2.11.2.Анализаторы электростатического отклоняющего типа
В последнее время все более широко используются энергоанализаторы электростатического отклоняющего типа, с помощью которых можно получить значительно более высокое энергетическое разрешение (до 1 мэВ). Используются анализаторы двух видов: (i) цилиндрическое зеркало (АЦЗ), (ii) полусферический анализатор отклоняющего типа.
А
Рис.2.11.7. Анализатор типа цилиндрическое зеркало. Э – образец. Электроны, эмитированные под углом αα+Δα, входят через прорезь в область между внутренним и внешним цилиндрами, отражаются и фокусируются на измерительном электроде - коллекторе.
ЦЗ представляет собой два коаксиальных цилиндра (рис.2.11.7). Образец, являющийся источником электронов располагается на оси системы. Во внутреннем цилиндре имеются прорези, через которые электроны попадают в промежуток между стенками цилиндров, где существует отклоняющее поле. Только электроны, имеющие энергию, величина которой определяется разностью потенциалов, способны пройти во вторую прорезь и сфокусироваться на коллекторе. В качестве измерительного электрода обычно используют вторично-электронный умножитель. Величина энергии электронов, приходящих на коллектор ЕАН, зависит от угла выхода электронов α и радиусов цилиндров:
(2.11.9)
К – постоянная, зависящая от величины α, при α = 42,20 К=1,31. Разрешающую способность АЦЗ приближенно можно определить из соотношения:
Рис.2.11.8. Анализатор электронов по энергиям отклоняющего типа. Между полусферами имеется разность потенциалов VH вследствие наличия которой электроны движутся по траектории АВ и пройдя диафрагму (Д) попадают на коллектор, в качестве которого обычно используется вторично-электронный умножитель.
(2.11.10)где d – входная апертура. У стандартных приборов она имеет величину ~ 200. АЦЗ обладает значительно меньшей светосилой, чем анализаторы с задерживающим полем, поскольку анализируются только электроны, эмитируемые в пространстве, заключенном между двумя конусами, угол раствора которых различается на величину Δα. Однако, возможность использования ВЭУ, коэффициент усиления которого обычно не менее 106, резко увеличивает чувствительность прибора. Существенно более высоким энергетическим разрешением обладают полусферические анализаторы отклоняющего типа. В современном варианте такой анализатор представляет собой две концентрические полусферы радиусом R1 и R2 с вакуумным промежутком между ними (рис.2.11.8). Если между полусферами имеется некоторая разность потенциалов VAH, то на электрон, влетающий через входное отверстие диаметром d, действует сила, направленная при соответствующем выборе знака потенциала к центру.
Можно показать, что сквозь такую систему могут пройти только те электроны, которые падают на входное отверстие почти перпендикулярно и имеют энергию в интервале:
,
(2.11.11)
где:
(2.11.12)
(R1 - радиус внутренней полусферы, R2 - внешней).
Разрешение прибора по энергии зависит от диаметра входного и выходного отверстий и величины анализируемой энергии. Приближенно:
(2.11.13)
Разрешающая способность у полусферических анализаторов значительно выше, чем у АЦЗ, она достигает величин 1000÷2000. Видно, что разрешение прямо пропорционально энергии электронов. Это позволяет увеличить разрешение понизив энергию электронов. В связи с трудностями настройки анализатора выгодно замедлять (ускорять) электроны до некоторого фиксированного значения энергии, измеряя при этом зависимость тока коллектора от величины тормозящего (ускоряющего) потенциала.
Достоинством полусферического анализатора отклоняющего типа является высокое энергетическое разрешение, достигающее нескольких тысячных эВ. Прибор имеет довольно малую апертуру, что резко снижает величину полезного сигнала. Но это имеет и свою положительную сторону. Такой анализатор позволяет проводить исследования с высоким угловым разрешением, менее 10, что крайне важно в целом ряде случаев, например, при изучении дисперсионных зависимостей методами фотоэлектронной спектроскопии.