用于粒子光譜儀的分析設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定與從粒子發(fā)出樣本(11)發(fā)出的帶電粒子相關(guān)的至少一個參數(shù)的方法，例如，涉及粒子的能量、起始方向、起始位置或轉(zhuǎn)速的參數(shù)。該方法包括以下步驟：通過透鏡系統(tǒng)(13)，將帶電粒子束引導(dǎo)至測量區(qū)域的入口中，并檢測粒子在測量區(qū)域內(nèi)的位置，其表示所述至少一個參數(shù)。此外，該方法包括以下步驟：在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使粒子束在相同的坐標(biāo)方向上至少偏轉(zhuǎn)兩次。從而，能以這樣的方式控制粒子束在測量區(qū)域(3)的入口(8)處的位置和方向，使得，一定程度上消除對樣本(11)的物理操縱的需求。接著，這允許有效地冷卻樣本，使得能改進(jìn)能量測量中的能量分辨率。
【專利說明】用于粒子光譜儀的分析設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分析例如從粒子發(fā)出樣本發(fā)出的帶電粒子的能量、起始方向和起始位置的方法和分析設(shè)備，并涉及一種包括這種分析設(shè)備的粒子光譜儀。特別地，本發(fā)明涉及一種在半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀中使用的方法和分析設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖1中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀。在半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀I中，中心部件是測量區(qū)域3，電子的能量在該區(qū)域中被分析。測量區(qū)域3由安裝在底板7上的兩個同心半球5形成，并且在兩個同心半球之間施加靜電場。電子通過入口 8進(jìn)入測量區(qū)域3，并且靜電場使得以接近垂直于底板7的方向進(jìn)入半球5之間的區(qū)域的電子偏轉(zhuǎn)，并且，那些具有一定范圍(由偏轉(zhuǎn)場限定)內(nèi)的動能的電子在已行進(jìn)通過半圓之后，將到達(dá)檢測設(shè)備9。在一個典型儀器中，通過靜電透鏡系統(tǒng)13，電子從其來源(典型地，是在用光子、電子或其他粒子激勵后發(fā)出電子的樣本11)被傳送至半球的入口 8，靜電透鏡系統(tǒng)13包括多個透鏡L1-L3，所述多個透鏡具有公共的且基本上筆直的光軸15。
[0003]對于以下描述，將使用笛卡爾坐標(biāo)系，其z軸沿著透鏡系統(tǒng)13的光軸15 (在大多數(shù)情況中，是旋轉(zhuǎn)對稱軸線)，并且，半球相對于(y，z)平面對稱。用電子相對于(y，z)平面的角度相對于(x，z)平面的角度9y來描述電子軌跡的方向。
[0004]透鏡系統(tǒng)13和檢測設(shè)備9將僅接受在垂直于透鏡軸線15的有限區(qū)域內(nèi)和有限角度范圍內(nèi)發(fā)出的電子。此外，必須在z方向上將來源定位在窄范圍內(nèi)，以達(dá)到最佳特性(在靈敏度和分辨率方面)。這使得必須將樣本安裝在操縱器17上，操縱器允許在所有坐標(biāo)方向上平移和旋轉(zhuǎn)，即，六個自由度。
[0005]在例如角分辨光電子能譜學(xué)(ARPES)的許多應(yīng)用中，完整的測量需要用30度的總圓錐開口從對得非常準(zhǔn)的樣本完全檢測立體角。根據(jù)樣本和激勵能量/動能的不同，所需的角度范圍可能變化。角分辨率需求也隨著應(yīng)用而變化，但是，典型地，范圍從I度降至好于0.1度。在能量分辨率中，取決于應(yīng)用，所需跨度是從0.5eV降至到0.5meV。為了實現(xiàn)高分辨率測量，分析設(shè)備必須具有足夠的角度和能量分辨率，但是，由于半球形分析設(shè)備僅接受在垂直于透鏡軸線15的有限角度范圍內(nèi)發(fā)出的電子，所以，樣本操縱器17必須具有非常高精度的運動和可重復(fù)性。需要使操縱器17精確地旋轉(zhuǎn)并使樣本傾斜，以建立完整的30度立體角數(shù)據(jù)集。
[0006]從樣本發(fā)出的電子的能量分布受到熱加寬(thermal broaden,熱拓寬)，其由ΔΕ=3.5*kB[eV/K]*T[K]給出，其中，Λ E是能量分布(單位是eV)，kB是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度(單位是開爾文)。因此，為了達(dá)到所需的能量分辨率，樣本11必須能冷卻至非常低的溫度，例如，< ImeV的加寬需要最多3K的樣本溫度。
[0007]半球5使電子在檢測器平面(其與半球形分析設(shè)備中的測量區(qū)域3的入口 8的平面重合)中沿著y方向相對于其能量分散。在X方向上，檢測器平面中的位置是X坐標(biāo)在半球5的入口 8的平面中的直接象(direct image,直接圖像)。將半球5的入口 8在x方向上形成為窄縫，在下文中叫做測量區(qū)域的入口狹縫，或者，簡單地叫做入口狹縫。當(dāng)允許電子通過窄入口狹縫8進(jìn)入半球5中時，二維檢測設(shè)備9將同時給出與能量分布和沿著入口狹縫8的分布相關(guān)的信息。典型地，二維檢測設(shè)備9包括多通道電子倍增板(MCP) 19，所述多通道電子倍增板布置在與半球5的入口狹縫8相同的平面中并且在進(jìn)入電子的位置處產(chǎn)生可測量的電信號，然后，該電信號可選地可由磷屏幕和攝像機21記錄，或作為例如延遲線或電阻陽極檢測器上的電脈沖。或者，在通過通向旋轉(zhuǎn)檢測器25的出口孔23離開半球區(qū)域之后，可進(jìn)一步分析一些能量選擇電子，特別是相對于其旋轉(zhuǎn)。在一種類型的旋轉(zhuǎn)檢測器中，將以接近于(負(fù))z方向的方向離開半球5的電子通過由第一透鏡系統(tǒng)、90度偏轉(zhuǎn)儀和第二透鏡系統(tǒng)組成的序列傳送至目標(biāo)上，在此之后，測量散開的電子的分布。一些儀器包括兩個這種旋轉(zhuǎn)檢測器，安裝有相對于彼此成90度的角度的偏轉(zhuǎn)儀(即，一個在(y，z)平面中彎曲，一個平行于(X，z)平面)，它們的入口孔位于半球的(y，z)對稱平面中，位于MCP檢測器的每側(cè)上的不同的徑向(y)位置處。
[0008]對于半球5之間的給定電場，一種特殊動能(叫做通過能量(Ep))的電子將撞擊MCP檢測器19的中心，并且，叫做能量窗的范圍將落在MCP的敏感區(qū)域內(nèi)。能量分布(dy/dE)與匕成反比，而能量窗與匕成正比。由此為了在能量分辨率和信息速度之間達(dá)到合適的折衷，通常必須將所發(fā)出的電子的動能Ek調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)耐ㄟ^能量。此能量調(diào)節(jié)由透鏡系統(tǒng)13執(zhí)行。這由一系列透鏡元件L1-L3組成，其是沿著光軸15布置的同心電極(圓柱體，截錐體，孔，等等)的形式，每個透鏡元件與電壓源連接。除了提供能量調(diào)節(jié)(加速或減速)以外，透鏡系統(tǒng)13還允許將樣本放在離半球5方便的距離處，并且，在本上下文中最重要的是，其可控制電子在半球的入口狹縫8的平面中的分布。該加速或減速由樣本11和半球入口 8之間的電勢差直接控制，而其他透鏡電壓用來控制電子分布?？梢詢煞N不同的模式操作透鏡系統(tǒng)13，分別叫做成像和角度分辨(角度)模式。在成像模式中，在發(fā)射點與入口狹縫8的平面中的(x，y)位置之間存在(對于一階的)點對點的對應(yīng)，不管與樣本11的離源角是多少。然后，入口狹縫8將選擇從樣本的具有與入口狹縫相同的形狀且由透鏡放大倍率給出的尺寸(即，通常在y方向上的窄范圍內(nèi))的區(qū)域發(fā)出的電子。在角度模式中，相反以這樣的方式布置透鏡電壓，即，使得以相同的角度(θχ，9y)對著透鏡軸線發(fā)出的電子聚焦至入口狹縫8的平面26中的相同的點(x，y)，如圖2所示，其中，以任意的單位和不同的比例繪制y和z軸。這里，最終位置是針對一階的，與起始位置無關(guān)，起始位置非常不重要。然后，由入口狹縫8接受的電子在y方向上具有窄范圍內(nèi)的離源角，由入口狹縫寬度和角分散(dy/d0y)限定，而沿X方向的不同離源角沿著入口狹縫8分布。然而，由于透鏡系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對稱性(dx/d θ χ = dy/d Θ y)，角分散在X和y方向上是相等的?？扇我膺x擇成像模式中的放大倍率和角度模式中的角分散，并且，通過根據(jù)預(yù)先計算的函數(shù)調(diào)節(jié)透鏡電壓，而在大范圍上保持恒定(按照Ek/Ep)。
[0009]給定通過能量下的半球5的能量分辨率受到入口狹縫8的寬度和電子束進(jìn)入半球時在徑向方向上的角展度的影響(即，展度是dy/dz)。對于入口狹縫8的每種尺寸均具有相應(yīng)的角展度，其給出強度和分辨率的最佳組合。對于窄的入口狹縫，即，高能量分辨率，相應(yīng)的角展度非常小，典型地為1-2度。通過將入口狹縫8和其前方一定距離的另一狹縫27 (在下文中，叫做孔狹縫)相組合來限定此角展度，如圖3所示。在沿著入口狹縫的方向上((X，z)平面)，從分辨率需求來說并沒有角度方面的這種限制。然而，由于相對于半球后方的中間(y，z)平面的出口角和相對于此平面相對的入口角(dx/dz)相同(見圖1中的中間平面中的軌跡和另一平面中的軌跡)，所以，旨在到達(dá)旋轉(zhuǎn)檢測器入口孔的那些電子的方向必須非常接近于z方向。
[0010]為了補償發(fā)出的樣本11的發(fā)射點相對于透鏡系統(tǒng)13的光軸15的不對準(zhǔn)性，通常將一個作用于X方向上的偏轉(zhuǎn)儀和一個作用于y方向上的偏轉(zhuǎn)儀集成在透鏡系統(tǒng)中。可將X和I偏轉(zhuǎn)儀沿著透鏡軸線15 —個接一個放置，但是，更通常地，將它們組合在四個電極的一個偏轉(zhuǎn)儀封裝29中，每個電極覆蓋接近于90度的方位角(見圖1)。
[0011]下面，將參考圖1討論根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的粒子光譜儀所具有的一些問題。為了方便，該討論將主要涉及透鏡系統(tǒng)13的角度分辨(角度)操作模式。然而，應(yīng)理解，大多數(shù)爭論在成像模式的映射中同樣存在。
[0012]有效地冷卻至非常低的溫度的需求意味著，樣本11必須與冷卻劑有著非常好的熱接觸，而且，有效地屏蔽熱輻射。這與以充分的自由度安裝在操縱器17上以覆蓋整個角范圍沖突。樣本11的機械運動還會帶來這樣的危險，即，發(fā)射面積或?qū)τ诠庾V儀的分析設(shè)備來說可見的面積變化，從而，也會意外地從樣本的不同部分獲得在不同角度下產(chǎn)生的光
-1'TfeP曰。
[0013]在一定程度上，可通過使用上述X偏轉(zhuǎn)儀和/或y偏轉(zhuǎn)儀來引導(dǎo)電子從軸外(成像模式中)開始或從不沿著透鏡系統(tǒng)13的光軸15的方向(角度模式中)開始到達(dá)入口狹縫8的中心，來避免移動樣本11。JP58200144A2中提出的方法在此主題上提供了一種變型。然而，任何這種方法的實際可用性是非常有限的，因為通過此技術(shù)到達(dá)入口狹縫8的中心的軌跡在一般情況下將相對于光軸15產(chǎn)生一定的角度。對于y方向上(與狹縫交叉)的偏轉(zhuǎn)，孔狹縫27和入口狹縫8的角度限定的組合將會使其停止，或者，使能量分辨率產(chǎn)生不可接受的損失。在X方向上(沿著狹縫)，僅有相對小的初始角范圍內(nèi)的軌跡將在旋轉(zhuǎn)檢測器系統(tǒng)接受的角范圍內(nèi)離開。如果目的是利用沿著入口狹縫8的整個分布，那么，典型地，甚至對于非常小的偏轉(zhuǎn)，也會出現(xiàn)使角比例嚴(yán)重扭曲的額外問題。
[0014]此外，可達(dá)到的角分辨率與透鏡系統(tǒng)13的角分散相關(guān)。這在y方向上可最清楚地看到，其中，該分辨率不會比由角分散所劃分的入口狹縫寬度更好。從此觀點看，通常希望能夠?qū)Υ蠓稚⑵鹱饔谩Ａ硪环矫?，可觀察到的范圍由(半球入口狹縫的長度)/(角分散)與透鏡前孔的接受程度中更小的一個限制。隨著分散的增加，由于半球入口狹縫的長度所引起的限制也可能很嚴(yán)重，并且，比透鏡的接受程度小得多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的一個目的是，解決或至少緩和一個或多個上述問題。
[0016]特別地，本發(fā)明的一個目的是，增加粒子光譜儀測量(例如，光電子光譜儀測量)中的能量分辨率。
[0017]通過一種用于決定與從粒子發(fā)出樣本發(fā)出的帶電粒子相關(guān)的至少一個參數(shù)(例如，與帶電粒子的能量、起始方向、起始位置或旋轉(zhuǎn)相關(guān)的參數(shù))的方法，來實現(xiàn)此目的和其他目的。該方法包括以下步驟:
[0018]-形成所述帶電粒子的粒子束，并通過具有基本上筆直的光軸的透鏡系統(tǒng)，在所述粒子發(fā)出樣本與測量區(qū)域的入口之間傳送所述粒子；
[0019]-在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使粒子束至少在垂直于透鏡系統(tǒng)的光軸的第一坐標(biāo)方向上偏轉(zhuǎn)；以及
[0020]-檢測所述帶電粒子在所述測量區(qū)域中的位置，該位置代表所述至少一個參數(shù)。
[0021]此外，該方法包括以下步驟:在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使粒子束至少在同一第一坐標(biāo)方向上至少第二次偏轉(zhuǎn)。
[0022]通過使粒子束在相同的坐標(biāo)方向上在粒子發(fā)出樣本與測量區(qū)域的入口之間偏轉(zhuǎn)兩次，可控制粒子束在測量區(qū)域的入口處的位置和方向。
[0023]優(yōu)選地，在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使粒子束在與透鏡系統(tǒng)的光軸垂直的兩個坐標(biāo)方向的每個方向上至少偏轉(zhuǎn)兩次。這意味著，給定三維笛卡爾坐標(biāo)系的z軸沿著透鏡系統(tǒng)的光軸，優(yōu)選地，在從粒子的觀點看位于測量區(qū)域的入口上游，使粒子束沿X和y方向的每個方向至少偏轉(zhuǎn)兩次。為了滿足四個條件(沿兩個正交方向的位置和方向)，在每個方向上需要至少兩個自由度。
[0024]該方法允許形成粒子束的粒子的角分布的預(yù)定部分通過測量區(qū)域的入口。優(yōu)選地，這樣控制粒子束的偏轉(zhuǎn)，使得，粒子的角分布的所述預(yù)定部分在基本上平行于透鏡系統(tǒng)的光軸的方向上通過測量區(qū)域的入口。為了分析粒子束的角分布的任意部分(不僅是位于沿著上述笛卡爾坐標(biāo)系的X或I軸的部分)，在粒子束進(jìn)入測量室之前，可能必須在X和I方向的每個方向上執(zhí)行兩次粒子束的偏轉(zhuǎn)。
[0025]在本發(fā)明的一個實施方式中，可能這樣控制第一次和至少第二次偏轉(zhuǎn)，即，使得，粒子的角分布的所述預(yù)定部分僅包括以預(yù)定起始方向(θχ(ι，9y0)或在預(yù)定范圍的起始方向內(nèi)從樣本發(fā)出的粒子。
[0026]由于該方法使得可能使在不平行于透鏡系統(tǒng)的光軸的方向上發(fā)出的粒子沿基本上平行于透鏡軸線的方向上進(jìn)入測量區(qū)域的入口，所以，消除了必須使樣本表面相對于其平行于透鏡軸線的法線以所需發(fā)射角定向的標(biāo)準(zhǔn)，這轉(zhuǎn)而減少了對移動測試樣本以達(dá)到此定向的需求。因此，本發(fā)明提出了一種新型的粒子束操縱，其在一定程度上消除了對測試樣本的物理操縱的需求。
[0027]特別地，所提出的粒子束操縱減少了對在上述三維笛卡爾坐標(biāo)系的X和y方向上傾斜并旋轉(zhuǎn)測試樣本的需求。
[0028]由于減少了對操縱器的復(fù)雜可移動性的需求，所以，可使用允許直接對測試樣本進(jìn)行冷卻的操縱器。如上所述，這對測試樣本提供了更有效的冷卻，轉(zhuǎn)而導(dǎo)致由光譜儀分析器獲得的測量中的能量分辨率增加。減少了對操縱器的復(fù)雜可移動性的需求可允許，將測試樣本直接附接在冷卻板上，允許將測試樣本冷卻至大約2K，通過根據(jù)本發(fā)明的光譜儀分析器，假設(shè)使用窄帶寬激勵源，那么，這產(chǎn)生大約0.7meV的能量分辨率。
[0029]除了隨著保持的角分辨率而增加能量分辨率的優(yōu)點以外，能夠以比具有提供測試樣本的復(fù)雜運動的操縱器的光譜儀更低的成本，制造包括能夠執(zhí)行上述方法的分析設(shè)備的粒子光譜儀。
[0030]此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種光譜儀中的測試樣本的復(fù)雜運動使得，難以連續(xù)地輻射以及由此分析出測試樣本的輪廓清晰的區(qū)域。由于本發(fā)明消除了對測試樣本的復(fù)雜運動的需求，所以，變得更容易輻射并分析測試樣本的輪廓清晰的目標(biāo)區(qū)域。特別地，在覆蓋立體角內(nèi)的所有方向的一長串測量的過程中，可將樣本位置保持不變，在許多情況中，該立體角足夠大，以至于能夠提供所有物理上相關(guān)的信息。
[0031]在測量區(qū)域中，靜電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，并且，由檢測設(shè)備檢測粒子在偏轉(zhuǎn)之后的位置。根據(jù)測量區(qū)域、測量區(qū)域的入口和檢測設(shè)備的設(shè)計不同，可從所檢測的位置中判斷與粒子相關(guān)的各種參數(shù)，例如，粒子的能量、起始方向或起始位置。優(yōu)選地，該檢測包括，檢測兩個維度上的粒子位置，其中一個維度基本上代表粒子的能量，另一個代表粒子沿著測量區(qū)域的進(jìn)入平面中的線的空間分布。由于粒子沿著進(jìn)入平面中的線(典型地，是狹縫形狀的入口的縱向方向)的空間分布提供與粒子的起始方向或起始位置相關(guān)的信息，所以，二維檢測設(shè)備使得，可能同時判斷粒子的能量和起始方向或起始位置。
[0032]在進(jìn)入測量區(qū)域時控制粒子束的位置和方向的能力的又一結(jié)果是，與粒子束在每個坐標(biāo)方向上偏轉(zhuǎn)一次的情況相比，對檢測可獲得更大的角范圍。此外，可通過所保持的強度和分辨率(能量和角度)來研究該更大的角范圍。在進(jìn)入測量區(qū)域時，在同一坐標(biāo)方向上使用兩次偏轉(zhuǎn)來控制粒子束的位置和方向使得，可能在使樣本不移動的情況下研究立體角中的角范圍，所述立體角基本上由透鏡前孔的允許角限定。實際上，這對于一組偏轉(zhuǎn)儀來說并不可能。
[0033]本發(fā)明還提供了一種分析設(shè)備，其用于確定與從粒子發(fā)出樣本發(fā)出的帶電粒子相關(guān)的至少一個參數(shù)，該分析設(shè)備能夠執(zhí)行上述方法。為此目的，分析設(shè)備包括測量區(qū)域，其具有允許帶電粒子進(jìn)入測量區(qū)域的入口 ；以及檢測設(shè)備，所述檢測設(shè)備用于檢測帶電粒子在測量區(qū)域中的位置，該位置表示所述至少一個參數(shù)。此外，分析設(shè)備包括透鏡系統(tǒng)，其具有基本上筆直的光軸，該透鏡系統(tǒng)可用來形成從樣本發(fā)出的帶電粒子的粒子束，并在樣本和測量區(qū)域的所述入口之間傳送粒子。分析設(shè)備進(jìn)一步包括偏轉(zhuǎn)設(shè)備，其包括第一偏轉(zhuǎn)儀和至少第二偏轉(zhuǎn)儀，第一偏轉(zhuǎn)儀用于，在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使粒子束至少在垂直于透鏡系統(tǒng)的光軸的第一坐標(biāo)方向上偏轉(zhuǎn)；第二偏轉(zhuǎn)儀可用來，在粒子束進(jìn)入測量區(qū)域之前，使得粒子束至少在相同的第一坐標(biāo)方向上至少進(jìn)行第二次偏轉(zhuǎn)。
[0034]優(yōu)選地，將該至少第二偏轉(zhuǎn)儀在沿著透鏡系統(tǒng)的光軸離第一偏轉(zhuǎn)儀一定距離處，布置在第一偏轉(zhuǎn)儀的下游。如從以上討論中理解的，第一和至少第二偏轉(zhuǎn)儀的組合效果是，控制粒子束的哪個部分進(jìn)入測量區(qū)域以及在哪個方向上進(jìn)入，這允許粒子束的所選擇的部分沿著透鏡軸線(即，透鏡系統(tǒng)的光軸)的方向進(jìn)入測量區(qū)域。
[0035]優(yōu)選地，將偏轉(zhuǎn)設(shè)備集成在分析設(shè)備的透鏡系統(tǒng)中，這意味著，透鏡系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)設(shè)備形成一個整體部分。這使分析器具有緊湊的設(shè)計，并減少了其中的單獨的部分的數(shù)量。然而，也可將偏轉(zhuǎn)設(shè)備布置在分析器的透鏡系統(tǒng)的上游或下游，布置在透鏡系統(tǒng)的兩個透鏡之間，或者，使至少兩個偏轉(zhuǎn)儀相對于透鏡系統(tǒng)位于不同的位置處。
[0036]由于以上討論的原因，優(yōu)選地，在粒子束的粒子通過測量區(qū)域的入口之前，偏轉(zhuǎn)設(shè)備可用來使粒子束在每個垂直于透鏡系統(tǒng)的光軸的坐標(biāo)方向(即，X和y方向)上偏轉(zhuǎn)兩次。
[0037]為此目的，偏轉(zhuǎn)設(shè)備可能包括例如四個偏轉(zhuǎn)儀，其中兩個可用來使粒子束在X方向上偏轉(zhuǎn)，另兩個可用來使粒子束在I方向上偏轉(zhuǎn)。
[0038]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，偏轉(zhuǎn)設(shè)備包括兩個偏轉(zhuǎn)儀封裝，每個可用來使粒子束在X和y方向上偏轉(zhuǎn)。為此目的，每個偏轉(zhuǎn)儀封裝可能包括兩個電極對，當(dāng)在相應(yīng)對的電極之間施加電壓時，其可用來產(chǎn)生電場的兩個垂直分量。優(yōu)選地，將每個偏轉(zhuǎn)儀封裝的四個電極布置在基本上四極對稱的結(jié)構(gòu)中。
[0039]分析設(shè)備進(jìn)一步包括控制單元，其用于通過對偏轉(zhuǎn)設(shè)備的電極施加可控電壓，來控制粒子束的偏轉(zhuǎn)。
[0040]可能將控制單元構(gòu)造為，通過根據(jù)預(yù)先計算的函數(shù)施加偏轉(zhuǎn)電壓，來確定從樣本發(fā)出的粒子的具體起始方向，該樣本沿著透鏡系統(tǒng)的光軸進(jìn)入測量區(qū)域。
[0041]在一種應(yīng)用中，將以這樣的方式掃描電壓，使得，用測量系統(tǒng)連續(xù)地記錄y方向上的一系列起始角度ey。對于每個0y，記錄由測量區(qū)域的入口的狹縫長度限制的X方向上的一定范圍的角度θχ，從而，對由檢測系統(tǒng)限定的窗內(nèi)的每個能量，提供角分布的二維圖像。在這種角度掃描的過程中，典型地，將X方向上的偏轉(zhuǎn)保持恒定，在矩形區(qū)域(θχ，ey)上提供圖像。如果在高角分散下操作透鏡，那么，可將這種在X方向上具有不同偏轉(zhuǎn)的許多掃描組合，以在透鏡前孔的整個角度接受范圍上給出完整的圖像。為了覆蓋比檢測器的能量窗大的能量范圍，也可掃描樣本和測量區(qū)域之間的加速/減速電壓。此應(yīng)用是可用的，但是，不限于例如ARPES測量(角分辨光電子能譜學(xué))。
[0042]在另一種應(yīng)用中，將用控制單元設(shè)置偏轉(zhuǎn)儀電壓，使得，在一個所選方向(θχ。，0yO)周圍的窄立體角內(nèi)發(fā)出的粒子，將沿著透鏡的光軸進(jìn)入測量區(qū)域，然后，允許窄能量范圍內(nèi)的具有此具體初始方向的能量分析粒子進(jìn)入旋轉(zhuǎn)檢測器。
[0043]在兩種情況中，控制單元將根據(jù)預(yù)先計算的函數(shù)來改變透鏡和偏轉(zhuǎn)電極上的電壓，以保持透鏡的聚焦和分散特性并提供所需的偏轉(zhuǎn)角。
[0044]在本發(fā)明的另一實施方式中，使四極對稱的電壓疊加在至少一個偏轉(zhuǎn)儀封裝中的偏轉(zhuǎn)儀電壓上。這種電壓可在一個平面中提供聚焦，并在正交的平面中提供散焦，并且，可施加電壓以減少角度圖中的扭曲。
[0045]如以上簡要地討論的，典型地，將分析器的檢測設(shè)備布置為，在使粒子在測量區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)之后，檢測帶電粒子的位置。粒子的偏轉(zhuǎn)大小取決于粒子的動能，因此，粒子在某一方向上檢測到的位置表示粒子能量。如以上還提到的，優(yōu)選地，檢測設(shè)備能夠檢測帶電粒子在測量區(qū)域中的二維位置，以確定粒子的能量和起始方向或起始位置。為此目的，例如，檢測設(shè)備可能包括多通道電子倍增板(MCP)，其在進(jìn)入粒子的位置處產(chǎn)生可測量的電信號，然后，該電信號可選地可由磷屏幕和攝像機記錄，或作為例如延遲線或電阻陽極檢測器上的電脈沖。
[0046]優(yōu)選地，在半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的粒子光譜儀(例如，如在【背景技術(shù)】部分中描述的半球形光電子光譜儀)中使用該分析設(shè)備。在此情況中，測量區(qū)域由此可能包括相對于上述坐標(biāo)系的(y，z)平面對稱的兩個同心半球。可將該兩個同心半球安裝在底板上，并且，它們具有施加在其之間的靜電場。以接近于垂直于底板的方向進(jìn)入半球之間的區(qū)域的粒子，由該靜電場偏轉(zhuǎn)，并且，那些具有由偏轉(zhuǎn)場限定的一定范圍內(nèi)的動能的電子將在已經(jīng)通過半圓之后到達(dá)檢測設(shè)備。在此實施方式中，測量區(qū)域的入口(即，進(jìn)入半球的入口)典型地是沿著X方向的狹縫，其允許能夠在兩個維度上檢測的檢測設(shè)備同時給出與能量分布和沿著入口狹縫的分布相關(guān)的信息，后者表示粒子的起始方向或起始位置，取決于透鏡設(shè)備的操作模式。
[0047]在本發(fā)明的一個改進(jìn)的實施方式中，分析設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)檢測器。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)檢測器中，僅接受在其入口透鏡的軸線周圍在窄角范圍內(nèi)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)檢測器的電子。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光譜儀中，這意味著，電子也必須平行于光譜儀透鏡軸線的方向離開樣本。所提出的取代操縱測試樣本或除了操縱測試樣本以外還操縱電子束的原理的又一優(yōu)點是，可使在透鏡系統(tǒng)的接受范圍內(nèi)的任何方向從樣本發(fā)出的電子能夠沿著旋轉(zhuǎn)檢測器入口透鏡的方向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)檢測器。
[0048]本發(fā)明還提供了一種粒子光譜儀，例如，光電子光譜儀，其包括如上所述的分析設(shè)備。在一個優(yōu)選實施方式中，粒子光譜儀是半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀，如以上在【背景技術(shù)】部分中描述的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]從下文中提供的詳細(xì)描述和僅通過圖示給出的附圖，本發(fā)明將變得更充分理解。在不同的圖中，相同的參考數(shù)字相當(dāng)于相同的元件。
[0050]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀。
[0051]圖2示出了通過圖1所示的光電子光譜儀的透鏡系統(tǒng)的粒子軌跡。
[0052]圖3示出了圖1所示的光電子光譜儀的測量區(qū)域的孔狹縫和入口狹縫。
[0053]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個代表性實施方式的半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀。
[0054]圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個代表性實施方式的分析設(shè)備的兩個偏轉(zhuǎn)儀封裝的端視圖。
[0055]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個代表性實施方式的分析設(shè)備的部分。
[0056]圖7示出了可施加至圖5A和圖5B所示的偏轉(zhuǎn)儀封裝的電極的偏轉(zhuǎn)儀電壓的代表性方式。
[0057]圖8A和圖SB分別示出了在沒有和具有所施加的偏轉(zhuǎn)儀電勢的情況下通過根據(jù)本發(fā)明的分析設(shè)備的透鏡系統(tǒng)的粒子軌跡。
[0058]圖9A至圖9C示出了根據(jù)本發(fā)明的原理如何使所發(fā)出的粒子的角分布的所選部分偏轉(zhuǎn)。
【具體實施方式】
[0059]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個代表性實施方式的粒子光譜儀30。除了下文中描述的差異以外，粒子光譜儀30的部件和功能與參考圖1至圖3在【背景技術(shù)】部分中描述的、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀I的部件和功能相同。對與圖1至圖3中的元件相應(yīng)的圖4所示的元件提供相同的參考數(shù)字，并且，省略其進(jìn)一步的描述。
[0060]因此，粒子光譜儀30是半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀，其包括適合于分析從粒子發(fā)出樣本11發(fā)出的帶電粒子的能量和起始方向或起始位置的分析設(shè)備。
[0061]如圖4所示，分析設(shè)備包括偏轉(zhuǎn)設(shè)備31，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備包括第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’。根據(jù)在【背景技術(shù)】部分中描述的圖1的單個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，來設(shè)計并構(gòu)造第一和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝。
[0062]同時參考分別示出了第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’的端視圖的圖5A和圖5B，這意味著，第一和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝中的每個均包括四個電極33A-33D，33A’ -33D’，每個電極均覆蓋接近于90度的方位角。每個偏轉(zhuǎn)儀封裝中的兩個相對布置的電極形成電極對33A/33C、33B/33D、33A’/33C’、33B’/33D’，所述電極對可用來通過施加偏轉(zhuǎn)儀電壓Vx，Vy，而在其之間產(chǎn)生電場，因此，可用來使在偏轉(zhuǎn)儀封裝的電極之間通過的帶電粒子在一個坐標(biāo)方向上偏轉(zhuǎn)。因此，每個這種電極對形成用于使帶電粒子在一個坐標(biāo)方向上偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)儀。
[0063]假設(shè)三維笛卡爾坐標(biāo)系的z軸沿著透鏡系統(tǒng)13的光軸15，并且，半球5相對于(y, z)平面對稱，那么，將每個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’的一個電極對33A/33C，33A’ /33C’布置為使帶電粒子在X方向上偏轉(zhuǎn)，并且，將每個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’的另一電極對33B/33D、33B’ /33D’布置為，使帶電粒子在y方向上偏轉(zhuǎn)。布置為使帶電粒子在x方向上偏轉(zhuǎn)的電極對在下文中有時將叫做X偏轉(zhuǎn)儀，并且，布置為使帶電粒子在y方向上偏轉(zhuǎn)的電極對在下文中有時將叫做y偏轉(zhuǎn)儀。
[0064]如圖6所示，示出了分析設(shè)備的部分的更詳細(xì)的視圖，用控制單元35控制施加至偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’的電極33A-33D，33A’ -33D’的偏轉(zhuǎn)儀電壓。還可將相同的控制單元35構(gòu)造為，控制施加至多個同心電極的透鏡電壓，所述多個同心電極組成透鏡系統(tǒng)13的透鏡L1-L3。
[0065]可用控制單元35獨立地控制在偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的每個電極對33A/33C，33B/33D，33八’/33(:’，338’/330’之間施加的偏轉(zhuǎn)儀電壓￥!￡^的符號和大小。如圖5A和圖5B所示，用Vxl表示第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29中的X偏轉(zhuǎn)儀33A/33C的偏轉(zhuǎn)儀電壓，并用Vx2表示第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’中的X偏轉(zhuǎn)儀33A’ /33C’的偏轉(zhuǎn)儀電壓。類似地，分別用Vyl和Vy2表示第一偏轉(zhuǎn)儀封裝和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝中的y偏轉(zhuǎn)儀33B/33D，33B’ /33D’的偏轉(zhuǎn)儀電壓。
[0066]因此，將每 個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’中的偏轉(zhuǎn)儀電極33A_33D，33A’ -33D’這樣布置，使得，在一對相對的電極33A/33C，33A’/33C’之間施加的電壓Λ Vx僅在χ方向上提供偏轉(zhuǎn)，并且，正交的一對33B/33D，33B’ /33D’之間的電壓Λ Vy僅在y方向上提供偏轉(zhuǎn)。然后，可通過施加用于χ和y方向上的偏轉(zhuǎn)的電壓組合，來實現(xiàn)任何所需的偏轉(zhuǎn)(Λχ’，Ay’)。通過施加至偏轉(zhuǎn)儀電極的電壓的適當(dāng)組合，對于帶電粒子進(jìn)入透鏡系統(tǒng)13的進(jìn)入角的任何組合，可能同時實現(xiàn):從偏轉(zhuǎn)儀區(qū)域的離開方向(即，當(dāng)已經(jīng)通過偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的最后一個偏轉(zhuǎn)儀時帶電粒子的方向)與透鏡軸線15平行，并且，沿著此軸線離開。這意味著，位于偏轉(zhuǎn)設(shè)備31之后(即，從粒子的觀點看，位于偏轉(zhuǎn)設(shè)備下游)的透鏡系統(tǒng)13的部分基本上不會改變該具體方向的軌跡。
[0067]如圖7所示，可使四極對稱的電壓\疊加在施加至偏轉(zhuǎn)儀封裝的電極的偏轉(zhuǎn)儀電壓Vx，Vy上。雖然圖7僅示出了第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29，但是，應(yīng)理解，可使四極對稱的電壓V,疊加在第一 29偏轉(zhuǎn)儀封裝和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’中的任何一個或兩個中的偏轉(zhuǎn)儀電壓上。這些疊加的電壓V,也由控制單元35控制，以在一個平面中實現(xiàn)聚焦，并在正交平面中實現(xiàn)散焦，從而減少角度圖中的扭曲。
[0068]圖8A和圖SB分別是示出了，在透鏡系統(tǒng)13的角度操作模式的過程中，在沒有和具有施加至第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’的偏轉(zhuǎn)儀電勢AVX，AVy的情況下，對于來自于粒子發(fā)出樣本11 (在所示坐標(biāo)系中，位于ζ = 0,且在y = O周圍具有小延伸)的帶電粒子的不同起始方向，通過透鏡系統(tǒng)13的一些軌跡在(y，z)平面中的投影的圖示。該圖的豎直軸線示出了之前討論的三維坐標(biāo)系的y坐標(biāo)，水平軸線示出了在同一坐標(biāo)系的Z方向上離樣本的距離，即，沿著透鏡系統(tǒng)13的光軸15離樣本的距離。以任意單位和不同比例繪制該軸線。用連續(xù)線示出的軌跡是從樣本11相對于透鏡系統(tǒng)的光軸15以O(shè)度的離源角發(fā)出的粒子的軌跡，而用虛線和虛點線示出的軌跡分別示出了 4和8度的離源角的相應(yīng)軌跡。
[0069]圖8A示出了在對偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’不施加偏轉(zhuǎn)儀電壓的情況下當(dāng)在角度模式中操作透鏡系統(tǒng)13時的軌跡。將引導(dǎo)在透鏡軸線15上發(fā)出的粒子在不同透鏡Ll-L3(見圖4和圖6)的影響下通過透鏡系統(tǒng)到達(dá)入口狹縫8的平面26的中心。將使相對于透鏡軸線以其他角度(θχ，9y)發(fā)出的粒子聚焦至入口狹縫平面26上的其他限定位置。
[0070]圖8B示出了在施加偏轉(zhuǎn)儀電壓Vx，Vy的情況下當(dāng)在角度模式中操作透鏡系統(tǒng)13時的軌跡。在此代表性實施方式中，這樣控制施加至偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’的電極33A-33D，33A’-33D’的偏轉(zhuǎn)儀電壓，使得，將粒子的角分布的一部分(即，包括相對于透鏡軸線15以8度的離源角發(fā)射的粒子的部分)引導(dǎo)至入口狹縫8的平面的中心，在那里，所述粒子在透鏡軸線15的方向上進(jìn)入測量區(qū)域3。將使相對于透鏡軸線以其他角度(θ χ，Θ y)發(fā)出的粒子聚焦至入口狹縫平面上的其他限定位置。
[0071]在此代表性實施方式中，第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29將粒子軌跡“向下”彎曲，而第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’以這樣的方式在相反的方向上彎曲，使得，所選擇的軌跡逐漸接近透鏡軸線15。以其他方向開始的軌跡將在均基本移動了相同量的位置處離開透鏡系統(tǒng)，將分散保持為與沒有偏轉(zhuǎn)時基本上相同。
[0072]圖9A至圖9C還示出了如何用這里描述的發(fā)明性概念使所發(fā)出的粒子的角分布的所選部分A，B偏轉(zhuǎn)，以使得所選部分在基本上平行于透鏡設(shè)備的光軸15的方向上進(jìn)入測量區(qū)域3的入口 8，不管距樣本11的離源角θχ，0丨是多少。圖9Α和圖9Β示出了粒子束的角分布，用參考數(shù)字39表示，并且圖9C示出了粒子束偏轉(zhuǎn)之后映射在半球入口平面26上的這些角分布。
[0073]圖9Α和圖9C共同示出了粒子束的角分布的部分A的期望偏轉(zhuǎn)，圖9Β和圖9C共同示出了粒子束的角分布的部分B的期望偏轉(zhuǎn)，部分A和B包括被選擇為在測量區(qū)域3中針對例如其能量、起始方向、起始位置或旋轉(zhuǎn)而分析的粒子。根據(jù)圖8Β所示的實例，在一個坐標(biāo)方向(y方向)上的兩次偏轉(zhuǎn)足以使由圖9Α中的豎直虛線限制的條帶內(nèi)的角分布的任何所選部分A在基本上平行于透鏡軸線15的方向上進(jìn)入測量區(qū)域，而需要在垂直于透鏡軸線15的兩個坐標(biāo)方向(即，χ和y方向)中的每個方向上有兩次偏轉(zhuǎn)，以使由圖9B中的豎直虛線限制的條帶內(nèi)的角分布的任何所選部分B在基本上平行于透鏡軸線的方向上進(jìn)入測量區(qū)域。如果將電壓\設(shè)置為使得具有固定起始方向θ x古O的軌跡以χ = O且dx/dz=O離開,而改變電壓Vy以使得連續(xù)的方向θ y以y = O且dy/dz = O離開,那么，可使圖9B中的豎直虛線之間的角分布的任何所選部分(其中心在(θ χ，Θ y))進(jìn)入測量區(qū)域。
[0074]再次參考圖6，將第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’同心地布置在透鏡系統(tǒng)13的光軸15周圍，隔開一定距離，使得帶電粒子在它們位于粒子發(fā)出樣本11和測量區(qū)域3的入口 8之間的路上，在偏轉(zhuǎn)儀封裝的電極對33A/33C，33B/33D，33A’/33C’，33B’/33D’之間通過。對于不同的應(yīng)用，透鏡設(shè)備13中的透鏡元件的數(shù)量和/或整個透鏡設(shè)備13(包括集成的偏轉(zhuǎn)設(shè)備31)的長度會充分變化，因為不同的應(yīng)用可能需要各個透鏡元件L1，L2，L3的不同組合。優(yōu)選地，與離所述透鏡元件L2的一端大約一個透鏡元件半徑相比，偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的所有偏轉(zhuǎn)儀都不應(yīng)位于更靠近透鏡元件L2的端部的地方，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備布置在透鏡元件L2的內(nèi)部。此外,第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’之間的距離優(yōu)選地應(yīng)至少是偏轉(zhuǎn)儀封裝布置于其內(nèi)部的透鏡元件L2的半徑。因此，當(dāng)將第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’布置在具有一定透鏡元件半徑的相同透鏡元件L2內(nèi)時，優(yōu)選地，第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29位于離透鏡元件L2的前部至少一個透鏡元件半徑的距離的地方，并且，優(yōu)選地，第二偏轉(zhuǎn)儀封裝29’位于離第一偏轉(zhuǎn)儀封裝29和透鏡元件L2的端部兩者至少一個透鏡元件半徑的距離的地方。這是為了避免第一偏轉(zhuǎn)儀封裝和第二偏轉(zhuǎn)儀封裝之間的靜電勢串?dāng)_，以及為了在進(jìn)入下一個偏轉(zhuǎn)儀之前給帶電粒子一些時間來改變其方向。
[0075]此外，優(yōu)選地，使偏轉(zhuǎn)設(shè)備31 的偏轉(zhuǎn)儀 33A/33C，33B/33D，33A’ /33C’，33B’ /33D’相對于透鏡設(shè)備13的透鏡元件L1-L3布置成使得，包含偏轉(zhuǎn)電極及其分隔的區(qū)域基本上沒有除由偏轉(zhuǎn)電極本身產(chǎn)生的那些電場以外的電場。為此目的，如圖5A和圖5B所示，優(yōu)選地，將偏轉(zhuǎn)儀電極33A-33D，33A’ -33D’布置在圓柱管41，41’內(nèi)，其電勢指的是此管的電勢。因此，在偏轉(zhuǎn)設(shè)備31包括兩個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’的優(yōu)選實施方式中，每個偏轉(zhuǎn)儀封裝均包括四個電極33A-33D，33A’ -33D’，每個偏轉(zhuǎn)儀封裝的電極形成具有四倍旋轉(zhuǎn)對稱性的圓柱形部分，以形成基本上圓柱形形狀的偏轉(zhuǎn)儀封裝，將該圓柱形偏轉(zhuǎn)儀封裝布置在外圓柱管41，41，內(nèi)。
[0076]雖然在圖中所示的代表性實施方式中，偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的偏轉(zhuǎn)儀33A/33C，33B/33D，33A’ /33C’，33B’ /33D’集成在透鏡系統(tǒng)13中，但是應(yīng)理解的是，也可將所述偏轉(zhuǎn)儀相對于透鏡系統(tǒng)13及其各自的透鏡元件L1-L3以其他的方式布置。例如，可將偏轉(zhuǎn)設(shè)備31及其所有偏轉(zhuǎn)儀放置在樣本11和透鏡系統(tǒng)13的前部之間的“上游位置”中或放置在透鏡系統(tǒng)13的出口和半球5的入口狹縫8之間的“下游位置”中。在一些情況中在其進(jìn)一步使偏轉(zhuǎn)和透鏡作用分離的范圍內(nèi)，這種布置可能是有利的。例如，對于完全專用于一次觀察一個方向的系統(tǒng)(例如，專用的旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng))來說，偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的上游位置可允許比集成解決方案更大的角范圍。然而，對于正常應(yīng)用，樣本11和透鏡設(shè)備13之間的增加的距離將導(dǎo)致角度接受程度的不利的減小。對于偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的下游位置，最后作用的透鏡元件L3和測量區(qū)域3的入口狹縫8之間的增加的距離將減小分散的靈活性和能量范圍。
[0077]因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，將偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的偏轉(zhuǎn)儀33A/33C，33B/33D，33A’ /33C’，33B’ /33D’相對于透鏡設(shè)備13的各個透鏡元件L1-L3布置成使得，至少一個透鏡在粒子束第一次偏轉(zhuǎn)之前作用于粒子束上，并且，至少一個透鏡在粒子束最后一次偏轉(zhuǎn)之后作用于粒子束上。而且，優(yōu)選地，將偏轉(zhuǎn)設(shè)備31的所有偏轉(zhuǎn)儀布置在透鏡系統(tǒng)13的同一透鏡元件L2內(nèi)，這意味著，偏轉(zhuǎn)設(shè)備的所有偏轉(zhuǎn)儀由相同的電勢包圍。其有利之處在于，其便于對所需的偏轉(zhuǎn)儀電壓和透鏡電壓的控制，使粒子束的角分布的期望部分平行于透鏡軸線15通過測量區(qū)域3的入口 8。
[0078]如上所述，在一個優(yōu)選設(shè)計中，將偏轉(zhuǎn)電極的形狀構(gòu)造為，封裝在具有四倍旋轉(zhuǎn)對稱性的兩個偏轉(zhuǎn)儀封裝29，29’內(nèi)的圓柱形部分，并且，這兩個偏轉(zhuǎn)儀封裝在橫截面和長度上都相同。然而，應(yīng)理解，這些特征對分析設(shè)備的操作來說都不是本質(zhì)的?？煽紤]平面的或其他形狀的電極，并且，其可具有例如減少角度圖案的扭曲的優(yōu)點。在至少一個封裝中布置8(或4n)個極也是可能的。從實踐的觀點看，相對于(x，z)和(y，z)平面的反射對稱性是非常需要的，但是，并不是嚴(yán)格必須的。 [0079] 還應(yīng)理解，本發(fā)明不限于上述實施方式，而是可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定與從粒子發(fā)出樣本(11)發(fā)出的帶電粒子相關(guān)的至少一個參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟: -形成所述帶電粒子的粒子束并通過透鏡系統(tǒng)(13)在所述粒子發(fā)出樣本(11)與測量區(qū)域(3)的入口(8)之間傳送所述粒子，所述透鏡系統(tǒng)具有基本筆直的光軸(15)； -在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域之前，使所述粒子束在垂直于所述透鏡系統(tǒng)的光軸的至少第一坐標(biāo)方向U，y)上偏轉(zhuǎn)；以及 -檢測所述帶電粒子在所述測量區(qū)域中的位置，所述位置表示所述至少一個參數(shù)，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟:在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域中之前，使所述粒子束在同一至少第一坐標(biāo)方向(x，y)上至少第二次偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的方法，其中，通過第一偏轉(zhuǎn)儀(33A/33C，33B/33D)來實現(xiàn)所述粒子束的第一次偏轉(zhuǎn)，并且，通過至少第二偏轉(zhuǎn)儀(33A’ /33C’，33B’ /33D’ )來實現(xiàn)所述粒子束的至少第二次偏轉(zhuǎn)，將所述第二偏轉(zhuǎn)儀沿著所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)布置在所述第一偏轉(zhuǎn)儀的下游一定距離處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域(3)中之前，使所述粒子束在與所述第一坐標(biāo)方向(X)和所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)垂直的第二坐標(biāo)方向(y)上也至少偏轉(zhuǎn)兩次。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述粒子束的所有偏轉(zhuǎn)都發(fā)生在所述透鏡系統(tǒng)(13)內(nèi)，這意味著在所述粒子束的第一次偏轉(zhuǎn)之前至少一個透鏡(LI)作用于所述粒子上，并且在所述粒子束的最后一次偏轉(zhuǎn)之后至少一個透鏡(L3)作用于所述粒子上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，通過偏轉(zhuǎn)儀封裝(29)來實現(xiàn)所述粒子束的至少一次偏轉(zhuǎn)，所述偏轉(zhuǎn)儀封裝包括布置在基本上四極對稱的結(jié)構(gòu)中的四個電極(33A-33D)，其中，所述四個電極形成兩個電極對(33A/33C，33B/33D)，所述兩個電極對在相應(yīng)的坐標(biāo)方向U，y)上用作偏轉(zhuǎn)儀，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟: -在所述偏轉(zhuǎn)儀封裝(29)的兩個電極對中的一個電極對(33A/33C)之間施加第一偏轉(zhuǎn)儀電壓(Vx); -在所述偏轉(zhuǎn)儀封裝(29)的另一電極對(33B/33D)之間施加第二偏轉(zhuǎn)儀電壓(Vy)，以及 -對所述偏轉(zhuǎn)儀封裝(29)的電極(33A-33D)施加四極對稱的電壓(土Vq)，疊加在所述偏轉(zhuǎn)電壓(Vx，Vy)上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:控制所述粒子束的偏轉(zhuǎn)，使得形成所述粒子束的粒子的角分布(39)的預(yù)定部分(A，B)通過所述測量區(qū)域(3)的入口 8。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:控制所述粒子束的偏轉(zhuǎn)，使得所述粒子的角分布的所述預(yù)定部分(A，B)在基本上平行于所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)的方向上通過所述測量區(qū)域(3)的入口(8)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述至少一個參數(shù)涉及以下至少一個: -所述帶電粒子的能量；-所述帶電粒子的起始方向； -所述帶電粒子的起始位置；以及 -所述帶電粒子的旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，檢測所述帶電粒子的位置的步驟包括，檢測兩個維度中的位置，其中一個表示所述粒子的能量，另一個表示所述粒子的起始方向或起始位置。
10.一種用于確定與從粒子發(fā)出樣本(11)發(fā)出的帶電粒子相關(guān)的至少一個參數(shù)的分析設(shè)備，包括: -測量區(qū)域(3)，所述測量區(qū)域具有允許所述粒子進(jìn)入所述測量區(qū)域的入口(8)； -透鏡系統(tǒng)(13)，所述透鏡系統(tǒng)用于形成所述帶電粒子的粒子束并在所述粒子發(fā)出樣本與所述測量區(qū)域的入口之間傳送所述粒子，所述透鏡系統(tǒng)具有基本筆直的光軸(15)； -偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備包括第一偏轉(zhuǎn)儀(33A/33C，33B/33D)，所述第一偏轉(zhuǎn)儀用于在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域之前，引起所述粒子束在與所述透鏡系統(tǒng)的光軸垂直的至少第一坐標(biāo)方向U，y)上偏轉(zhuǎn)，以及 -檢測設(shè)備(9)，所述檢測設(shè)備用于檢測所述帶電粒子在所述測量區(qū)域中的位置，所述位置表示所述至少一個參數(shù)， 其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)進(jìn)一步包括至少第二偏轉(zhuǎn)儀(33A’ /33C’，33B’/33D’)，所述第二偏轉(zhuǎn)儀能用于在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域(3)之前引起所述粒子束在相同的至少第一坐標(biāo)方向(x，y)上至少第二次偏轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析設(shè)備，其中，所述第二偏轉(zhuǎn)儀(33A’/33C’，33B’/33D’)沿著所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)布置在所述第一偏轉(zhuǎn)儀(33A/33C，33B/33D)的下游一定距離處。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的分析設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)能用于在所述粒子束進(jìn)入所述測量區(qū)域(3)之前，引起所述粒子束在與所述第一坐標(biāo)方向(X)和所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)垂直的第二坐標(biāo)方向(y)上也至少偏轉(zhuǎn)兩次。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分析設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)包括至少一個偏轉(zhuǎn)儀封裝(29)，所述偏轉(zhuǎn)儀封裝包括布置在基本上四極對稱的結(jié)構(gòu)中的四個電極(33A-33D)，其中，所述偏轉(zhuǎn)儀封裝的所述四個電極形成兩個電極對(33A/33C，33B/33D)，所述兩個電極對在所述第一坐標(biāo)方向(X)和所述第二坐標(biāo)方向(y)的相應(yīng)坐標(biāo)方向中用作偏轉(zhuǎn)儀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的分析設(shè)備，進(jìn)一步包括控制單元(35)，所述控制單元構(gòu)造為,對每個電極33A-33D施加單獨的電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的分析設(shè)備，其中，這樣布置所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)和所述透鏡系統(tǒng)(13)，使得，所述透鏡系統(tǒng)的至少一個透鏡元件(LI)定位在所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備的所有偏轉(zhuǎn)儀(33A/33C，33B/33D，33A，/33C’，33B’ /33D’ )的上游，并且，所述透鏡系統(tǒng)的至少一個另一透鏡元件(L3)定位在所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備的所有偏轉(zhuǎn)儀的下游。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項所述的分析設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)的所有偏轉(zhuǎn)儀(33A/33C，33B/33D，33A’/33C’，33B’/33D，)布置在所述透鏡設(shè)備(13)的相同透鏡元件(L2)內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項所述的分析設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)形成所述透鏡系統(tǒng)(13)的組成部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項所述的分析設(shè)備，進(jìn)一步包括控制單元(35)，所述控制單元能用來引起偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)使所述粒子束偏轉(zhuǎn)，使得形成所述粒子束的粒子的角分布(39)的預(yù)定部分(A，B)通過所述測量區(qū)域(3)的入口(8)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的分析設(shè)備，其中，所述控制單元(35)能用來引起所述偏轉(zhuǎn)設(shè)備(31)使所述粒子束偏轉(zhuǎn)，使得所述粒子的角分布(39)的所述預(yù)定部分(A，B)在基本上平行于所述透鏡系統(tǒng)(13)的光軸(15)的方向上通過所述測量區(qū)域(3)的入口(8)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10至19中任一項所述的分析設(shè)備，其中，所述檢測設(shè)備(9)構(gòu)造為，確定所述帶電粒子在兩個維度上的位置，其中一個表示所述粒子的能量，另一個表示所述粒子的起始方向或起始位置。
21.一種用于分析粒子發(fā)出樣本(11)的粒子光譜儀，其特征在于，所述粒子光譜儀包括根據(jù)權(quán)利要求10至20中任一項所述的分析設(shè)備。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的粒子光譜儀，所述粒子光譜儀是半球形偏轉(zhuǎn)儀類型的光電子光譜儀 (30)。
【文檔編號】H01J37/05GK104040681SQ201280065644
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月6日
【發(fā)明者】比約恩·萬貝里 申請人:維技盛達(dá)有限公司