ИММЕРСИОННЫЙ МАГНИТНЫЙ ОБЪЕКТИВ ЭМИССИОННОГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА Российский патент 2016 года по МПК H01J3/20 H01J37/04 

Изобретение относится к электронным линзам, а точнее к иммерсионным магнитным объективам, и может быть использовано при формировании эмиссионного изображения исследуемого объекта на люминесцентном экране эмиссионного электронного микроскопа.

Иммерсионный магнитный объектив предназначен для формирования качественной эмиссионной картины с большим электронно-оптическим увеличением при изучении топологии поверхности, например термокатодов.

Известен иммерсионный магнитный объектив для эмиссионного электронного микроскопа [1]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками, выполненными из магнитопроводящего материала, объектодержатель и катушку возбуждения.

Основным недостатком такого объектива является наличие разрыва в магнитопроводе для размещения в нем изолятора, крепящего верхний полюсный наконечник, что приводит к большой потере напряженности магнитного поля в зазоре размещения объекта и не позволяет сфокусировать эмиссионное изображение достаточно четко. Следовательно, не обеспечивает электронно-оптического увеличения при наблюдении эмиссионных объектов с малыми размерами эмиссионных зон.

Известен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа - прототип [2]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала, объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Две части верхнего полюсного наконечника соединены между собой кольцом из немагнитного материала. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Повышение электронно-оптического увеличения достигается за счет возникновения на оптической оси дополнительной магнитной линзы, образующейся в щели.

Недостатками такого объектива являются:

- недостаточное электронно-оптическое увеличение и качество изображения при исследовании изделий с малыми размерами эмитирующей поверхности;

- возможность возникновения электрического пробоя между заземленным объектом исследования и нижней частью верхнего полюсного наконечника при исследовании объектов, имеющих острийные выступы.

Техническим результатом изобретения является повышение электронно-оптического увеличения при сохранении оптической базы микроскопа, улучшение качества эмиссионного изображения и расширение номенклатуры исследуемых объектов.

Технический результат достигается тем, что иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа содержит корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала с продольным каналом по оптической оси системы, в зазоре между которыми размещен объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом, изолирован от корпуса и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор. Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, который выполнен из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе. Причем торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью.

Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор, что позволяет подавать на каждую часть анода разные по величине электрические потенциалы. В случае, когда высокий потенциал подан на верхнюю часть анода (верхнюю часть верхнего наконечника), а более низкий потенциал на нижнюю часть анода (нижнюю часть верхнего наконечника), в щели объектива образуется рассеивающая электростатическая линза, увеличивающая эмиссионное изображение на экране микроскопа. А если потенциалы поданы наоборот, то образуется собирающаяся электростатическая линза, уменьшающая эмиссионное изображение на экране микроскопа.

Чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхнюю часть анода подают электрический потенциал ниже чем потенциал на нижней части анода.

Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, выполненный из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, и закрепленный на корпусе. Экранирующий электрод как и объект находится под потенциалом земли. Что позволяет устранить электрический пробой, который может возникнуть при исследовании объектов с острийными частями.

Торцевые поверхности нижней части верхнего наконечника и конуса ограничены единой плоскостью, что обеспечивает оптимальную работу анода, то есть объект может быть приближен к аноду на расстояние, при котором не возникает электрический пробой.

Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа, где:

фланец 1;

корпус 2;

верхний полюсный наконечник 3;

нижний полюсный наконечник 4;

объектодержатель 5;

объект 6;

верхняя часть верхнего полюсного наконечника 7;

нижняя часть верхнего полюсного наконечника 8;

изолятор 9;

изолятор 10;

экранирующий электрод 11,

катушка фокусирующая 12,

сильфонный привод 13,

s - ширина щели,

d - ширина зазора,

Пример.

Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа для исследования термокатодов содержит закрепленный на фланце 1 корпус 2, выполненный из стали 10895(АРМКО), который является магнитопроводом. Соосные между собою верхний 3 и нижний 4 полюсные наконечники, выполненные из стали 10895(АРМКО), с продольным каналом по оптической оси системы. В зазоре между полюсными наконечниками 3 и 4, шириной d, равной около 10 мм, на объектодержателе 5 закреплены термокатоды 6.

Нижний полюсный наконечник 4 может перемещаться по оси с помощью сильфонного привода 13.

Верхний полюсный наконечник 3 разделен на две части 7 и 8 щелью шириной s, равной 2 мм. Верхняя часть 7 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 9, выполненным из керамики 22ХС, а нижняя часть 8 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 10, выполненным из 22ХС. Верхний наконечник 3 помещен в экранирующий электрод 11, выполненный из нержавеющей стали X18Н10Т в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, который закреплен на корпусе 2. Торцевые поверхности нижней части анода 8 и конуса электрода 11 ограничены единой плоскостью. Фокусирующая катушка 12 предназначена для создания магнитного поля в щели и зазоре.

Объектив работает следующим образом.

Фланец 1 прикрепляют к камере эмиссионного электронного микроскопа. Термокатод 6 закрепляют на объектодержателе 5 и помещают в корпус 2. Камеру микроскопа откачивают до высокого вакуума (приблизительно 1·10^-5Па). Термокатоды 6 нагревают до получения термоэмиссии. Высокий потенциал(примерно 20Кв) подают на верхнюю часть анода (верхняя часть 7 верхнего наконечника 3) и низкий потенциал (примерно 15 Кв) подают на нижнюю часть анода (нижняя часть 8 верхнего наконечника 3). Включают фокусирующую катушку 12 и получают на экране микроскопа нефокусированное эмиссионное изображение. Изменяя ширину зазора d, перемещая нижний наконечник 4 сильфонным приводом 13, повышают четкость изображения. Ширина зазора d может быть от 5 мм до 25 мм в зависимости от габаритов исследуемого объекта.

Далее, чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхней части 7 верхнего наконечника 3 оставляют электрический потенциал 20Кв, а на нижнюю часть 8 верхнего наконечника 3 подают 30Кв. Из-за наличия разности потенциалов основная масса ионов микроскопа движется в сторону экрана и лишь небольшая часть ионов направляется к объекту.

Использование предлагаемого устройства в экспериментальном образце позволило получить магнитный объектив с повышенным электронно-оптическим увеличением в 2 раза при сохранении оптической базы микроскопа. При оптической базе микроскопа L=350 мм электронно-оптическое увеличение с объективом-прототипом составляло до 300 - крат, а с нашим образцом составило 600-крат.

Магнитный объектив позволяет исследовать объекты с острийными частями.

Ионная бомбардировка в микроскопе с помощью предлагаемого объектива уменьшилась в 30 раз, что позволило получить более качественное изображение.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №241560, М.Кл. H01J 37/10.

2. Патент RU №2002329, МПК H01J 3/20 - прототип.

Изобретение относится к электронным линзам, а точнее к иммерсионным магнитным объективам, и может быть использовано при формировании эмиссионного изображения исследуемого объекта на люминесцентном экране эмиссионного электронного микроскопа. Технический результат - повышение электронно-оптического увеличения при сохранении оптической базы микроскопа, улучшение качества эмиссионного изображения и расширение номенклатуры исследуемых объектов. Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа содержит корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала с продольным каналом по оптической оси системы, в зазоре между которыми размещен объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом, изолирован от корпуса и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор. Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, который выполнен из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе. Торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью. 1 ил.

Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа, содержащий корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала с продольным каналом по оптической оси системы, в зазоре между которыми размещен объектодержатель с объектом, верхний полюсный наконечник, являющийся анодом, изолированный от корпуса, выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси, нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор, верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, выполненный из немагнитного материала, в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе, причем торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью.