[发明专利]动量分辨光电子能谱仪及用于动量分辨光电子能谱的方法

说明书

本发明涉及物理学领域，并且涉及一种动量分辨光电子能谱仪，通过其可以确定物理性质。本发明的目的是提供一种动量分辨光电子能谱仪，其实现了设备部件的具有显著减小的结构体积的简单结构。本发明的目的通过一种动量分辨光电子能谱仪来实现，该动量分辨光电子能谱仪包括至少在真空中在光轴方向上相继地布置的部件，每个部件至少是一个电子发射样本和一个聚焦系统，其中该聚焦系统由至少一个电子透镜和一个检测器组成，其中该电子透镜由三个圆柱体元件组成，其中第一圆柱体元件具有电势＝0并且两个随后布置的圆柱体元件具有电势≠0，并且其中检测器是布置在电子透镜的焦平面中的一个或多个空间分辨检测器。

技术领域

本发明涉及物理学领域，并且涉及一种动量分辨光电子能谱仪。通过该动量分辨光电子能谱仪和一种用于动量分辨光电子能谱的方法，可根据材料的能量分布和电子结构来确定它们的物理性质。

背景技术

材料的物理性质(例如电阻、光学吸收率、可塑性等)由材料的电子的结构决定。因此，有利地，需要获得关于材料的电子的结构的全面而详细的知识。此外，该知识还有助于预测新的化合物和/或物理性质。同样地，该知识可用于在适当考虑电子部件的性质的前提下来构造该电子的部件，例如晶体管或太阳能电池。

为了确定材料的电子的结构，需要确定电子在材料中的行为和尤其电子的能量和动量。

动量描述了电子的机械运动状态。与动能相反，动量是矢量，因此其具有大小和方向(德语维基百科；“Impuls”[动量]条目)。

用于确定固体中电子的能量和动量的最著名的方法是爱因斯坦的光电效应定律，他也因此获得了诺贝尔奖。此处，在实验范围内，单色光撞击金属表面从而使电子从该表面射出。这些光电子携带在材料中有关其能量和动量的信息。因此，如果可以确定电子从表面出射时的动能及方向(即其动量)，则可以得出关于材料的物理性质的结论。

然而，由于在确定能量和动量时至少必须考虑许多标准，所以其不容易实现。

因此，材料表面必须达到原子级别的洁净度，这只能在超高真空(UHV)中实现并且反过来通常会导致光电子的射出和确定以及光电子方向的确定必须在UHV中进行，从而严重地限制了技术选择。

此外，必须在最大程度上防止和/或屏蔽沿着光路径和光电子到达检测器的路径的外部电场和磁场，否则会导致测量结果发生变化，从而导致错误的结果。

为了获得有意义的相关测量结果，需要复杂的检测装置以确定尽可能多的出射光电子的能量和动量。

为此，使用电子能谱仪分析电子的能量和动量。通常，电子能谱仪由透镜、在特定的传播方向上传递特定能量的电子的分析仪、以及检测器组成(德语维基百科；“Elektronenspektrometer”[电子能谱仪]条目)。

电子能谱仪中的透镜是电子透镜。

电子透镜是用于通过不均匀的电场和/或磁场使电子束偏转的部件。与光学透镜类似地，利用电子透镜可以使从某一点发射的不同方向的光束再次到一点上成像(www.spektrum.de/lexikon/physik/elektronenlinsen)。

通常地，电子透镜由具有势场的多个管透镜(Rohrlinsen)或者孔光圈(Lochblenden)构成。通过电子透镜的不同电势，这些电势具有会聚透镜或发散透镜的作用。这可以用于构造电子的势场，该势场能够一方面使电子加速或制动，另一方面能够将电子聚焦在特定的所需点处。

分析仪具有用于电子的入口狭缝和到检测器或空间分辨检测器的出口狭缝。利用电子在电场或磁场中的偏转来过滤电子能量。然后，只有具有定量能量(通能)的电子沿着一个方向在特定的角度范围内击中入口狭缝才能够通过入口狭缝和出口狭缝。通过改变电压来控制滤波器的通能，从而在这种情况下使具有不同能量的电子通过。