Зондоформуюча система ядерного скануючого мікрозонда на базі інтегрованих дублетів магнітних квадрупольних лінз

Abstract

Локальність аналізу мікрозонда обумовлена роздільною здатністю системи і задається геометричними розмірами і величиною струму зонда, які визначили критерій і напрямок досліджень при оптимізації іонно-оптичних параметрів ЗФС мікрозонда. На основі чисельного моделювання нелінійних процесів фокусування заряджених частинок визначені фізичні й геометричні параметри оптимізованої ЗФС з урахуванням яскравості пучка і величини енергетичного розкиду іонів у пучку, який забезпечує електростатичний прискорювач. Розроблено прецизійний інтегрований дублет магнітних квадрупольних лінз нового типу. Ярмо і полюсні наконечники лінз дублета складають одне ціле, що дозволяє значно зменшити аберації, пов’язані з помилками юстування ЗФС у цілому. Проведені експериментальні дослідження структури магнітного поля лінз дублета, які показали необхідну співвісність лінз і те, що величина паразитних мультипольних компонент перебуває на допустимому рівні. Експериментальне дослідження процесу фокусування пучка грунтується на детектуванні вторинних електронів при скануванні мідних каліброваних сіток. Порівняльний аналіз проведено на зіставленні експериментальних інтегральних профілів інтенсивності виходу вторинних електронів і аналогічних розрахункових профілів, які визначалися з використанням теоретичних розподілів густини струму пучка на мішені з урахуванням отриманих оптимізованих параметрів базової ЗФС. У результаті порівняльного аналізу показана адекватність теоретичної моделі, прийнятої для розрахунків зондоформуючої системи з інтегрованими дублетами магнітних квадрупольних лінз. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24318

Диссертация посвящена исследованию нелинейных процессов фокусировки пучка заряженных частиц в зондоформирующей системе ядерного сканирующего микрозонда с интегрированными дублетами магнитных квадрупольных линз. Метод исследования нелинейной динамики пучков заряженных частиц в магнитных квадрупольных линзах, позволяет представить ионно-оптические свойства ЗФС в виде параметрической зависимости. Задача оптимизации на множестве определенных параметров принадлежит к классу задач нелинейного программирования, в которой ионно-оптические свойства ЗФС входят в ограничивающие условия. В качестве целевой функции выбрана величина аксептанса системы при заданных размерах зонда. Оптимизация процесса фокусировки пучка в ЗФС на базе двух прецизионных интегрированных дублетов МКЛ нового типа позволяет определить физические и геометрические параметры системы с учетом яркости пучка и величины энергетического разброса ионов, который обеспечивает электростатический ускоритель. Интегрированный дублет магнитных квадрупольных линз новой конструкции позволяет уменьшить паразитные аберрации, связанные с ошибками юстирования ЗФС в целом. Проведенные экспериментальные исследования структуры магнитного поля линз дублета показали, что соосность линз находится в пределах величины 20 мкм, которая не приводит к ухудшению параметров зонда, а величина паразитных мультипольных компонент не превышает допустимых расчетных значений. Определение размеров зонда осуществлялось в результате детектирования эмиссии вторичных электронов в режиме сканирования калиброванной медной сетки. Сравнительный анализ проведен на основании сопоставления экспериментальных интегральных профилей интенсивности выхода вторичных электронов и аналогичных расчетных профилей, которые вычислялись с использованием теоретических распределений плотности тока пучка на мишени с учетом полученных оптимизированных параметров базовой зондоформирующей системы. В результате показана адекватность теоретической модели, принятой для расчетов зондоформирующей системы с интегрированными дублетами магнитных квадрупольных линз. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24318

A locality of microprobe analysis is directly related to the probe-forming system resolution and assigned by probe dimensions and its current which defined of merit function in the optimization task of ion-optical parameters of probe-forming system of nuclear microprobe and aims of investigation in this direction. The physical and geometrical parameters of optimized probe-forming system are obtained on the base of numerical simulation of nonlinear processes of charged particle beam focusing. The simulation is carried out taking into account of the beam brightness and the momentum spread which are provided for electrostatic accelerator “SOKOL”. The integrated doublet of magnetic quadrupole lenses of new design is developed. The yoke and poles of doublet lenses were manufactured from a single piece of soft iron by means of wire cutting of electro-discharged machining. This design permits parasitic aberration enormously to be decreased related to alignment errors of probe-forming system in general. In result of the performed experimental investigations of magnetic field structure of doublet lenses are shown that lenses have required coincidence of lens axes and parasitic multipole components have tolerance limits. The experimental investigations of beam focusing processes are based on the detecting of secondary electron emission under scanning of copper calibrated grids. Comparative analysis is carried out by means of comparing of experimental integral intensity profiles of secondary electron emission and analogous simulated profiles which are calculated with using theoretical beam current density distributions on the target with allowance for optimized parameters of base probe-forming system. In result of comparative analysis the adequacy of theoretical model taking in simulation of probe-forming system with integrated doublets of magnetic quadrupole lenses is shown. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/24318