3. Описание установки
Схематично конструкция установки ЭОС модели PHI-680 фирмы ”Physical Electronics”показана на рисунке 17.
|
1 – Ионный насос электронной пушки; 2 – Изолирующий клапан (механический); 3 - Энергоанализатор типа цилиндрическое зеркало и электронная пушка; 4 – Ионная пушка; 5 – Образец; 6 – Устройство для закрепления образца; 7 – Шлюз для установки образца; 8 – Турбомолекулярный насос; 9 – Электромеханический насос; 10 – Ионный насос рабочей камеры. Рисунок 17 - Схематичное изображение конструкции установки |
Установка представляет собой вакуумную камеру, удовлетворяющую требованиям сверх высокого вакуума, в которой располагается устройство для закрепления исследуемого образца, энергоанализатор, фокусирующие и отклоняющие элементы электронной пушки. В боковую стенку главной камеры под углом 30º к плоскости площадки для закрепления образца вмонтирована ионная пушка, предназначенная для травления образца ионным пучком. Также предусмотрен шлюз для ввода образца в анализируемую область. Над главной камерой располагается камера меньшего размера, в которой смонтирован катод и некоторые другие элементы электронной пушки. Откачка газов из рабочих объёмов производится при помощи каскада насосов, состоящего из электромеханического насоса, турбомолекулярного насоса и ионно-адсорбционного насоса. Объём электронной пушки соединяется с объёмом главной камеры через небольшое отверстие, сквозь которое во время работы электронной пушки проходит электронный луч. Для создания сверх высокого вакуума внутри корпуса электронной пушки предусмотрен отдельный ионно-адсорбционный насос. В конструкции установки предусмотрена механическая перегородка (клапан), расположенная между главной камерой и электронной пушкой, позволяющая изолировать эти два объёма друг от друга при необходимости проведения в одном из них работ связанных с разгерметизацией, не разгерметизируя второй объём, что позволяет экономить время, которое требуется для создания в этих объёмах вакуума необходимого порядка.
2.2 Обоснование необходимости наличия сверх высокого вакуума
Существует две причины, по которым электронные спектрометры, применяемые для анализа поверхности, должны работать в вакууме. Прежде всего электроны испущенные образцом, должны встретить на пути к анализатору как можно меньше молекул газа, чтобы не претерпеть рассеяния и не быть утраченными для анализа. Другими словами, длина свободного пробега электронов должна быть намного больше размеров спектрометра. Это требование само по себе не накладывает строгих ограничений на рабочий вакуум, так как оно удовлетворяется уже при давлениях порядка 10-7 - 10-8 Па (приблизительно 10-5 - 10-6 мм рт. ст.). Более жёсткие требования к рабочему вакууму предъявляются по другой причине. ЭОС является методом предназначенным специально для исследования поверхности, с глубиной зондирования порядка нескольких атомных слоёв. Большинство анализируемых электронов образуется в одном или двух приповерхностных атомных слоях. Такая возможность получать информацию, относящуюся именно к поверхностным слоям образца, в сочетании с элементной чувствительностью порядка 0,5% атомного слоя означает, что эти методы очень чувствительны к поверхностным загрязнениям любого рода. Поскольку во многих экспериментах можно начинать исследования, лишь имея поверхность с хорошо известными свойствами, т.е. чистую или находящуюся в каком-нибудь ином стабильном состоянии, и поскольку очень малые количества загрязнений могут существенно воздействовать на ход эксперимента, очевидно, что необходимо работать в условиях, когда скорость накопления загрязнений пренебрежимо мала по сравнению со скоростью протекания процессов, обусловливающих изменение состояния поверхности в ходе эксперимента. Основным источником загрязнений в вакуумной системе является остаточный газ. Из молекулярно-кинетической теории газов можно считать, что монослой газа образуется на поверхности за 1,5 секунды при давлении 10-8 Па (приблизительно 10-6 мм. рт. ст.) при комнатной температуре, если каждая молекула, сталкивающаяся с поверхностью, остаётся на ней (т.е. вероятность прилипания равна единице). Если потребовать, как это делается обычно, чтобы 30 минут на поверхности накапливалось не более 0,05 моноатомного слоя примесей, то для вероятности прилипания, равной единице, из кинетической теории следует, что давление остаточного газа должно составлять 5·10-13 Па (приблизительно 4·10-11 мм. рт. ст.). На самом деле вероятности прилипания обычно меньше единицы, и для подавляющего большинства экспериментов по изучению поверхности достаточно иметь давление 10-12 Па (приблизительно 10-10 мм. рт. ст.). Такое давление соответствует условиям сверхвысокого вакуума (СВВ) [3].