[发明专利]电子能谱仪

说明书

本发明涉及一种电子能谱仪，它有一个环形电容式能量分析仪，借助于能谱仪，用一次辐射束（如X射线，紫外光或电子）轰击样品时，可以对样品表面发射出的电子进行分析。

根据被发射电子的能量表征了被轰击表面的化学性质，这些能谱仪可用于样品表面的研究，而可以获取有关某种化学物质在表面上分布的信息。专业人员都知道，利用只有特定能量范围电子来产生表面象的方法是很多的。其中包括有D.W.Tumer，I.R.Plummer和H.Q.Porter在Journal    of    Microscopy（显微镜学期刊），1984年，卷136（2），第259-277页上所介绍的投射法，在该法中，二级电子沿着由强大发射磁场所限定轨道运动然后通过一具有减速电位分析仪，而产生只包括能发射能量在某一范围内电子的表面的象。这种仪器虽然没有静电透镜，但却需要笨重而昂贵的磁铁。本发明涉及的能谱仪与传统用于表面分析的能谱仪有显著的不同。

另一种是由C.T.Hovland在1977年于维也纳第三次国际固体表面会议录（PP2363）中介绍过的方法，它是用一束很细的一次辐射束逐点扫描样品并用传统分析仪，如柱面镜分析仪来分析二次电子，从而重新产生表面图象。Hovland建议将样品在铝衬底上薄薄涂一层。然后用高能电子束来对铝衬底表面扫描，从而使在射束和铝的接触点放出的X射线通过衬底并照射样品的一个小区域。这种方法仅限于能在铝衬底上涂敷的样品，通常包括用X射线光电子能谱仪（XPS）进行分析的大部分样品。

带能量滤波器的电子显微镜是先有技术中公知的，其中有些可参考下列作者的论文：H.Watanabe，Phys，SOC（日本），1962年，卷17，第569页;S.L.Cundy等，J.Sci.Instr，1966年，卷43，712页;D.B.Wittry，Brit.J.Appl.Phys，1969，卷2，1757页;A.V.Crewe等，Rev.Sci.Instr.1971年卷42（1），411页;J.W.Andrew等，Proc.Ninth    Int.Congress    on    Electron    Microscopy，多伦多（Toron-to），1978年，卷1，40页;及R.F.Egerton等，J.Phys.E，1975年卷8，1033页。

初看起来，似乎可以用具有这种过滤器的电子显微镜来产生正在放射光电子的表面的能量过滤象，但实际上这是不可能的。因为上述所有仪器都是采用能量非常高的电子束，而过滤器是用于对因通过样品而损失能量的电子进行分析，或者只作为用在窄能带范围内的电子成象的过滤等，从而减少显微镜的色缺陷。一般情况下，它们采用磁场滤波器（如Castainy，R和Henry，L在Mircrocopie    1964年3（2）卷133页中所述的）或静电透镜滤波器（如Mollenstedt和Rang在Z.Angew.Phys，1951年3（5）卷187页中所述的）。无人采用传统上用于低能二级光或俄歇电子分析的环形或球面扇形电容静电分析仪。这些仪器因而在实际上不适于发射低能电子的表面成象，如Cazanx在Ultramic-roscopy，1984年12卷321页中所述。Cazanx在薄的铝箔上涂敷样品，并根据Hovland的上述方法产生入射X射线。所发射电子通过装有Castainr和Henry所述的能量过滤器的电子显微镜的透镜系统，以形成经过能量过滤的表面象。但是Cazanx所得到的结果并不令人满意，且所得到的象实际上是二级电子象而不是光电子象。它进一步表明当采用光电子时所得到的系统空间分辨率将很低，且预期灵敏度也非常低，以致难于靠XPS产生的少量光电子来得到具有适当对比度的象。因此，一般地说，为能量过滤显微镜所开发的这个边缘技术不适合于低能电子能谱仪，特别不适合于没有按这种方式同电子显微镜使用的环形或球面扇形电容分析仪中。

搞过表面分析的人都知道，以环形电容为基础的电子能量分析仪最适于做低能光电子或俄歇电子分析。“环形电容器”一词在这里是指一种静电能量分析仪，它包括两个环形表面扇状电极，并且其中等势面基本为扇状环形表面，至少在靠近电极处是扇状环形表面。最普通的情况，电极是球面扇形，作为环形表面的一个特例，常用180°的扇面角，但也可采用90°至270°之间的任何扇面角。