Імерсійна зондоформуюча система ядерного мікрозонда - Автореферат

Незважаючи на успішне освоєння субмікронної роздільної здатності пристроями, що використовують пучки заряджених частинок з енергією, яка не перевищує 300 КЕВ (електронні просвічувальні та растрові мікроскопи, сфокусовані іонні пучки для вторинної мас-спектрометрії та іонні пучки для літографії), мікрозондові іонно-оптичні установки з енергією іонів порядку декількох МЕВ і розміром пучка на мішені близько 1 мкм завдяки можливості застосування широкого спектру ядерно-фізичних методів є унікальними для вирішення великого та постійно зростаючого кола актуальних завдань. Одним із таких рішень може бути використання імерсійної схеми зондоформування, яка дозволяє повною мірою використати фокусуючі властивості прискорюючої трубки на початковому етапі зондоформування, фінальне фокусування пучка на мішені можливо здійснити за допомогою мультиплету квадрупольних лінз або надпровідного соленоїда. Останнє, разом з можливістю стабілізації напруги безпосередньо за її значенням, дозволяє використати високояскраві джерела іонів з малим струмом, не достатнім для застосування в системі стабілізації енергії відхилення пучка після аналізуючого магніту. Зменшення апертури лінзи збільшує чутливість до неточностей розміщення полюсних наконечників через збільшення рівня паразитних компонентів поля та, як наслідок, призводить до підвищення вимог до точності виготовлення полюсних наконечників, яка має технологічну межу. Прилади, які використовують іонізуюче випромінювання в неядерних цілях" відповідно до плану науково-технічних робіт у рамках наукових тем: "Дослідження процесів прискорення й формування пучків заряджених частинок в електростатичних прискорювачах у режимі суміщення прискорюючих та зондоформуючих систем" (державний реєстраційний № 0101U000058) 2001-2003 рр.; "Розроблення компактного скануючого іонного зонда МЕВ-х енергій для застосування в мікроаналізі та нанотехнологіях" (державний реєстраційний № 0103U008609) 2003-2004 рр.; "Створення інтегрованої фокусуючої системи для ядерного мікрозонда та проведення експериментальних досліджень процесів формування мікропучка іонів мегаелектронвольтних енергій" (державний реєстраційний №0105U005965) 2005-2006 рр.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, наведено інформацію щодо апробації роботи, публікацій та особистого внеску здобувача. Традиційні системи, на базі мультиплетів з числом лінз до пяти з двома незалежними джерелами живлення, у даний час досягли своєї теоретичної межі просторової роздільної здатності, і подальше збільшення числа лінз не приводить до її істотного поліпшення. Багатоступінчасті системи, окрім збільшення власної довжини, відрізняються значно більш високими вимогами до якості виготовлення, юстування, стабільності живлення лінз (особливо останнього ступеня) та моноенергетичності пучка, що ускладнює їх виготовлення та експлуатацію. При розгляді конструкції магнітних квадрупольних лінз звернуто увагу на те, що форма профілю полюсних наконечників впливає не лише на якість фокусуючого поля, але й на величину максимально досяжного градієнта поля, який обмежується явищами магнітного насичення матеріалу магнітопроводу.Якщо сумістити вісь z із віссю прискорюючої структури, то рівняння руху зарядженої частинки в електростатичному полі в траєкторному вигляді можна записати таким чином: (1) де x, y, z - координати частинки у декартовій системі координат; Для розвязання рівнянь (1) використано процедуру занурення у простір нормалізованих фазових моментів, які мають вигляд: (3) де d - відносне відхилення імпульсу частинки від середнього його значення; K0 - початкова кінетична енергія частинок пучка. У просторі нормалізованих фазових моментів ці лінійні диференціальні рівняння мають вигляд У третьому розділі з використанням методики, яка була викладена вище, були досліджені іонно-оптичні властивості імерсійної зондоформуючої системи, яка складалася з прискорюючої трубки та мультиплету магнітних квадрупольних лінз або надпровідного соленоїда. Імерсійні зондоформуючі системи з чотирма квадрупольними лінзами забезпечують на 80% більший (аксептанс 4,95 мкм2мрад2МЕВ), порівняно з системами з трьома лінзами (аксептанс 2,77 мкм2мрад2МЕВ) струм пучка заряджених частинок на мішені, але додання пятої лінзи додатково збільшує струм лише на 14% (аксептанс 5,61 мкм2мрад2МЄВ).У дисертаційній роботі досліджено формування мікрозонда МЕВ-х енергій за допомогою системи принципово нового компонування - імерсійної зондоформуючої системи. Розроблено метод матричного опису нелінійної динаміки пучка частинок у комбінованих системах, які складаються з електростатичної прискорюючої структури з аксіальною симетрією поля та магнітних квадрупольних лінз або соленоїда. Суть методу полягає в наближенні розвязку нелінійних диференціальних рівнянь руху частинок пучка у фазовому просторі розвязком системи лінійних диференціальних рівнянь у розширено

Основний зміст роботи