Аналіз нелінійних процесів фокусування пучка заряджених частинок у зондоформуючій системі ядерного скануючого мікрозонда з інтегрованими дублетами магнітних квадрупольних лінз. Напрямок досліджень при оптимізації іонно-оптичних параметрів ЗФС мікрозонда.
Аннотация к работе
Серед широкого різноманіття фізичних методів, що дозволяють визначити розподіл елементів у приповерхневих шарах твердого тіла, існують методи мікроаналізу, які базуються на використанні ядерних скануючих мікрозондів, де застосовуються сфокусовані пучки легких іонів середніх (декілька МЕВ) енергій, і які відрізняються можливістю проведення неруйнівного кількісного мікроаналізу з високою просторовою роздільною здатністю. Для фокусування пучка іонів на поверхні зразка (мішені) в ядерному мікрозонді застосовуються зондоформуючі системи (ЗФС) на основі мультиплетів магнітних квадрупольних лінз (МКЛ), фізичні параметри яких являються визначальними у процесах формування іонного зонда. Мета даної роботи полягає у створенні математичних і фізичних моделей ЗФС з інтегрованими дублетами МКЛ, які при практичній реалізації здатні забезпечити фокусування пучків іонів водню і гелію з енергією до 2 МЕВ у зонд з параметрами (геометричні розміри і струм), необхідними для проведення аналізу розподілу мікродомішок у твердому тілі. Знайшов подальший розвиток метод оптимізації системи формування пучка іонів, що базується на критерії максимуму аксептансу системи при фіксованих розмірах зонда на мішені для ЗФС ядерного мікрозонда з інтегрованими дублетами магнітних квадрупольних лінз з урахуванням нелінійних процесів фокусування пучка. Фундаментальне значення отриманих результатів полягає у тому, що на основі створеної автором фізичної моделі фокусування пучка іонів у зондоформуючих системах ядерних мікрозондів розвязано оптимізаційну задачу, де як цільову функцію вибрано величину аксептансу системи при заданих розмірах зонда на мішені, і визначено фізичні та геометричні параметри оптимізованої ЗФС з урахуванням яскравості пучка і величини енергетичного розкиду іонів в пучку.Вектор магнітної індукції в області проходження пучка визначається відомим співвідношенням , де скалярний магнітний потенціал у локальній системі координат, звязаною з віссю лінзи і площинами антисиметрії, має вигляд де W2(z) - розподіл уздовж осі МКЛ основної квадрупольної компоненти; W3(z), U3(z) - паразитні секступольні та W4(z), U4(z) - октупольні основна і обертальна компоненти відповідно. , (2) де Е - одинична матриця; P(z) - квадратна матриця, яка визначається осьовим розподілом мультипольних компонент поля МКЛ (W2(z), W3(z), U3(z), W4(z), U4(z)); - матрицант, який забезпечує перетворення координат фазових моментів кожної частинки із площини, перпендикулярної до осі з координатою zi на вході в лінзу, в площину z? zi 1, де zi 1 - площина на виході із лінзи у вигляді Загальний матрицант ЗФС визначає іонно-оптичні властивості системи і на основі співвідношення (3) може бути поданий добутком матрицантів кожної МКЛ і дрейфових проміжків між лінзами у вигляді де S - матрицант дрейфового проміжку; n - кількість МКЛ у ЗФС; z0 і zt - координати обєктного коліматора і мішені відповідно. Тому, ґрунтуючись на цих положеннях і зважаючи на більш жорсткі вимоги до юстування для систем із пятьма і шістьма лінзами, була вибрана ЗФС із чотирма лінзами в розподіленій конфігурації лінз у системі, яка має кращі іонно-оптичні властивості, ніж класичні мультиплети. Для забезпечення стигматичного фокусування у квадрупольних ЗФС необхідно мати мінімум два незалежних джерела живлення лінз, тому замість n змінних ?i, i=1,…,4, розглянуто лише дві змінні ?1 і ?2, які доповнюються топологічним вектором {?i} i=1,…,4, що визначає варіант живлення лінз від двох незалежних джерел живлення.У результаті проведених у дисертаційній роботі теоретичних та експериментальних досліджень нелінійних процесів фокусування пучків іонів у зондоформуючій системі з інтегрованими дублетами магнітних квадрупольних лінз нового типу можна зробити такі висновки: 1. На основі створеної фізичної моделі фокусування пучка іонів у зондоформуючих системах ядерних мікрозондів обґрунтовано вибір типу ЗФС з розподіленими вздовж оптичного тракту дублетами МКЛ, розвязано оптимізаційну задачу, де як цільову функцію вибрано величину аксептансу системи при заданих розмірах зонда на мішені, і визначено фізичні та геометричні параметри оптимізованої ЗФС з урахуванням яскравості пучка на рівні 7 ПА/(мкм2мрад2) і величини енергетичного розкиду іонів в пучку ?Е/Е=10-3. На підставі математичного моделювання конфігурації магнітних полів у новому прецизійному інтегрованому дублеті МКЛ з оптимізованою формою полюсних наконечників, і проведених експериментальних досліджень структури магнітного поля лінз дублету встановлено, що співвісність лінз знаходиться у межах ±10 мкм, однорідність максимального градієнта магнітного поля в зоні проходження пучка ~10-4, при цьому паразитні мультипольні компоненти стосовно основної квадрупольної становлять: секступольна - не більш 0,004 см-1, октупольна - не більш 0,001 см-2, що є допустимим рівнем паразитних компонент і не є визначальним у процесі формування зонда. За рахунок детектування виходу вторинних електронів в режимі сканування калібрувальної мідної сітки з періодом 157 комірок/мм визнач