Автоионный микроскоп Советский патент 1983 года по МПК H01J37/285 

Изобретение относится к автоионной микроскопии и предназначено для анализа атомной структуры металлических образцов. Известен автоионный микроскоп, состоящий из вакуумной камеры, флуо ресцирующего экрана, игольчатого об разца, систем напуска изображающего газа и охлаждения образца. Конструк ция микроскопа позволяет работать при пониженном давлении изображающего газа, а также использовать в нем, в качестве изображающих, газы с малой эффективностью возбуждения свечения люминофора ly : Наиболее близким к предлагаемому является автоионный микроскоп, cot держащий внутри вакуумной камеры игольчатый образец, флуоресцирующий экран, системы напуска изображающег газа и охлаждения образца. Недостатком таких автоионных мик роскопов является низкий положитель ный выход обеспечиваемого им микрос копического анализа металлических образцов, т.е. низкий процент иссле дуемых образцов, для -которых удаетс получить удовлетворительные микроизображения атомной структуры поверх ности (например, для образцов из тугоплавких металлов он составляет около 50%) . Это связано о отсутствием в автоионных микроскопах.активного воздействия на структуру промежуточного слоя атомов и молекул изображающего газа, адсорбированных на поверхности образца. Цель изобретения - повышение выхода микроскопического анализа./ Указанная цель достигается тем, что автоионный микроскоп, содержащий внутри вакуумной камеры игольчатый образец, флуоресцирующий экран, системы напуска изображающего газа и охлаждения образца, снабжен дополнительной системой импульсной стимуляции газового разряда, выполненной в виде осесимметричного электрода, размещенного между образцом и экраном и снабженного механизмом перемещения в перпендикулярной оптической оси направлении. . На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемого микроскопа, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (схема электрода системы стш уляции) f , Автоионный микроскоп включает игольчатый образец 1, установленныйв керамическом держателе 2 и свединеннай с вводами 3 высокого напряжения в изоляторах 4. Вакуумная камера 5 имеет фланец 6, соеданенный со средствами откачки и системой напуска изображающего газа. Дополнительная система стимуляции газового разряда образована осесимметричным электродом 7, выполненным, например в виде сетки и соединенным с механйз мом перемещения, который может включать рычаг 8, связанный с подвижным сердечником 9 электромагнитной катушки 10. Злектрод 7 установлен соосно с игольчатым образцом 1 и узлом экрана 11, снабженного микроканальной пластиной 12 имеет контакт 13 и закреплен в керамической шайбе 14, которая может служить опорой также для дополнительного термокатода 15. Шайба 14 имеет упор 16, контактирующий с рычагом 8, и приливы с отверстиями, ъ КОТОРЫХ проходят направляющие 17. Система охлаждения образца содержит криогенный сосуд 18, свя- занный в тепловом отношении с керамическим держателем 2 образца 1. Устройство работает следукадим образом. В основу конструктивных особенностей автоионн.ого- микроскопа положена идея реализации способа исследования образцов, предполагающая создание в области образца кратковременного газового разряда с одновременным, импульсным удалением (десорбцией и испарением) полем пленки изобргикающего газа и части поверхностных атомов исследуемого материала. Достигается это периодическим введением в пространство между образцом 1 и микроканальной пластиной 12, служащей усилителем яркости формируемого на экране 11 автоионного изображения, системы импульсной стимуляции газового разряда в данном, случае металлокерамического узла: керамической шайбы 14 с термокатодом 15 и электрода 7. Движение указанного узла фиксируется двумя вертикальными направляющими 17. Его верхнее положение реализируется при включенной катушке 10, когда сердеч|ник 9 переводит рычаг 8 в положение, показанное на фиг. 1..При выключе НИИ питания катушки пружина возвраи;а ет рычаг в положение/ показанное на фиг. 1 штриховыми ЛИНИЯМИ, и металлокерамйческий узел, выходит -., . из пространства образец - экран. При работе микроскопа с помсяцью схем автоматического питания и управления ocyщecтвJ lяютcя следующие рабочие Режимы. Сначала на экране 11 микроскопа олучают исходное автоионяое изобраение поверхности образца и фиксирут его кинокамерой. Если его вид вляется иеуловлетворительньм, то ключается питание катушки 10 и, дновременно, нака.п термокатода 15 подачей запирающего потенциала на лёктрод 7. Затем с небольшшл вре-г енньв сдвигом подается отпирсцмций мпульс на электрод 7 и испаряющий мпульс т на образец 1. В результате

в пространстве образец-электрод ини-1 цируется газовый разряд и происходит удаление части пленки изображающего газа и материала самого образца. После этого питание катушки 10 отключается и металлокерамический узел выходит из пространству образецэкран. При этом постоянно осуществляется визуальный контроль качества изображения. Если оно недостаточное, ) то стимуляция газового разряда повто ряется, причём амплитуда отпирающего и испаряющего импульсов увеличиваются на заданную величину. Повторение осуществляется до тех пор, пока не. получится качественное автоионное изо6р1ажение. Полученное изображение фотографируется и производится испарякицимй импульсами одинаковой ..:«. амплитуды) переход к новой поверхности (новому сечению) образца. Микроскопический анализ новой поверхности требует более высокого потенциала на образце для соблюдения условия максимума вероятности автоионезации изображающего газа у по- верхности образца. Если полученное изображение снова оказывается недостаточно качественным, то включаетря

дополнительная система стимуляции разряда и описанный процесс повторяется.

Экспериментально установлено, что необходимым условием эффективности работы микроскопа является размещение электрода 7 на расстоянии 2 5 мм от образца..

В случае превышения верхнего предела, снижается вероятность инициирования газового разряда при оптималь ном поджигающем токе электронов, равным vi,- 3 А, тогда как при рас-5т стоянии, меньшем указанного нижнего предела, газовый пробой приводит к заметному разрушению образца.

- Прибор весьма удобен в работе, его использование резко увеличивает полезный выход анализа, например для образцов из тугоплавких металлов он доведен до 95%, для образцов из металлов, характеризующихся средними температурами плавления до 40%.

Повышение полезного в лхода микроскопического анализа для образцов обеспечивает повышение производительности труда, так как существенно сокргидается время эксперименто1з.

АВТОИОйНЫЙ МИКРСГСКОП, содержащий внутри вакуумнрй камеры игольчатый образец,флуоресцирующий экран, системы напуска изображающего газа и охлаждения образца, о т л ичающийс я тем, что, с целью повышения выхода микроск-опического анализа, он снабжен дополнительной системой импу ьхгной стимуляции газового разряда, выполненной в 19иде осесимметричного электрода, размещенного между образцом и экраном и снабженного механизмом перемефйьения в перпендикулярном оптической оси направлении

f(-A

В