DE2743034C2 - Einrichtung zur Energiebestimmung von Elektronen - Google Patents

Description

25

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energiebestimmung von Elektronen, mit einem Energieanalysator und einer dem Analysator vorgelagerten Teilchenoptik, innerhalb der die Elektronen so weit abgelenkt M werden, daß zwischen dem Ort der Entstehung der Elektronen und der Eintrittsöffnung des Analysators keine Sichtverbindung besteht.

Die bei der Spektroskopie von Elektronen an einen Energieanalaysator an einen Energieanalysator zu ^ stellenden Anforderungen sind:

a) hohe Energieauflösung;

b) hohe Empfindlichkeit (Luminosität bzw. Transmission);

c) Unempfindlichkeit gegen äußere Störfelder; «o

d) Unempfindlichkeit gegen Kontaminationen (z. B. durch Probenmaterial);

e) geringer Untergrund.

Aus der DE-OS 23 31 091 ist eine Einrichtung zur Energiebestimmung geladener Teilchen, insbesondere ^ Elektronen, bekannt, bei der ein Teil dieser Forderungen in hervorragender Weise erfüllt ist. Die dem eigentlichen Kugel-Energieanalysator vorgelagerte Teilchenoptik besteht aus zwei Einzellinsen, zwischen denen ein Zwischenbild entsteht, in dessen Bereich eine Verzögerungsstrecke vorgesehen ist.

Die Forderung nach dem geringen Untergrund ist z. B. bei dieser vorbekannten Einrichtung dadurch realisiert, daß im Bereich der zweiten Einzellinse eine asymmetrische Blende vorgesehen ist, die eine Sichtverbindung zwischen dem Entstehungsort der zu analysierenden Teilchen und der Eintrittsöffnung des Analysators verhindert. Nachteilig an der vorbekannten Einrichtung ist, daß ihr Aufbau wegen der Zwischenbilderzeugung insgesamt relativ groß ist. Der Abstand ⁶" zwischen Probe und Analysator ist deshalb relativ weit, so daß lange Teilchenbahnen resultieren. Wegen dieser langen Teilchenbahnen ist die Teilchenoptik empfindlich gegen äußere Magnetfelder, so daß sich diese vorbekannte Einrichtung nur schlecht für die höchstau- ^b5 flösende Phokgtoelektronenspektroskopie oder Energieverlustspektroskopie insbesondere im Energiebereich unter 5 eV eignet.

Aus »Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena«, 3,1974, Seiten 241 ff, ist ein Analysator für Elektronen mit einem kompakten Aufbau bekannt (S. 250). Bei dieser vorbekannten Einrichtung liegt der Ort der Entstehung der zu analysierenden Elektronen in unmittelbarer Nähe der Eintrittsöffnung des Energieanalysator. Zwischen der Probe und der Eintrittsöffnung besteht also eine direkte Sichtverbindung, so daß bei dieser Einrichtung ein hoher Streuuntergrund durch andere als die gewünschten Teilchen entsteht Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß von der Probe abdampfende Substanzen sehr leicht auf die inneren Wandflächen des Energieanalysators gelangen können. Dort bewirken sie eine Änderung der Spannungsverhältnisse und damit eine Verstimmung des empfindlichen Energieanalysators, so daß häufig bereits nach sehr kurzer Betriebsdauer die'Voraussetzung der hohen Energieauflösung nicht mehr erfüllt ist Die DE-OS 22 23 086 zeigt eine Einrichtung zur Energiebestimmur.g von Elektronen mit einem zylindrischen Kondensor. Dieser Kondensor ist dem Energieanalysator nachgeschaltet Auch bei dieser Lösung besteht deshalb eine direkte Sichtverbindung zwischen der Probe und den inneren Wandflächen des Energieanalysators, so daß von der Probe abdampfende Substanzen leicht in den Analysator gelangen und dort die beschriebenen Kontaminationen mit der Folge einer Verstimmung des Energieanaiysators verursachen können.

Schließlich ist noch aus der DE-OS 27 05 430 ein elektrostatischer Analysator für geladene Teilchen bekannt, bei dem die von der Probe emittierten Teilchen »um die Probe herum«, also auf der Rückseite der Probe, fokussiert und einem dort befindlichen Zylinderspiegel-Analysator zugef hrt werden. Das dazu erforderliche Ablenksystem besteht aus einer Mehrzahl von exakt herzustellenden und zu justierenden Einzelteilen, so daß seine Herstellung und Montage technisch aufwendig und kompliziert sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ausführung des Analysators die Durchführung der Photoelektronen-Spektrometrie von mit UV-Licht angeregten Gasen, bei der die Richtungen des UV-Lichtcs, des Gasstrahles und der emittierten Elektronen jeweils aufeinander senkrecht stehen, nur mit unverhältnismäßig hohem technischen Aufwand (Durchführung des UV-Lichtes und des Gasstrahles durch die ohnehin komplizierten Elektroden des Ablenksystems hindurch) zuläßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Energiebestimmung von Elektronen mit einem Energieanalysator und einer dem Analysator vorgelagerten Teilcheoptik, innerhalb der die Elektronen so weit abgelenkt werden, daß zwischen dem Ort der Entstehung der Elektronen und der Eintrittsöffnung des Analysators keine Sichtverbindung besteht, zu schaffen, welche bei einfacher Gestaltung für den Energiebereich unterhalb 20 eV und für die Photoelektronenspektrometrie an Gasen besonders gut geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Teilchenoptik zur Ablenkung der zu analysierenden Elektronen einen Zylinderkondensator umfaßt. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Einrichtung zur Energiebestimmung von Elektronen sind alle eingangs genannten Voraussetzungen erfüllt. Insbesondere ist die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Störfeldern auf ein Minimum beschränkt, da der Aufbau wegen des relativ kurz bauenden Zylinderkondensators kompakt ist und

deshalb die Elektronenbahnen relativ kurz sind. Durch die relativ kompakte Bauweise ist es möglich, den Energieanalysator und alle weiteren Elemente in einem relativ kleinen Gehäuse einzubauen und dieses mit einer möglichst vollkommenen Magnetabschirn mng zu umgeben. Der die direkte Sicht zwischen der Probe und der Eintrittsöffnung des Energieanalysators verhindernde Zylinderkondensator ist einfach herstellbar und sorgt für weitgehend untergrundfreie Meßergebnisse. Darüber hinaus schützt der Zylinderkondensator den Energieanalysator vor Kontaminationen durch abdampfendes ProbenmateriaL Die durch den Energeianalysator bestimmte Energieauflösung ist deshalb nicht beeinträchtigt Der Zylinderkondensator ist da er nicht die Funktion eines hochauflösenden Energieanalysators hat unempfindlicn gegenüber derartigen Kontaminationen.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, dem Zylinderkondensator an seinen offenen Seiten Korrekturplatten zuzuordnen. Mit Hilfe dieser Korrekturplatten kann der Elektronenstrahl justiert werden, so daß damit ideale Einschußbedingungen für den Energieanalysator erzielt werden können.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die dem Analysator vorgelagerte Teilchenoptik aus einer ersten Linse zur Beschleunigung der Elektronen, dem Zylinderkondensator und einer zweiten Linse besteht, in welcher die Elektronen auf die konstante Transmissionsenergie des Analysators gebracht werden. Dadurch wird eine weitere Verringerung der Empfindlichkeit gegen äußere Störfelder erreicht da die zu analysierenden Elektronen zunächst beschleunigt und erst kurz vor dem Analysator wieder verzögert werden. Bei der eingangs beschriebenen vorbekannten Einrichtung werden die zu analysierenden Teilchen auf ihrem ohnehin schon relativ langen Weg vom Entstehungsort zur Eintrittsöffnung des Analysators bereits relativ früh verzögert. Insbesondere im Energiebereich unter 20 eV hat diese Verzögerung die unerwünschte Empfindlichkeit gegen äußere Störfelder zur Folge, was dazu führt, daß die Elektronenbahnen geändert werden und die Transmissionsfunktion des Energeianalysators nicht mehr einfachen Gesetzen gehorcht. Durch die Störungen werden auch die Einschußbedingungen in den Analysator geändert, was dessen Auflösung in der Regel verschlechtert.

Weitere Maßnahmen zur Verhinderung des Einflusses von Störfeldern auf das ohnehin schon dagegen relativ unempfindliche System können bei einem derartigen kompakten Aufbau in einfacher Weise, z. B. durch eine Magnetabschirmung, realisiert werden.

Die Erfindung wird anhand von in den F i g. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine für die Analyse gasförmiger Proben geeignete Einrichtung. Die Einrichtung nach Fig.3 ist für die Analyse fester Proben gedacht

Bei der Einrichtung nach den F i g. 1 nnd 2 sind im vakuumdichten Gehäuse 1 der als Kugelkondensator ω ausgebildete Energieanalysator 2 und der die Registriereinrichtung bildende Sekundärelektronenvervielfacher 3 untergebracht Dem Analysator 2 vorgelagert ist die erfindungsgemäße Teilchenoptik, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus . der Eintrittslinse 4, dem Zylinderkondensator 5 mit den Korrekturplatten 6 und der Austrittslinse 7 besteht.

Das z. B. aus Magnetabschirmmaterial bestehende Gehäuse 1 besitzt eine Reihe von Flanschanschlüssen, von denen in F i g. 1 zwei und in F i g. 2 ein weiterer sichtbar sind. Sie Tragen die Bezugszeichen 8,9 und 10.

Der Flanschanschluß 9 dient dem Anschluß eines Vakuumpumpsystems 11. Über den Fianschanschluß 8 erfolgt die Zuführung der gasförmigen Probe. Dazu ist am Flanschdeckel 12 eine Probenkammer 13 vorgesehen, in die die Zuführungsleitung 14 mit dem Dosierventil 15 mündet Die Probenkammer 13 weist eine der erfindungsgemäßen Vorschaltoptik zugewandte Austrittsöffnung 16 auf, der eine Anregungsquelle 17 für die austretenden Gasteilchen zugeordnet ist. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine UV-Anregungsquelle 17 vorgesehen, die am Flanschanschluß 10 über den Balg 18 justierbar gehaltert ist. Ober das Kapilarrohr 19, dessen Mündung der Austrittsöffnung 16 der Probenkammer 13 zugeordnet ist, gelangt die anregende UV-Strahlung zu den zu untersuchenden Gasteilchen.

Die Justierung des Anregungsstrahles auf den Probengasstrahl erfolgt mit Hilfe der Elektroden 22 bis 25, die — bis auf die Elektrode 25 — als koaxial hintereinander angeordnete Lochblenden ausgebildet sind, deren gemeinsame Achse den Probengasstrahl kreuzt Der Anregungsstrahl ist justiert, wenn an der Elektrode 24 ein minimaler und an der Elektrode 25 ein maximaler, vom Anregungsstrahl ausgelöster Elektronenstrom auftritt.

Die Einrichtung nach F i g. 3 ist für die Analyse fester Proben 20 geeignet ausgebildet. Dazu ist am Flanschdeckel 12 eine Vorrichtung 21 zur Halterung der Probe 20 befestigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Probe mit UV-Licht angeregt. Die UV-Anregungsquelle 17 mit dem Kapillarrohr 19 ist so ausgerichtet, daß das UV-Licht die Probe trifft.

Die durch die Bestrahlung der Probe 20 entstehenden zu analysierenden Elektronen, z. B. Photo-, Auger- oder Sekundärelektronen, treten in die erste Line 4 ein und werden dort auf eine konstante Energie beschleunigt Danach gelangen sie in den Zylinderkondensator 5 und werden dort in Richtung der Austrittslinse 7 abgelenkt Durch Veränderung der an den Zylinderplatten oder Korrekturplatten 6 anliegenden Spannungen können die zu analysierenden Elektronen auf den Eintrittsspalt als Kugelkondensator ausgebildeten Energieanalysators 2 justiert werden. In der Austrittslinse 7 werden sie auf die konstante Transmissionsenergie des Kugelkondensators gebracht, d. h., in der Regel verzögert. Im Kugelkondensator erfolgt die Trennung nach der Energie. Diejenigen, deren Energie der Trabsmissionsenergie des Kugelkondensators entspricht, verlassen diesen in bekannter Weise durch einen Austrittsspalt, treffen auf den Sekundärelektronenvervielfacher 3, werden in diesem verstärkt und durch eine nicht dargestellte elektronische Einrichtung registriert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Energiebestimmung von Elektronen mit einem Energieanalysator und einer dem Analysator vorgelagerten Teilchenoptik, innerhalb der die Elektronen so weit abgelenkt werden, daß zwischen dem Ort der Entstehung der Elektronen und der Eintrittsöffnung des Analysators keine Sichtverbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenoptik zur Ablenkung der zu analysierenden Elektronen einen Zylinderkondensator (5) umfaßt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkondensator (5) an seinen offenen Seiten Korrekturplatten (6) aufweist '

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Analysator (2) vorgelagei te Teilchenoptik aus einer ersten Linse (4) zur Beschleunigung der Elektronen, dem Zyünderkondensator (5) und einer zweiten Linse (7) besteht, in welcher sie auf die konstante Transmissionsenergie des Analysators (2) gebracht werden.