[发明专利]光谱学和成像系统

说明书

本发明公开了一种用于经由光谱学和/或成像表征样品的设备和方法。所述设备包括用于成像或光谱学的第一检测器、用于成像或光谱学的第二检测器以及环形电容器型静电能量分析仪。所述环形电容器型静电能量分析仪包括第一和第二入口孔，所述第一和第二入口孔被布置成使得从样品发射并穿过所述第一入口孔的带电粒子横穿通过所述环形电容器型静电能量分析仪的第一轨迹，以入射在所述第一检测器处，并且从样品发射并穿过所述第二入口孔的带电粒子横穿通过所述环形电容器型静电能量分析仪的第二轨迹，以入射在所述第二检测器处。布置在所述样品和所述分析仪之间的偏转组件可用来将从所述样品发射的带电粒子引向所述分析仪的所述第一和/或第二入口孔。

技术领域

本发明涉及一种用于表征样品的设备和方法，特别是通过光谱学和/或样品表面的成像。在一个实例中，本发明可操作用于在普通设备内提供光谱学和/或成像。所述设备可形成X射线光电子能谱仪的一部分，但所述设备也可用于其它类型的光谱学。

背景技术

光谱学和成像为表征样品的有力工具。光谱学和成像的各种形式在本领域中为已知的。在一个实例中，X射线光电子能谱(XPS)为一种广泛使用的表面分析技术，用于表征材料样品的最上层。可经由使用X射线光电子能谱仪中从样品生成的光电子进行成像来获得样品表面化学的进一步知识。

XPS的众所周知的方法依赖于用限定波长的X射线辐照样品表面，由于光电效应，致使从样品表面发射光电子。然后将从样品表面发射的光电子传递到能量分析仪(通常为半球形静电分析仪)，所述能量分析仪根据其能量分散粒子。从能量分析仪出来的光电子入射到检测器，由于其分散，在检测器处接收到的光电子的位置可用来确定光电子能量(并因此确定样品表面的各种定量元素和化学状态信息)。

XPS也可用来对样品表面成像。在此配置中，从样品表面发射的光电子穿过能量分析仪并入射到成像检测器。广泛使用用于获得XPS图像的两种方法：串行采集或并行采集。串行采集需要获得一系列小面积的XPS分析，这些分析可映射为二维阵列，以便建立样品表面的图像。并行采集可同时对整个视场成像，而无需对任何光谱仪部件施加扫描电压。

单个设备能够同时提供光谱学和成像特征为有利的。已开发了可执行这两种功能的许多现有技术系统。欧洲专利公开第0,458,498号中描述了一个这类实例，所述专利公开了一种具有有效的第一和第二同心半球形静电分析仪的光谱仪。两种分析仪共享一个公共的入口和出口孔。根据操作模式，光电子可在两种路径中的一种上穿过设备。在光谱学模式下，光电子沿第一路径通过，其中光电子通过公共入口被接收，然后横穿第一内部半球形静电分析仪，直到通过公共出口孔离开。在成像模式下，光电子沿第二路径传输。在第二路径上，光电子通过公共入口孔被接收，然后穿过第一半球形静电分析仪的一小部分，穿过第一和第二半球形静电分析仪之间的壁中的第一挡板，然后横穿第二外部半球形静电分析仪。然后，光电子通过位于第一和第二半球形静电分析仪之间的壁中的第二挡板，并且通过第一半球形静电分析仪的一部分返回到公共出口孔。在这两种模式下，离开公共出口孔的光电子在公共检测器处被接收。因此，所述设备不仅需要提供和配置两个同心能量分析仪，而且还涉及使用公共检测器和公共静电透镜布置，以引导和校准能量分析仪的入口和出口处的光电子。

美国专利4,758,723提供了另一种选项，所述专利描述了一种利用单个半球形静电分析仪的光谱仪，使得穿过分析仪的带电粒子束根据其能量进行分散。分析仪具有单个入口和出口孔。从分析仪离开时，大多数带电粒子会在光谱学检测器(如微通道板检测器)的表面处被接收。然而，带电粒子的一部分穿过光谱学检测器中的中心孔口或开口，并且朝向图像检测器。有益地，所述设备允许同时检测光谱学和成像。然而，光谱的一部分被图像检测器丢失，这降低了检测器效率。此外，如果不在分析仪上扫描半球电压，就无法获得“快照”光谱(提供完整能量范围内的光谱)。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于表征样品(且更特别是样品表面的光谱学和/或成像)的设备和方法，其克服了上述光谱仪和光谱学技术的缺点。

发明内容