Устройство и принцип действия оже-спектрометра

Функциональные связи, состав и компоновка электронного оже-спектрометра приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Функциональная схема прибора

Рабочий объем для исследования образца имеет две части: предварительная и основная камеры, отсекаемые друг от друга клапаном. Такое разделение позволяет производить загрузку и первичную обработку образца в предварительной камере, и сме­ну образцов в основной камере с помощью передающего манипуля­тора без нарушения в ней вакуума.

Система для откачки предварительной камеры включает в себя форвакуумный насос типа 2НВР-6Д (до 1∙10^{-2 мм}. рт. ст.), турбомолекулярный ТМН-450 (до 1∙10^{-7 мм}. рт. ст.) и магниторазрядный НМД-025 (до 1∙10^{-8 мм}. рт. ст.) насосы. Система водяно­го охлаждения служит для обеспечения рабочего режима турбомолекулярного насоса.

Для откачки основной камеры служит два цеолитовых ЦВН-1-2 (до 1∙10^{-2 мм}. рт. ст.), магниторазрядный НМД-0,25 (до 1∙10^-8 мм. рт. ст.) и испарительный (сублиматор титана, до 1∙10^{-10 мм}. рт. ст.) насосы.

С целью достижения более высокого предельного вакуума камеры, манипуляторы и все элементы вакуумной системы в про­цессе подготовки к работе подвергаются высокотемпературному обезгаживанию путем длительного прогрева с помощью нагревательных устройств при наличии непрерывной откачки.

Система газонаполнения камер представляет из себя два баллона, газовый ре­дуктор и натекатель НРТ. Баллоны наполняются любым газом или газовой смесью (кроме химически активных) в зависимости от проводимого эксперимента. С помощью натекателя можно регулировать степень наполнения камер газом. Вакуум контролируется вакуумметрами ВМБ-8, ВМБ-11 и ВТ-3 от манометрических преобразователей ПММ-32, ПММ-46 и ПМТ-4М.

Юстировка образца в основной камере обеспечивается манипулятором сверхвысоковакуумным Ду 100. Для визуальной юстировки образцов в основной и предва­рительной камерах предусмотрены смотровые окна.

Для получения чистой поверхности исследуемого образца (свободной от адсорбированных веществ) в оже-спектрометре пре­дусмотрены обработка путем прямонакального прогрева, электрон­ной бомбардировки и травление поверхности образца ионами инерт­ных газов. Ионное травление также можно использовать для опреде­ления состава образца не только по поверхности, но и по толщи­не слоя (химические профили).

Для электронной бомбардировки в предварительной камере служит электронная пушка.

В режиме ионного травления в обе камеры, в которых находятся две одинаковые ионные пушки, поступает инертный газ, который ионизируется в ионизаторе работающей пушки. Электрон­ный ток эмиссии ионизатора стабилизирован и регулируется в ши­роких пределах.

Перемещение ионного пучка осуществляется при помощи ручной регулировки напряжения отклоняющих пластин пушки на бло­ке питания ионной пушки. Для быстрой визуализации юстировки об­разца относительно ионного пучка предусмотрена возможность пита­ния отклоняющих пластин пушки от растрового устройства. Растро­вое устройство работает на телевизионном стандарте и конструк­тивно выполнено в виде отдельных блоков ТВ-позиционера и ТВ-мо­нитора. Яркость регистрирующей электронно-лучевой трубки ТВ-монитора в режиме управления ионным пучком модулируется сигналом поглощенных образцом ионов. Для этого в основной камере объектодержатель образца изолирован от корпуса камеры, а образец устанавливается таким образом, чтобы электрический потенциал объектодержателя и образца был одинаковым. В предварительной камере вывод сигнала поглощенных ионов на вход ТB-позиционера осуществляется через ввод поступательного перемещения, который обеспечивает электрический контакт с изолированным от корпуса образцом. Обеспечивая сканирование ионного пучка, можно получить изображение поверхности образца в поглощенных ионах.

Для формирования возбуждающего электронного пучка в режиме снятия оже-спектрометра в основной камере могут работать: электронная пушка, встроенная в анализатор, с нормальным падением пучка, или пушка с косым падением. Обе пушки одинаковые, имеют электростатические фокусировки и отклоняющую систему.

Перемещение электронного пучка обеспечивается с помощью ручной регулировки напряжения отклоняющих пластин пушки на блоке питания оже-пушки. Для быстрой визуальной юстировки образца относительно электронного пучка и фокуса анализатора, питание отклоняющих пластин пушки осуществляется от ТВ-позиционера. Яркость электронно-лучевой трубки в этом режиме модулируется сигналом поглощенных электронов.

Развертка отклоняющего потенциала для вторичных электронов в анализаторе формируется подачей на электроды анализатора линейной развертки напряжения с блока развертки, промодулированного синусоидальным напряжением с блока регистрации.

Для решения ряда сложных исследовательских задач (например, анализа состояния поверхности при изменении условий эксперимента), когда предъявляются повышенные требования к быстродействию системы регистрации, в блоке развертки предусмотрена возможность формирования развертки на различных, заранее выбранных участках диапазона выходного напряжения (энергетические окна). Такой режим блока также позволяет сократить время воздействия электронного зонда на образец.

Обработка регистрируемого сигнала, поступающего с коллектора анализатора, происходит с помощью блока регистрации. Запись спектра производится на графопостроителе зависимостей Н306. Для оперативной расшифровки спектра в блоках регистрация и развертки предусмотрены выходы для сопряжения с ЭВМ.

Прибор предназначен для определения распределения химического элемента на поверхности твердого тела методом электронной оже-спектроскопии (ЭОС) с растровой разверткой электронного пучка.

Основные технические данные и характеристики

Предельное остаточное давление в основной камере не более 1,33∙10^-7 Па (1∙10^{-9 мм.рт.ст).}

Предельное остаточное давление в камере предварительного разрежения 1,33∙10^-5 Па (1∙10^{-7 мм.рт.ст).}

Натекание в вакуумную систему прибора не более 6,55∙10^-10 Вт (5∙10^{-9 л.мм.рт.ст/с).}

Манипулятор в основной камере обеспечивает:

- 4 степени подвижности объекта;

- количество объектов, устанавливаемых в держатель, от 1 до 5.

Передающий манипулятор обеспечивает передвижение объекта из основной камеры в предкамеру и обратно.

Прибор обеспечивает прямонакальный прогрев объекта, максимальной мощностью накала 75 Вт, при максимальном токе объекта 25 А.

Прибор обеспечивает обработку объекта методом электронной бомбардировки. Максимальный ток объекта 20 мА при максимальном ускоряющем напряжении электронов 1300 В.

Прибор обеспечивает обработку объекта методом ионной бомбардировки. Минимальный диаметр ионного пучка не более 4 мм и максимальный ток пучка не менее 2∙10^-6 А при ускоряющем напряжении 5 кВ и давлении по аргону 1,33∙10^-3 Па (1∙10^{-5 мм.рт.ст). Прибор обеспечивает получение изображений объектов в поглощенных электронах.}

Прибор обеспечивает регистрацию оже-электронов с энергиями до 2000 эВ с разрешением по энергии не хуже 1%.

Максимальная площадь исследования не менее 200×200 мкм.

Время непрерывной работы в режиме откачки не менее 120 часов.

Дата добавления: 2015-05-09