CA925631A; US3665182A

Description

M 2878 PATENTANWÄLTE Dr₁-In₉. HANS RUSCHKE

' Dlpi.-Ing. HEIMZ AßULAR

BEfit.IM 33

Auflu»t«-Vlktoria-Str»l· ff -

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, 55101,.7.St.A.

Elementanalysator

Die Wissenschaft der Bestimmung der Elementarzusammenstellung einer festen Oberfläche zum Zweck der Elementanalyse, der Auffindung von Verunreinigungen bzw., um den Sauberkeitszustand einer Oberfläche zu bestimmen, hat den Bedarf für ein Konzept und eine Vorrichtung geschaffen, um eine solche Oberfläche zerstörungsfrei zu analysieren.

Es ist bekannt, hochenergetische Ionen aus einem Edelgas auf eine Zielfläche zu schießen und sie von dieser in einem relativ großen Winkel wegstreuen zu lassen, um den Ladungszustand und die Streuenergie des Primärions nach der Kollision zu 'bestimmen· Ein Gerät und Verfahren zur Analyse der Elementarzusammenstellung einer festen Oberfläche ist durch die US-Patentschrift 3 480 774 bekannt geworden.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Fortschritt der Technik gegenüber der US-Patentschrift 3 480 774 dar und betrifft einen auf niedrigem Energieniveau arbeitenden Elementanalysator, der bei genügend grollen Signal eine höhere Auflösung erzielt, und der sieh, da er kompakt ist, in größerer Nähe der Komponenten

109611/1802

2OA1422

anordnen läßt, lam die Auflösung zu verbessern. Er weist auf:

Einen kompakten Ionenerzeuger zur Herstellung eines Strahls von im wesentlichen einzelenergetischen Ionen, wobei die Energievariation 0,5 $> oder weniger des Primärionenstrahls bei der Halbwertbreite (full width half maximum) beträgt, die Ionen vor der Bombardierung der Probe gut kollimiert und fokussiert werden und der Ionenerzeuger nahe an der Probe angeordnet ist, um Zusammenstöße der Ionen mit dem umgebenden Gas zu vermeiden, sowie einen kompakten Energieanalysator, der in unmittelbarer Nähe der Probe angeordnet ist, um so viel Streuionen wie möglich aufzufangen und damit die Zahl der dem Detektor zugeführt en Ionen zu optimieren, und eine Eingangsmembran mit einem schmalen Schlitz verwendet, welcher die Divergenz der durch ihn hindurchfliegenden Ionen so weit wie möglich verringert, um die Auflösung zu verbessern.

Es ist daher der Hauptvorteil des Gerätes nach vorliegender Erfindung, daß die Auflösung des Systems, die definitiv und eindeutig die Atommasse des Zielelements bestimmt, verbessert wurde.

Ein weiterer Vorteil des Gerätes nach vorliegender Erfindung ist die höhere Ionenstrahlstabilität, die mit diesem relativ kompakten und vereinfachten Gerät über den gesamten Arbeitsbereich des Ionenstrahle erreicht wurde.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß der Ionenerzeuger bis unter 100 eV stabil arbeitet.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß der Analysator unter statischen Gaebedingungen betrieben werden kann, um die Stabilität und Einfachheit des Betriebs zu vergrößern, und die Notwendigkeit für dynamisches Pumpen des Edelgases während des Betriebe vermeidet. Die vorliegend· Erfindung schafft anion eine Anordnung, bei der mehrer· Teil· in einer einzigen Kammer angeordnet sind und offen miteinander in Verbin·

10 9 8 11/18 0 2

dung stehen und die damit die Notwendigkeit für Mehrfachkammern, Verbindungsventile und Pumpen umgeht.

Diese und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Pig. 1 ist ein Seitenriß eines /Gerätes nach vorliegender Erfindung.

Pig. 2 ist ein Blockdiagramm und eine teilweise bildliche und schematische Darstellung der elektrischen Bauteile des Gerätes nach Pig. 1.

Pig. 3 ist ein Diagramm, das die Analyse einer festen Oberfläche sowie die sich durch die Vorspannung der Ein— und Ausgangsmembranen ergebende verbesserte Auflösung und Schärfe zeigt.

Pig. 4- ist ein Diagramm der Analyse einer Kupferprobe und zeigt die Streuung der Isotopen Gu und Ou

Die Zeichnungen und die Beschreibung - und insbesondere Pig.1 zeigen einen kompakten Slementanalysator 10 mit einem Plansch 12, der auf eine (nicht gezeigte) handelsübliche Vakuumkammer normaler Große paßt, mit einem am Plansch befestigten !Tragrahmen 16, einem mehrfach ausrichtbaren Probemtrager₍^Hler am Rahmen befestigt ist, einem Ioatner ic euger 26, einem Energieanalysator 45* einem Ionendetektor 70 und einer Anzeigevorrichtung 80. Mit .diesem Gerät zur relativ zerstörungsfreien Oberflächenanalyse bzw« dem entsprechenden Verfahren wird ein Strahl von Primärionen 30 bekannter Hasse und Energie erzeugt, auf die zu analysierende Oberfläche gerichtet und die Energie der von den die feste Oberfläche bildenden Elementen zerstreuten Primärionen analysiert, d.h. man mißt den infolge der Kollision der Primärionen mit den Elea«at«a «folgt en Energieverlust und bestiaat daraus die Atommasse der Elemente» Die Analyse einer festen Oberfläche basiert auf der Theorie und Formulierung des binärelastischen Stoßes aufgrund folgender Annahmen. Erstens wird angenommen, daß die Zielatome im wesentlichen nicht an ihre

109811/180 2

Nachbaratome gebunden sind. Während des Stoßes verhalten sich die Zielatome also so unabhängig, als ob es sich um Gasatome handelte. Zweitens wird angenommen, daß die Zielatome vor dem Zusammenstoß mit den Primärionen im wesentlichen stationär sind, Drittens werden die Energieverluste der Primärionen während des Zusammenstoßes mit den Zielatomen als vollständig kinetisch angenommen. Aufgrund dieser drei Annahmen und des Energie- und Momenterhaltungsprinzips lassen sich die nach dem Stoß vorliegenden Energien der Primärionen aus den Streuwinkeln, dem Massenverhältnis und der vor dem Stoß vorliegenden Energie bestimmen. Wesentlich ist, daß dieses Verfahren keine veränderlichen oder empirischen Paktoren erfordert. Die folgende Beziehung für das Verhältnis der kinetischen Energie des Primärions nach.dem Zusammenstoß zu der vor dem Zusammenstoß bei einem zur Vereinfachung angenommenen - Streuwinkel ö » 90 ,

ergibt, aufgelöst nach

1 +

^M2 - ^M1 1 - E

wobei M₁- Masse der Primärionen,
M₂ ■ Masse der Zielatome,

E₀ ■ kinetische Energie des Primärions vor dem Stoß, M₁ ■ kinetische Energie des Primärionβ nach dem Stoß ist.

Einige der Hauptkomponenten zur Ausführung der erwähnten Oberflächen analyse durch Ionenstreuung sind: eine Quelle einzelenergetischer Ionen mit guten Pokussiereigenechaften bei niedrigen Energiewerten, ein Energieanalysator, der in der Lage let, bei guter Auflösung Streuwinkel genau zu definieren, ein ·&* Ionendetektor und eine Voretellvorrichtung, Bit d«r Proben nacheinander in eine vorherbestimmte Stellung gebracht werden, ohne dabei zu Verlusten des Vakuum» baw. d·· tragen Gas·· su führen. Uu die Auflösung bei einen gegebenen elektrischen Signalptgel «it

10 9 8 11/18 0 2

20AH22

einem "bei niedriger Energie arbeitenden Gerät zu vergrößern, sind folgende Punkte kritisch!

1. Die Ionenenergiestreuung innerhalb des Ionenstrahls muß minimisiert werdenf

2. Die Kollimation und Fokussierung des Ionenstrahls muß vor der Bombardierung optimiert werden|

3. Die Auflösung des Energieanalysators bei einem bekannten Streuwinkel muß optimiert werden.

TJm einen sinnvollen Kompromiß zwischen der gewünschten hohen Auflösung des Gerätes und einem angemessenen elektrischen Signalpegel zu erreichen, ist es vorteilhaft, den Ionenerzeuger I und den Energieanalysator in die unmittelbare Nähe der zu analysierenden Probe zu bringen.

Der Flansch 12 ist ein normaler 200-mm-Ultrahochvakuumflansch mit einer Anzahl von öffnungen entlang seines Umfangs, mit denen der Plansch an dem in Fig. 1 angedeuteten Gehäuse be festigt wird ρ zusammen stellen sie die TJl tr ahoch vakuumkammer dar. Nachdem man den Flansch am Gehäuse befestigt hat, das auch den Rahmen, den Probenträger, den Ionenerzeuger sowie andere in Fig.1 gezeigte Systemteile enthält, evakuiert man die Kammer Bitteis einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe auf 10 Torr. Ua die in der Kammer verbleibenden aktiven Elemente weiter zu λ reinigen, ist in der Kammer auch ein (nicht gezeigtes) Getter vorgesehen. Durch Abschalten der Pumpe beendet man den Pumpvorgang. Dann läßt man durch geeignete Ventile ein Edelgas in die Kammer, bis der statische Druck, gemessen mit einem Druckmesser nach Bayard-Alpert, 5 x 10"" Torr beträgt, und schließt dann »amtliche Kammeröffnungen, d.h. man läßt kein zusätzliches Edelgas mehr in die Kammer hinein. Die Edelg&oatmoaphäre in der Kammer wird ausgenutzt, um die die feste Oberfläche der Probe bildenden Elemente zu analysieren. Das verwendete Gas kann irgendein Edelgas sein) im allgemeinen verwendet man jedoch Helium (He) und Argon (Ar). Durch den Flansch erstrecken sich elektrische Durchführungen bzw. Anschlüsse 14» um die erforder-

109811/1802

lichen elektrischen Verbindungen zwischen den Bauteilen in der Kammer und den elektrischen Anlagenteilen außerhalb der Kammer herzustellen.

Der !Dragrahmen 16, der am Flansch 12 befestigt ist, weist einen Unterteil 18, einen Unterteilträger 20 zwecks Abstandehaltung zwischen den elektrischen Anschlüssen 14 und dem Unterteil sowie eine lotrechte Säule 22 auf, die am Unterteil befestigt ist und den Frobenträger 60 trägt.

Der mehrfach ausrichtbare Probenträger 60 weist ein drehbares achteckiges Probenrad 61 auf sowie Seitenarme 62, mit denen das Rad zur Säule 22 relativ drehbar und von dieser isoliert befestigt ist, und Mittel zur Schrittschaltung des Rades mit einem Ratechenzahnrad 63» das das Probenrad schrittweise, d.h. pro Betätigung des Elektromagneten-Magneten um eine sechzehntel Umdrehung, weiterdreht. Auf jeder der Umfangsflachen 66 des achteckigen Rades kann eine zu analysierende Probe befestigt werden, die auf dieser durch geeignete Haltemittel - wie z.B. Schraub- oder Federhalterungen - festgehalten wird. Es 1st ersichtlich, daß man das Probenrad auoh mit einer anderen Zahl von Umfangeflächen versehen, d.h. es z.B. auch sechseckig gestalten kann, und daß das Ratechenzahnrad eine andere Anzahl von Zähnen haben kann, die numerisch, der Zahl der flächen auf dem Frobenrad entspricht. Der Frobenträger weist auch einen vom Rahmen 16 isolierten Schleifkontaktarm auf, der in Einkerbungen einrastet, um das Rad 61 und die bombardierte Probe elektrisch mit einem Strommesser 81 (vergl. Fig.2) zu verbinden, der den Ionenstrahistrom mißt. Der Elektromagnet 64, ein normaler Vakuumelektromagnet, ist elektrisch mit einer Stromversorgungeeinheit 82 für den Probenwähler verbunden, die zur Weiterschaltung aufeinanderfolgender Proben In die vorherbestimmte Zieleteilung (wie in Pig.1 gezeigt) frei betätigbar ist.

Der Ionenerzeuger umfaßt ein geerdetes rohrförmigee Gehäuse 25 der Dimensionen 50 χ 75 χ 100 mm, dme βο gestaltet let, deJ

10981 1 /1802

es die betrieblichen Teile des kompakten lonenerzeugers tragen kann. Der kompakte Ionenerzeuger - im wesentlichen 25 χ 25 x 75 mm groß - weist einen Heisfaden 27 zur Erzeugung von Elektronen, ein in hohem Maße durchlässiges Gitter 28, das mehr als 80 $ offener Fläche hat und innerhalb einer Extraktorplatte 31 ein Ionisierungsgebiet 29 definiert, einen den Heizfaden 27 umgebenden Reflektor 30, vier Anoden 33_S 35, 37 bzw. 39 und eine Stabilisierungsschleife 41 auf»

Eine Stromversorgungseinheit 42 liefert die Energie für äea Heizfaden, damit dieser Elektronen liefern kann, und ein Gittervorspannungsteil 83 spannt das Gitter bezüglich des Heizfadens vor. Die vom Heizfaden gelieferten Elektronen g werden durch das relativ durchlässige Gitter 28 auf ein Potential beschleunigt, das zur Ionisierung der Edelgasatome ausreicht. Beispielsweise können die Elektronen eine Energie von 100 - 125 eV aufweisen! das reicht aus, um Helium mit einem Ionisierungspotential von ca. 24 e7 zu ionisieren»

Der Reflektor 30 liegt auf dem Heizfadenpotential und lenkt sich ihm nähernde Elektronen in einen langen Flugweg ab, der die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß ein Elektron ein Gasatom trifft und dieses ionisiert.

Erhöht man den statischen Druck des Edelgases in der evakuier-■ baren Kammer, erhöht sieh auch der lonenstrahlstrom. Durch \ eine Elektronenstromsteuerung bei konstantem Gasdruck kann man also den lonenstrahlstrom steuern. Bei der Plasmaquelle des Standes der Technik konnte man eine große Anzahl von Einstellungen zur Regulierung des lonenstrahlstroms vornehmes § keine von diesen ließ sich aber unmittelbar auf den lonenstrahlstrom beziehen. Mit einer solchen Plasmaquelle ist es daher äußerst schwierig, eine StrahlstromregelEchleife aufzubauen« Die Stabilisierungsschleife 41 der vorliegenden Ausführungsform umfaßt die Heizstromversorgung und den Gittervorspsuanuagstsil und erhält einen stabilen Elektronengitterstrom aufrecht, der den lonenstrahlstroia bei Druckschwankungen in der Vakrauaksosrnsr «uaregelt.

1098 117180 2

204U22

Eine Spannungsteilerachaltung 85 für die Ionenkanone spannt die Extraktorplatte 31 auf ein Potential vor, mit dem sich positivelonen aus dem Ionisierungsgebiet 29 ausziehen lassen. Die Schaltung 85 enthält neun Widerstände R1 von je 470 kOhm und drei lineare 500~k0hm-Potentiometer R2 mit jeweils 10 Umdrehungen, die so parallel und in Reihe geschaltet sind, daß sich mit Ausnahme der vierten Anode 39, die geerdet ist, die Extraktorplatte 31 sowie die Anoden 33, 35 und 37 nach Wahl vorspannen lassen.

Die Extraktorplatte 31 enthält in der Strahlachse 42 eine Aueziehöffnung 32 von ca. 6 mm, um die positiven Ionen auszuziehen, die sodann durch die Anoden zu einem Strahl gebündelt •werden. An jeder Anode liegt ein von der Schaltung 85 geliefertes Potential. Die erste Anode 33 dient im wesentlichen dazu, die ausgezogenen Ionen zu steuern, zu modulieren und vorbereitend zu einem kollidierten Strahl zu fokussieren. Die zweite Anode 35, die von der ersten Anode 33 weiter als von den übrigen Anoden entfernt ist, dient als Hauptkollimier- und -fokussieranode. Die dritte Anode 37 liegt auf einem vom Spannungsteiler gelieferten, im wesentlichen konstanten Potential. Die vierte Anode 39 liegt auf Masse oder könnte auch, gegen Masse vorgespannt, mit einem Anschluß einer Hochspannungsquelle 86 verbunden sein. Jede der Anoden ist aus dünnem leitendem Material hergestellt und weist eine kleine öffnung auf, um den Ionenfluß zu steuern und einen einzelenergetischen Strahl aufrechtzuerhalten. Die Anodenplatten sind z.B. 2 mm dick, um die Wanddicke an den Offnungen so klein wie möglich zu halten und damit Wechselwirkungen zwiachen den durchtretenden Ionen und der Wandoberfläche und damit EnergieVerluste gering zu halten.

Der aus dem rohrförmigen Gehäuse 25 austretende Strahl wird nun durch die Edelgasatmosphäre über eine Distanz von weniger alβ 100 mm auf eine eine zu analysierende Probe tragende Flach· gerichtet. Die Zusammenstöße der Teilchen in Strahl b·-

1098 11/1802

«9-

grenzen die mittlere freie Weglänge der Ionen in diesem Druck— bereich schätzungsweise auf ca. 300 mm. Mit Hilfe von am Ende des Gehäuses 25 beidseitig des Strahls angeordneten Ablenkplatten 57 kann der Strahl geringfügig abgelenkt werden, um die Probe abzutasten. Die Platten 57 lädt eine hand» oder programmgesteuerte Stromversorgungseinheit 87 für die Ionenablenkanordnung. Die Ablenkplatten 57 tragen ebenso dazu bei, den Streuwinkel zu optimieren bzw. den Strahl auf die Probenoberfläche so auszurichten, daß die Achse der Streuionen auf die Eingangsmembran des Energieanalysator ausgerichtet ist, um ein optimales elektrisches Signal zu erhalten.

Der Ionenstrahl bombardiert die Probe auf der vorgewählten Probenfläche, wodurch die auftreffenden Primärionen von dieser zerstreut werden. Der infolge des Strahls durch die Probe fließende Strom wird durch einen Strommesser 81 erfaßt und dient zur Ermittlung der Stromdichte an der Oberfläche der Probe.

Der Energieanalysator 45 weist eine Eingangemembran 46 mit einem langen, schmalen rechteckigen Eingangsschlitz 47, eine Ausgangsmembran 49 mit einem rechteckigen Ausgangsschlitz 50 und zwei gekrümmte elektrostatische Analysierplatten 48 auf. Die Ein- und Ausgangsmembranen 46 bzw. 49 werden von einer Membranvorspannungseinheit 88 aufgeladene Sie können getrennt oder gemeinsam auf Masse gelegt oder auf ähnliche oder verschil^&e^ positive Potentiale vorgespannt werden. Die Membranschlitze haben vorzugsweise eine Breite von 0,1 mm, und die Eingangsmembran befindet sich ca. 10 mm entfernt von der Oberfläche der zu analysierenden Probe.

Durch die Ladung der Ein- und Ausgangsmembranen 46 bzw. 49 werden einige Ionen davon abgehalten, in den Energieanalysator einzudringen j dadurch wird der erfaßte elektrische Signalhintergrund wirksam reduziert. Fig.3 zeigt die Wirkung der positiven Vorspannung an den Ein- und Ausgangemembranen. Das Diagramm stellt das Energieverhältnis E₁ZE₀ der aufgefangenen

1 0 9 8 11/18 0 2

positiven Streuelektronen über dem Ionenstrom dar, und zwar von 1500-eV-He-Ionen, die von einer Aluminiumoberfläche mit einem dünnen Aluminiumoxidüberzug gestreut wurden. Die Kurve 92 zeigt das typische Probenspektrum ohne Vorspannung der Membranen (Hull-Potential), Kurve 93 das Spektrum bei positiver Vorspannung der Membranen. Die Maxima der Kurven 92 und zeigen das Vorhandensein von Aluminium .und Oxid bei Energie-Verhältnissen von ca. 0,55 bzw. 0,7 an. Das Diagramm beweist also die erhöhte Auflösung und Eliminierung des Signalhintergrundes, wenn man die Membranen vorspannt, um das durch streunende Ionen erzeugte Hintergrundeepektrum zu unterdrücken.

Die Analysatorplatten 48 werden von einer Ablenkeinheit 90 geladen, die Energie von einer Doppelstromversorgungeeinheit bezieht. Die Ablenkeinheit 90 erlaubt es, eine geeignete Ladung auf die Platten aufzubringen, um Ionen mit vorherbestimmter Masse und Energie auf den Schlitz in der Auegangemembran zu richten. Die Analysatorplatten haben einen mittleren Radius von 50 mm \ der dargestellte Analysator 45 ist ein normaler 127°-Analysator.

Die von der Probe gestreuten Ionen werden also vom Energieanalysator aufgefangen und solche mit vorherbestimmter Energie durch ihn hindurchgeführt. Die Zahl der hindurchgeführten Ionen erfaßt der Ionendetektor 70. Das von diesem erzeugte elektrische Signal gelangt zu einem Anzeigegerät 80, wo das Ergebnis zur Analyse zur Verfügung steht.

Der Ionendetektor 70 ist ein Einkanal-(continuous channel) Elektronenmultiplier 71 mit einem 8-mm-Kegeleingang, der den gesamten Ausgangsschlitz der Ausgangemembran des 127 -Energieanalysator überdeckt. Der Elektronenmultiplier kann ein handelsübliches Exemρla* des Typs CEM-4028 der Bendix Corporation in Ann Arbor, Michigan, sein.

109811/1802

Claims

-11-

Patentansprüehe

ompakter Elementanalysator, der in eine ein Edelgas enthaltende evakuierbare Kammer paßt und von besonderem Mutzen ist für die Bestimmung der Eiernentarzusammensteilung einer festen Oberfläche, indem er die Energie und Zahl von Primärionen mißt, die durch die diese feste Oberfläche bildenden Elemente gestreut und von einem bei dieser Oberfläche angeordneten Energieanalysator aufgefangen wurden, um damit die Elemente selektiv zu identifizieren und die Menge eines jeden von ihnen zu bestimmen, wobei die Vorrichtung in Kombination " einen Probenträger aufweist, um eine auf Elementarzusanimensetzung zu analysierende Probe in einer vorherbestimmten Stellung zu tragen, einen lonenerzeuger zur Erzeugung eines Strahls von Primärionen mit bekannter Masse und in wesentlichen gleicher bekannter kinetischer Energie, der auch die Primärionen entlang der Strahlachse auf die Probe.ausrichtet, einen Energieanalysator zur Weiterführung der gestreuten Primärionen, die einen zweiten bekannten Energiewert haben, der geringer ist als die ursprüngliche kinetische Energie der Primärionen, um die infolge der Kollision mit der Oberfläche verlorene Energie zu messen und dadurch die Atommassen des die Primärionen streuenden Elements zu identifizieren, Λ und einen Ionendetektor, der die übertragenen Primärionen empfängt und sie in ein elektrisches Signal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ionen liefernde Vorrichtung einen lonenerzeuger mit einem Heizfaden zur Lieferung von Elektronen aufweist sowie ein weitgehend durchlässiges Gitter in der Nähe des Heizfadens, das mit diesem eine Ionisierungszone bildet, wobei das Gitter auf einem elektrischen Potential liegt, um die Elektronen auf eine kinetische Energie zu beschleunigen, die ausreicht, um Edelgasatome innerhalb der Ionisierungszone zu ionisieren, einen den Heizfaden und die Ionisierungszone umgebenden Reflektors, eLssseii Potential zur Rücklenkung von Elektronen in die Iojaisisrmigs--' zone geeignet ist, eine Extraktorplatte mit einer an eier Ioni-

109811/1802

2ÜAH22

sierungszone um die Strahlachse herum angeordneten Ausziehöffnung, wobei die Extraktorplatte elektrisch vorgespannt ist, um Ionen aus der Ionisierungszone anzuziehen und diese auf die Probe zu richten, sowie eine erste Anode mit einer ersten Öffnung, die sich in der Nähe der Extraktoröffnung um die Strahlachse herum befindet, wobei die erste Anode elektrisch so vorgespannt ist, daß sie die ausgezogenen Primärionen in einen kollimierten Strahl Primärionen kollimiert, moduliert und fokussiert, der auf die Probe gerichtet ist.

2. Kompakter Elementanalysator nach Anspruch 1, dessen Energieanalysator gekennzeichnet ist durch eine am Probenträger angeordnete und einen Eingangsschlitz aufweisende Eingangsmembran, wobei der Eingangsschlitz so angeordnet ist, daß er die durch die Probe in einem vorherbestimmten Winkel zum vor der Probenbombardierung bestehenden Primärionenstrahl gestreuten Primärionen auffängt, durch gekrümmte elektrostatische Analysatorplatten mit angelegtem elektrischem Potential, um die gestreuten Primärionen mit einem bestimmten Energiewert weiterzuleiten, durch eine Ausgangsmembran, die in der Nähe der Analysatorplatten angeordnet ist und einen Schlitz aufweist, der die zwischen den Analysatorplatten übertragenen Ionen auffängt, und durch Vorspannungsmittel, die an die Ein- und die Ausgangsmembran gelegt sind, um die Eingangsmembran auf ein erstes vorherbestimmtes Potential und die Ausgangsmembran auf ein zweites vorherbestimmtes Potential zu legen.

3. Kompakter Elementanalysator nach Anspruch 2, dessen Probenträger gekennzeichnet ist durch eine drehbare Vorrichtung mit gegenseitig auf Abstand stehenden Oberflächenteilen, um auf diesen eine Mehrzahl einzelner Proben zu tragen, wobei die drehbare Vorrichtung so angeordnet ist, daß eine Probe in eine vorherbestimmte Stellung gebracht werden kann, um den Ionenstrahl abzufangen, und durch betrieblich mit der drehbaren Vorrichtung verbundene Vorschubmittel, mit denen aufeinanderfolgende Proben in die vorherbestimmte Stellung gebracht werden

1 0 !:! H M / 1 8 Ü 2

Kompakter Elementanalysator nach Anspruch 2, dessen kompakter Ionenerzeuger weiterhin gekennzeichnet ist duraji eine zweite Anode mit einer zweiten Öffnung, wobei die zweite Anode in der Nähe der ersten Anode und die zweite Öffnung in der iahe der ersten Öffnung um die Strahlachse angeordnet sind, und wobei die zweite Anode elektrisch vorgespannt ist, um den auf die Probe gerichteten Primärionenstrahl weiter zu kollimieren und zu fokussieren.

Kompakter Elementanalysator, der in eine edelgasgefüllte evakuierbare Kammer paßt und von besonderem Hutζen ist zur Bestimmung der Elementarzusammensetzung einer festen Oberfläche, indem er die Energie und Zahl von Primärionen mißt, die von den die feste Oberfläche bildenden Elementen zerstreut und von einem bei der Oberfläche angeordneten Energieanalysator aufgefangen wurden, um so die Elemente selektiv zu identifizieren und die Menge jedes Elementes festzustellen, wobei der Analysator in Kombination aufweist einen Probenträger, der eine nach Elementarzusammensetzung zu analysierende Probe in einer vorherbestimmten Stellung hält, einen Ionenerzeuger zur Lieferung eines Strahles von Primärionen mit bekannter Masse und im wesentlichen der gleichen bekannten kinetischen Energie, der die Primärionen auch entlang einer Strahlachse auf die Probe richtet, einen Energieanalysator, der die gestreuten Primärionen mit einem zweiten bekannten Wert der kinetischen Energie, der geringer ist als der ursprüngliche, weiterführt, um die infolge der Kollision mit der Oberfläche verlorene Energie zu messen und damit die Atommasse des die Primärionen streuenden Elementes * zu identifizieren, und einen Ionendetektor, der die weitergeführten PrimäriöJaen aufnimmt und sie in ein elektrisches Signal, umwandelt, wobei der Energieanalysator-gekennzeichnet ist durch ®ine Eingangsmembran, die sich· in der Iahe des Probenträgere befindet¹ und einen Eingangsschlitz aufweist, der*so angeordnet ist, daß er die von der Probe in einem vorherbestimmten Winkel zur Richtung der PrijftäPionen vor der Bombardierung der Probe gestreu- *t«n Ionen auffängt, gekrümmte elektrostatische Analys-atorplat-

1098 1 1 / 1802

204U22

-H-

ten Mit angelegtem elektrischem Potential, um die gestreuten Primärionen mit vorherbestimmtem Energiewert weiterzuleiten, eine Auegangsmembran an den Analysatorplatten, die einen Schlitz aufweiet, der zum Auffangen der zwischen den Analysatorplatten weitergeführten Ionen angeordnet ist, sowie betrieblich an die Ein- und Ausgangsmembran angeschlossene Vorspannungsmittel, um an die Eingangsmembran ein erstes vorherbestimmtes Potential und an die Ausgangsmembran ein zweites vorherbestimmtes Potential anzulegen.

Kompakter Element analysator, der in eine edelgasgefüllte evakuierbare Kammer paßt und von besonderem Nutzen ist für d⁴* Bestimmung der Elementarzusammensetzung einer festen C .lache, indem er die Energie und Zahl von Primärionen mißt, die von den die feste Oberfläche bildenden Elementen gestreut und von einem an der Oberfläche angeordneten Energieanalysator aufgefangen wurden, und damit die Elemente selektiv identifiziert und deren Menge bestimmt, wobei der Analysator In Kombination einen Probenträger aufweist, der eine auf Elenentarzusammenset^ung zu anal/eierende Probe in einer vorherbestimmten Si ΐ¹lung trägt, einen Ionenerzeuger, der einen Strahl Primärionen mit bekannter Masse und im wesentlichen gleicher bekannter kinetischer Energie erzeugt und diese Primärionen entlang einer Strahlachse auf die Probe riohtet, einen Energieanalysator zum Veiterführen der gestreuten Primärionen mit einem zweiten bekannten Wert der kinetischen Energie, der geringer ist als die ursprüngliche kinetische Energie der Primärionen, um die infolge der Kollision mit der Oberfläche verlorene Energie zu messen und damit die Atommasse des die Primärionen streuenden Elementes zu identifizieren, einen Ionendetektor, der die weitergeführten Primärionen aufnimmt und sie in ein elektrisches Signal umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementanalysator einen Plansoh aufweist, der die Endwand einer evakuierbaren Kammer bildet, sowie einen an diesem Plansoll befestigten Tragrahmen, ein von den Rahmen getragenes rohrfb'raigee Gehäuse, das einen kompakten Ionenerzeuger tratgta kann, einen

109311/1802

auf dem lahmen "befestigten mehrfach aus rieht "bar en Proben- . träger, der sich in der Mähe des rohrförmig en Gehäuses "befindet, um aufeinanderfolgende Proben in eine vorherbestimmte Zielstellung, zu bringen, wobei dieser Pr olb en träger eine drehbare Vorrichtung mit voneinander auf Abstand stehenden' Oberflächenteilen aufweist, die eine Anzahl von einzelnen Proben tragen, und die drehbare Torrichtung so angeordnet ist,, daß sie die Proben nacheinander in die vorherbestimmte Stellung, bringt, sowie einen Energieanalysator, den der Bahnen trägt und der einen in der Nähe des Probenträgers liegenden Eingang hat und sieh entlang ies.rohrförmigen.Gehäuses er-. streckt, um Ionen mit einer vorherbestimmten Energie weiterzuführen,, und einen Ionendetektor, den der Rahmen trägt und | der in der Mähe -des * rohrförmigen Gehäuses und des Energieanalysator angeordnet ist und die weitergeführten Ionen in ein elektrisches Signal umwandelt, in dem die Primärionen aus dem kompakten Ionenerzeuger auf eine erste Probe gerichtet werden und diese bombardieren und die gestreuten Ionen aufgefangen und an den Ionendetektor weitergeleitet werden, um mittels des elektrischen Signals die Elementarzusamiaeiisetsung der Probenoberfläche anzuzeigen«

Verfahren zur Bestimmung der Elementarzusammensetzung'einer festen Oberfläche durch Messung der Energie und Zahl der durch, einen Ionenerzeuger entwickelten und von einer zu analysierenden Oberfläche gestreuten Primärionen, gekennzeichnet " dadurch, daß man in einer evakuierbaren Kammer einen Ionenerzeuger, eine zu analysierende Probe, einen Energieanalysator und einen Ionendetektor anordnet, die aktiven Gase in der , Kammer bis auf einen vorherbestimmten aktiven Gasdruck-von

weniger als 10" Torr evakuiert, die Evakuierung der Kammer unterbricht, die Kammer wiederum mit einem Edelgas bis zu einem Partialdruek füllt, der ausreicht, um die -Ereeugung eines Ionenstrahls vorherlbe stimmt er Reinheit des Edelgases aufrechtzuerhalten, und indem man zur Analyse der Oberfläch© mittels des lonenerzeugers einen Ionenstrahl aus dem Eds?^gaF. erzeugt.

109811/1802

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet dadurch, daß man das Innere der Kammer nach der Evakuierung auf den vorerwähnten aktiven Gasdruck gettert, um im wesentlichen das gesamte aktive Gas in der Kammer chemisch zu absorbieren.

9· Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Evakuierung der Kammer weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Kammer kryogenisch pumpt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der in die Kammer eingefügte Energieanalysator leitende Ein- und Ausgangsmembranen mit Schlitzen aufweist und das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Membranen positiv vorspannt, um den durch spritzende und störende Streuionen hervorgerufenen Rau/6hpegel zu reduzieren.

M 2878
Cl/Wr

109811/1802

Le e rs e i te