Réalisation d'un canon à électrons pour appareil à diffraction d'électrons de faible énergie

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Submitted on 1 Jan 1970

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Réalisation d’un canon à électrons pour appareil à diffraction d’électrons de faible énergie

Aimé Mosser, Charles Burggraf

To cite this version:

Aimé Mosser, Charles Burggraf. Réalisation d’un canon à électrons pour appareil à diffraction

d’électrons de faible énergie. Revue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP,

1970, 5 (4), pp.625-626. �10.1051/rphysap:0197000504062500�. �jpa-00243435�

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RÉALISATION ^D’UN CANON A ÉLECTRONS POUR APPAREIL

A DIFFRACTION D’ÉLECTRONS ^DE FAIBLE ÉNERGIE

Aimé MOSSER et Charles BURGGRAF Laboratoire de Minéralogie ^et Pétrographie, Strasbourg

(Reçu ^{le 5} février 1970)

Résumé.

Description ^{d’un canon} à électrons donnant un faisceau de faible section et destiné

aux appareils de diffraction des électrons de faible énergie. ^La largeur ^et l’intensité des faisceaux

ont été étudiés entre 20 et 200 eV suivant différents modes de fonctionnement.

Abstract.

An electron _gun for LEED Apparatus providing ^{a beam} having small diameters is described. The diameter and the intensity ^of the beams have been studied in the _range from 20 to 200 eV with different working conditions.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TOME 5, ^AOUT 1970, ^PAGE

Introduction.

Lors des études des surfaces cristal- lines _par diffraction des électrons de faible énergie,

nous avons souvent été gênés ^{par la} largeur du faisceau

qui ^nous empêchait d’étudier des plages cristallines suffisamment petites.

Ceci nous a amené à étudier un canon à électrons donnant un faisceau de section aussi faible _que possible

tout en gardant ^une intensité suffisante pour donner des diagrammes facilement observables.

I. Principe.

^{Dans un} précédent ^article [1] ^nous

avions décrit un canon expérimental ^constitué par

une partie « triode » (cathode, wehnelt, anode) ^suivi

d’une lentille de projection électrostatique.

La partie o triode » donne un cross-over qui ^est repris par la lentille de projection ; ^{celle-ci en forme} l’image ^{sur le cristal à étudier.}

Il est possible ^de diminuer la largeur ^{du faisceau au}

niveau du cristal en réduisant le grandissement ^{de la}

lentille de projection. ^On y arrive en augmentant ^la distance objet (cross-over)-lentille ^{et en} rapprochant

celle-ci du cristal. Nous _avons, ainsi, ^{été conduit à}

construire la lentille de projection ^{sous forme} tubulaire,

ce qui permet ^{de la} rapprocher ^au maximum du cristal.

Dans le canon réalisé, la lentille de projection ^se

trouve approximativement ^{à 40 mm du} cross-over et le grandissement ^{est voisin de 1} (Fig. 1).

On sait que la dispersion des vitesses des électrons dans un faisceau produit par ^{un canon} diminue avec

la température ^{de la} cathode ; [2] [3] ^{aussi avons-nous} équipé ^notre canon avec une cathode à oxydes ^fourni

par C. I. F. T. E. (*).

Cette cathode à chauffage ^indirect supporte ^très bien de nombreuses rentrées d’air. Sa forme plane

facilite sa mise en place ^{en évitant} l’opération ^{du cen-}

(*) C. I. F. T. E. : Compagnie Industrielle Française ^{de Tubes} Electroniques.

Nous remercions M. Arnaud, Ingénieur ^{à la} Compagnie ^Thom-

son-Houston qui ^{nous a} procuré ^{ces cathodes.}

FiG. 1.

Schéma du canon et d’une optique ^de diffraction classique. G1 et G2 : grilles ^{1 et} 2 ; ^{E : écran} fluorescent ; ^{C :} cathode ; ^{W :} wehnelt ; Ai, A2, A3, A4 : électrodes 1, 2, ^{3 et 4}

du canon.

trage toujours ^{délicate avec les cathodes en} épingle ^à

cheveux. Enfin, ^{cette cathode ne} rayonne pratiquement

pas dans le visible ce qui améliore l’observation des

diagrammes.

II. Réalisation pratique.

^{Le canon est réalisé en}

acier inoxydable ^de type ^{NS 22S} (Fig. 2). ^{Il est à noter}

que l’acier inoxydable ^devient localement ferromagné- tique ^{lors de son} usinage, ^ce qui perturbe ^les trajec-

toires de faible énergie. ^{On réduit ces effets en recui-}

sant à 650 OC toutes les pièces ^usinées.

Les performances ^{du canon sont} fonction dans une

large ^{mesure de la} précision ^de l’usinage ^des pièces ^et

de la perfection ^{de leur} centrage. ^Les différentes élec- trodes du canon sont fixées sur trois tiges ^{en alumine}

à l’aide d’un ciment spécial. L’écartement et le parallé-

lisme entre deux électrodes consécutives est obtenu

au cours de l’assemblage ^{à l’aide de} trois billes calibrées

en acier alors _{que le} centrage ^des électrodes est obtenu à l’aide d’un mandrin introduit dans le canon. La dis- tance entre la cathode et le wehnelt étant très critique,

nous avons équipé ^{le canon d’un} système ^de déplace-

ment axial de la cathode (Fig. 2) qui permet ^{de la}

mettre en place ^aisément.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0197000504062500

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FIG. 2.

Dessin d’exécution du canon.

III. Modes de fonctionnement.

Ce canon peut être employé suivant différents modes de fonctionne- ment.

Si on désigne par El ^et E2 l’énergie ^des électrons à l’entrée et à la sortie de la lentille de projection, ^on

peut considérer trois modes de fonctionnement du canon, suivant _{que :} El E2, El

E2 ^et Ei > E2

que nous avons désigné respectivement par mode

« accélérateur », « symétrique » ^et « décélérateur ».

Ces trois modes d’utilisation du canon donnent,

pour des électrons de même énergie (100 eV) ^{des fais-}

ceaux d’intensité et de section différentes.

Le tableau I donne ces résultats ainsi _{que les} diffé- rents potentiels ^à appliquer ^aux électrodes _pour ces

trois modes de fonctionnement.

TABLEAU 1

Aux basses énergies (en-dessous ^{de 100} eV) ^{où l’on}

est gêné ^en général ^par la faible luminosité des dia- grammes, le mode « décélérateur » ^est le plus ^intéres-

sant parce qu’il donne les intensités les plus ^fortes.

Aux fortes énergies (au-dessus ^{de 100} eV) ^on pourra

employer ^{le mode} symétrique ^de préférence ^{au mode} précédent ^car il donne des faisceaux plus ^{fins et néces-} site, surtout, des tensions d’alimentation moins élevées.

Il est possible ^{de réaliser sur le même} principe ^des

canons dont la lentille de projection ^ne comporte que deux électrodes tubulaires. _{On pourra} employer ^alors

aux énergies ^{élevées le mode «} accélérateur » qui ^donne

des faisceaux moins bons _que le mode « symétrique ^».

IV. Résultats.

Ce canon a été étudié dans l’appa-

reil décrit précédemment [1]. ^{On trace la} répartition

de la densité de courant suivant un diamètre du fais-

ceau. Et on détermine sa largeur, d1/2, ^{en mesurant la} largeur ^à mi-hauteur de cette courbe. L’intensité totale I du faisceau est mesurée à l’aide d’un cylindre ^de Faraday ayant ^{une ouverture de 2 mm de diamètre.}

Le tableau II donne la largeur ^{d1/2 et} l’intensité 1 du faisceau, mesurés à 40 ^mm de la sortie du _canon, pour différentes énergies.

TABLEAU II

Une estimation donne dans le cas d’électrons de 300 volts

une ouverture numérique ^{du faisceau de l’ordre de} 1/300.

Conclusion.

Le canon décrit dans cet article, équipe depuis plus ^{d’un an l’un de nos} appareils

LEED et nous donne entière satisfaction. Il nous a

permis ^d’étudier plusieurs cristaux dont certains en

atmosphère d’oxygène ^{sans avoir eu à} changer ^la

cathode.

Bibliographie [1] ^MOSSER (A.) ^{et BURGGRAF} (Ch.), ^Rev. Phys. Appl.,

1967, 2, 57.

[2] ^BOERSCH (H.), Z. f. Physik, 1954, 139, 115.

[3] ^HARTWIG (D.) ^{et ULMER} (K.), ^Z. f. Physik, 1963,173,

294.