Filtro de energía por imágenes para partículas cargadas eléctricamente y espectroscopio que incluye el mismo.

Filtro de energía por imágenes para partículas eléctricamente cargadas,

con un analizador de energía toroidal (30), preferentemente con un analizador hemisférico, con un plano de entrada y un plano de salida, caracterizado por un elemento de reflexión (2) para partículas cargadas eléctricamente dispuesto de tal manera que las partículas cargadas que abandonan el analizador de energía toroidal (30) a través del plano de salida son reflejadas mediante el elemento de reflexión (2) de regreso al analizador de energía toroidal (30), de manera que las partículas cargadas atraviesen en sentido de marcha inverso una vez más el analizador de energía toroidal (30).

Filtro de energía por imágenes para partículas cargadas eléctricamente y espectroscopio que incluye el mismo La presente invención se refiere a un filtro de energía por imágenes para partículas cargadas eléctricamente y un espectroscopio con un filtro de energía de este tipo.

Los filtros de energía se usan para determinar la energía de partículas cargadas, por ejemplo electrones.

Para analizar materiales, en la espectroscopía electrónica se excitan los electrones del material a investigar. Ello es posible realizar, por ejemplo, por medio de electrones irradiados, pero también mediante rayos X o radiación ultravioleta.

A continuación se mide la energía cinética de los electrones. Para ello se usa un espectrómetro de electrones mediante el cual es posible determinar el número de electrones excitados con una energía cinética determinada.

Los filtros de energía por imágenes para partículas cargadas eléctricamente se conocen, por ejemplo, por el documento EP 1 559 126.

Este filtro de energía se basa en un analizador hemisférico. El analizador hemisférico se compone de dos hemisferios metálicos. Una tiene forma cóncava mientras la otra está conformada convexa. Los centros de curvatura de ambos hemisferios son coincidentes. A los hemisferios se le conectan diferentes voltajes, de manera que entre ambos hemisferios se produzca un campo eléctrico. Los electrones cuya energía debe ser filtrada pueden ahora ser inyectados a través de una brecha entre ambos hemisferios. Los electrones con una energía cinética que se encuentra en un intervalo de energía estrecho (también denominada energía de paso) pueden atravesar el analizador completamente y llegar a un detector dispuesto detrás de la superficie de salida. Los electrones de energía demasiada elevada impactarán sobre el hemisferio exterior, mientras que los electrones de energía demasiado baja impactarán sobre el hemisferio interior.

En una primera aproximación, el analizador hemisférico es enfocante, es decir que los electrones con la misma energía son enfocados en el analizador hemisférico, independientemente de su ángulo de incidencia exacto en el diafragma de salida, casi en el mismo punto en la abertura de salida. Consecuentemente, a la salida del analizador hemisférico se pueden detectar electrones de una determinada energía. Mediante el cambio del campo eléctrico entre el hemisferio interior y el hemisferio exterior se puede ajustar la energía de paso.

El analizador hemisférico trabaja como filtro de energía, es decir que la energía de las partículas cargadas puede ser especificada. En general, los electrones excitados chocan contra la superficie de entrada del analizador hemisférico bajo ángulos diferentes y/o posiciones diferentes.

Las distribuciones de posiciones y ángulos permiten, en principio, conclusiones respecto del origen de las partículas cargadas.

En el caso, por ejemplo, de irradiar una muestra con una fuente de radiación apropiada, por ejemplo una fuente de electrones, es posible extraer electrones de la superficie de la muestra o los electrones de la fuente de electrones pueden ser difractados en la superficie.

En el caso de que la superficie de la muestra es reproducida sobre la superficie de entrada del analizador hemisférico, la distribución local de los electrones contiene la información respecto de la constitución de la muestra en la superficie. La distribución de ángulos permite conclusiones respecto de la disposición geométrica de los átomos.

No obstante, la distribución de posiciones y ángulos se pierde debido a la propiedad focusante del analizador hemisférico cuando la superficie de salida es reproducida directamente sobre el detector.

Por este motivo, en el documento EP 1 559 126 ya se había propuesto usar dos analizadores hemisféricos conectados en serie. En este caso, el primer analizador hemisférico sirve para dejar pasar solamente las partículas cargadas de una energía de paso, mientras que el segundo analizador hemisférico restaura la distribución de posiciones y ángulos de las partículas cargadas.

Para reproducir sobre la entrada del analizador hemisférico postconectado las partículas cargadas que salen del primer analizador hemisférico se usan lentes de transferencia, es decir lentes para partículas cargadas. Mediante esta medida se produce un filtro de energía por imágenes debido a que el segundo analizador hemisférico corrige las distorsiones de imagen del primero.

Sin embargo, es conocido que la aberración cromática (error de color) y la aberración esférica (error de apertura) no desaparecen, básicamente, en sistemas ópticos por imágenes para detectar partículas cargadas cuando se usan lentes tubulares estáticos libres de carga espacial y simétricos por rotación. Estos errores inherentes de las lentes de transferencia limitan la eficiencia operacional del sistema y conducen a que el sistema conocido tenga solamente un

ángulo de aceptación reducido, debido a que es demasiado mala la calidad de reproducción de electrones impactantes sobre la superficie de entrada con un mayor ángulo de incidencia.

Partiendo del estado actual de la técnica descrito es el objetivo de la presente invención poner a disposición un filtro de energía por imágenes o bien un espectroscopio con un filtro de energía por imágenes de este tipo, que presente una mayor disolución de posición y ángulo y que pueda ser operado con un mayor ángulo de aceptación.

Según la invención, este objetivo se consigue mediante un filtro de energía por imágenes para partículas eléctricamente cargadas con un analizador de energía toroidal, preferentemente con un analizador hemisférico, con un plano de entrada y un plano de salida, en el que se ha previsto un elemento de reflexión para partículas eléctricamente cargadas y dispuesto de tal manera que las partículas cargadas que abandonan el analizador de energía toroidal a través del plano de salida sean reflejadas mediante el elemento de reflexión de regreso al analizador de energía toroidal, de manera que las partículas cargadas atraviesen en sentido de marcha inverso una vez más el analizador de energía toroidal.

En el sentido de marcha inverso no significa que las partículas cargadas tomen exactamente el mismo camino, sino que atraviesan el analizador de energía desde la superficie de salida hacia la superficie de entrada. En una forma de realización preferente, las partículas cargadas impactan bajo un primer ángulo sobre la superficie de entrada y la abandonan después de haber atravesado dos veces el analizador de energía bajo un segundo ángulo, siendo el primero y el segundo ángulo opuestos iguales, es decir que la radiación incidente, la normal y la radiación emergente están en un plano y el ángulo de incidencia y el ángulo de salida son iguales.

Como ya se ha descrito en el documento EP 1 559 126, no es absolutamente necesario usar un analizador hemisférico. En principio, cualquier analizador de energía toroidal es apropiado, por ejemplo también un analizador cilíndrico o un analizador de sector esférico. En el documento EP 1 559 126 se describen ejemplos correspondientes.

Aun cuando seguidamente se describe la presente invención basada en el ejemplo del analizador hemisférico particularmente preferente, se entiende que en su lugar podría usarse cualquier otro analizador de energía toroidal.

La disposición según la invención de un espejo de reflexión correspondiente para partículas cargadas asegura, en primer lugar, que es posible prescindir del segundo analizador de energía toroidal. En lugar de eso, las partículas cargadas son reflectadas por el espejo de regreso al primer analizador de energía toroidal.

En principio, es posible posicionar el espejo de reflexión directamente en el plano de salida del analizador toroidal. Sin embargo, los espejos de reflexión para partículas cargadas presentan, por regla general, una aberración fija negativa esférica y cromática no despreciable.

Por ello, en una forma de realización preferente se ha previsto que entre el plano de salida y el elemento de reflexión esté dispuesto un dispositivo de lentes de transferencia. Entonces, los dispositivos de lentes de transferencia y el elemento de reflexión pueden ser dispuestos de tal manera que las aberraciones del dispositivo de lentes de transferencia sean reducidas mediante el elemento de reflexión.

En este caso, el dispositivo de lentes de transferencia está diseñado de tal manera que reproduce la imagen intermedia ZB1 en el plano de salida del analizador de energía con un aumento lineal VL = ZB2/ZB1< 0 sobre el elemento de reflexión como imagen intermedia del... [Seguir leyendo]

1. Filtro de energía por imágenes para partículas eléctricamente cargadas, con un analizador de energía toroidal (30) , preferentemente con un analizador hemisférico, con un plano de entrada y un plano de salida, caracterizado por un elemento de reflexión (2) para partículas cargadas eléctricamente dispuesto de tal manera que las partículas cargadas que abandonan el analizador de energía toroidal (30) a través del plano de salida son reflejadas mediante el elemento de reflexión (2) de regreso al analizador de energía toroidal (30) , de manera que las partículas cargadas atraviesen en sentido de marcha inverso una vez más el analizador de energía toroidal (30) .

2. Filtro de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque entre el plano de salida y el elemento de reflexión está dispuesto un dispositivo de lentes de transferencia (3) , presentando el dispositivo de lentes de transferencia (3) , preferentemente, un aumento lineal de VL = ZB2/ZB1< 0 y particularmente preferente entre - 0, 9 y -1, 1, y lo mejor de -1.

3. Filtro de energía según la reivindicación 2, caracterizado además porque el dispositivo de lentes de transferencia

(3) presenta al menos dos elementos lenticulares para partículas cargadas eléctricamente.

4. Filtro de energía según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el elemento de reflexión (2) es un espejo electrostático.

5. Filtro de energía según una de las reivindicaciones 1 a 4, con un deflector magnético (12) con una superficie de entrada (4) para partículas cargadas, una superficie de filtro de energía y una superficie de salida para partículas cargadas de energía filtradas, dispuesto de tal manera que

las partículas cargadas que impactan en un ángulo de incidencia a, preferentemente menor que 20°, sobre la superficie de entrada (4) del deflector magnético (12) son desviadas por el deflector magnético (12) de tal manera que emergen en un ángulo de salida , preferentemente menor que 20°, de la superficie del filtro de energía del deflector magnético (12) , y bajo un ángulo de incidencia y, preferentemente menor que 20°, impactan contra la superficie de entrada del analizador de energía toroidal (30) y

que las partículas cargadas que emergen en un ángulo de salida 5 de la superficie de entrada del analizador toroidal (30) , impactan en un ángulo de incidencia E, preferentemente menor que 20°, sobre la superficie de filtro de energía del deflector magnético (12) , son desviadas por el deflector magnético (12) , de manera que abandonan bajo un ángulo de salida , preferentemente menor que 20°, la superficie de salida del deflector magnético (12) , estando previsto, preferentemente, una lente de inmersión (9) entre el deflector magnético (12) y el analizador toroidal (30) .

6. Espectroscopio para partículas cargadas, con un filtro de energía según una de las reivindicaciones 1 a 5, siendo el espectroscopio, preferentemente, un espectroscopio electrónico.

7. Espectroscopio según la reivindicación 6, con un detector (15) para el registro de las partículas cargadas emergentes a través de la superficie de entrada del analizador toroidal (30) , siendo el detector (15) , preferentemente, un detector CCD y, particularmente preferente, un multiplicador de placas de canales con pantalla fluorescente y detector CCD subsiguiente.

8. Espectroscopio según la reivindicación 7 con un filtro de energía según la reivindicación 6, estando previsto que el detector (15) detecte las partículas cargadas emergentes a través de la superficie de salida del deflector magnético (12) .

9. Espectroscopio según una de las reivindicaciones 6 a 8, con un elemento de recepción de muestras dispuesto de tal manera que las partículas cargadas emitidas por una muestra (7) dispuesta sobre el elemento de recepción de muestras impacten contra la superficie de entrada del analizador de energía toroidal (30) , eventualmente después de atravesar un sistema óptico de reproducción bajo un ángulo de entrada y, preferentemente menor que 20° o, en el caso de usar un filtro de energía según la reivindicación 6 impacten bajo un ángulo de entrada a, preferentemente menor que 20°, sobre la superficie de entrada del deflector magnético (12) .

10. Espectroscopio según la reivindicación 9, con una fuente de radiación, preferentemente un cañón electrónico, para aplicar radiación sobre una muestra (7) recibida en el elemento de recepción de muestras.

11. Espectroscopio según la reivindicación 10, con un filtro de energía según la reivindicación 5, caracterizado además porque el deflector magnético (12) tiene una superficie de entrada de radiación y la fuente de radiación está dispuesta de tal manera que la radiación impacta sobre la superficie de entrada de radiación bajo un ángulo de incidencia f, preferentemente menor que 10°, y desviada por el deflector magnético (12) de tal manera que emerge de la superficie de entrada del deflector magnético (12) en un ángulo de salida 8, preferentemente menor que 10°, y es orientado hacia el elemento de recepción de muestras.

12. Espectroscopio según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado además porque el plano dispersivo del analizador toroidal (30) está dispuesto, esencialmente, perpendicular a una línea imaginaria extendida entre el elemento de recepción de muestras y el detector (15) .

13. Espectroscopio según una de las reivindicaciones 6 a 12, caracterizado además porque es un espectroscopio electrónico ESCA.