ИММЕРСИОННАЯ СКРЕЩЕННАЯ ЛИНЗА Российский патент 1994 года по МПК H01J29/56 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к технике формирования пучков заряженных частиц, и может быть использовано в электронной и приборостроительной промышленности при разработке электронно-лучевых приборов.

Известны электростатические иммерсионные линзы, образованные двумя и более электродами.

Недостатком этих линз является значительная сферическая аберрация, обусловленная тем, что распределение поперечной силы, действующей на электроны, и скорость электронов по радиусу относительно электронно-оптической оси системы плохо согласованы друг с другом.

Наиболее близкой к предлагаемой линза является иммерсионная скрещенная линзак, содержащая не менее двух плоскопа- раллельных электродов с отверстиями, каждое из которых имеет две плоскости симметрии, причем продольная плоскость симметрии одного отверстия совпадает с поперечной плоскостью симметрии другого.

Однако данной линзе также присуща значительная сферическая аберрация.

Цель изобретения - уменьшение сферической аберрации.

Цель достигается тем, что в линзе, содержащей не менее двух плоскопараллельных электродов с отверстиями, каждое из которых имеет две плоскости симметрии, причем продольная плоскость симметрии одного отверстия совпадает с поперечной плоскостью симметрии другого, отверстия в низковольтных электродах выполнены в виде щелей, сужающихся к краям, а отверстия в высоковольтных электродах выполнены в виде щелей, расширяющихся к краям, при этом поперечный размер щели в низковольтном электроде может быть уменьшен у краев до нуля, а в высоковольтном электроде отношение максимального поперечного размера щели к минимальному не должно превышать трех.

Не известны иммерсионные скрещенные линзы, в которых отверстия в низковольтных электродах выполнены в виде щелей, сужающихся к краям, а отверстия в высоковольтных электродах выполнены в виде щелей, расширяющихся к краям, причем поперечный размер в низковольтном электроде может быть уменьшен у краев до нуля, а в высоковольтном электроде отношение максимального поперечного размера щели к минимальному не должно превышать трех. Поэтому предлагаемая линза отвечает критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена предлагаемая линза.

Линза состоит из двух плоскопараллельных электродов 1 и 2 с отверстиями 3 и 4, имеющими две плоскости симметрии. Продольная плоскость симметрии отверстия 3 совпадает с поперечной плоскостью симметрии отверстия 4. Отверстие в низковольтном электроде имеет вид щели, сужающейся к краям. Отверстие в высоковольтном электроде выполнено в виде щели, расширяющейся к краям. Электрическое поле линзы оказывает собирающее действие в плоскости ХОZ и рассеивающее в плоскости YOZ.

Сферическая аберрация линзы определяется распределением потенциала в области линзы. Изменение формы отверстий в электродах изменяет распределение потенциалов, а следовательно и величину аберраций в плоскостях ХОZ и YOZ.

При отклонении формы отверстий от прямоугольной характер поля изменяется так, что величины сферической аберрации в обеих плоскостях уменьшаются. При этом появляется октупольная составляющая поля, можно просто говорить об изменении распределения потенциала. Так как иначе при изменении формы электродов величина сферической аберрации как в плоскости XOZ, так и в плоскости YOZ снижается.

И сходя из чертежа предлагаемая линза обладает собирающей силой в плоскости ХОZ и рассеивающей в плоскости YOZ.

Аберрация в плоскости ХОZ более существенно зависит от формы отверстия первого электрода, а в плоскости YOZ - от формы отверстия второго электрода. Для того, чтобы существенно снизить аберрацию в двух плоскостях, необходимо изменение формы обоих электродов. Можно отметить, что в плоскости ХОZ (собирающая линза) получить нулевую или отрицательную аберрацию значительно труднее, чем в плоскости YOZ (рассеивающая линза).

Исследования показывают, что если, например, выполнить в иммерсионной линзе низковольтный электрод со щелью, вытянутой в направлении Y и расширяющейся к краям, а высоковольтный электрод со щелью, вытянутой в направлении Х, прямоугольной формы, то сферическая аберрация в плоскости YOZ (рассеивающая линза) составляет 119 отн. ед. , а в плоскости ХОZ (собирающая линза) - 205 отн. ед.

Если выполнить в иммерсионной линзе низковольтный электрод со щелью, вытянутой в направлении Y и сужающейся к краям (поперечный размер сведен до нуля), а в качестве высоковольтного электрода использовать электрод, который в предыдущем примере был низковольтным, причем щель вытянута в направлении Х и расширяется к краям (отношение максимального поперечного размера к минимальному равно трем) то величина сферической аберрации в тех же единицах составляет в плоскости YOZ (рассеивающее действие) - 25,9 отн. ед, (аберрация отрицательная), а в плоскости ХОZ +26,4 отн. ед. (аберрация положительная). Эти цифры можно приблизить к нулю изменением формы электродов. Результаты приведены для случая, когда поперечные размеры щелей в плоскостях симметрии остаются неизменными и одинаковыми для всех электродов.

Исследования показывают, что если величина отношения поперечных размеров для отверстия в высоковольтном электроде больше трех, то величина аберрации в плоскости YOZ (которая уже отрицательной была при отношении, равном трем) становится большой.

Исследования проводились методом математического моделирования с помощью ЭВМ. Результаты можно считать достоверными, поскольку погрешность при моделировании потенциалов составляла меньше 1% . Величина аберрации находилась траекторным методом. (56) Баранова Л. А. , Явор С. Я. Электростатические электронные линзы. М. : Наука, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1078493, кл. Н 01 J 29/56, 1982.

Использование: в электронной технике, в частности в электронной и приборостроительной промышленности при разработке электронно-лучевых приборов. Сущность изобретения: для снижения уровня сферической аберрации отверстия в двух соседних плоскопараллельных электродах линзы выполнены в одном в виде щели, сужающейся к краям, в другом в виде щели, расширяющейся к краям. 1 ил.

ИММЕРСИОННАЯ СКРЕЩЕННАЯ ЛИНЗА , содеpжащая не менее двух плоскопаpаллельных электpодов с отвеpстиями, каждое из котоpых имеет две плоскости симметpии, пpичем пpодольная плоскость симметpии одного отвеpстия совпадает с попеpечной плоскостью симметpии дpугого, отличающаяся тем, что, с целью снижения уpовня сфеpической абеppации, отвеpстия в двух соседних электpодах выполнены в одном - в виде щели, сужающейся к кpаям, а в дpугом - в виде щели, pасшиpяющейся к кpаям.