Сканирующее устройство для воспроизведения изображения образца Советский патент 1986 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к электронной микроскопии, в частности к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам.

Цель изобретения - упрош,ение устройства, достигаемое за счет обеспечения сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклоняющей системы зонда и исключения специальной отклоняющей системы сдвига с относительно мощными прецизионными усилителями.

На фиг. 1 показана общая структур- ная схема устройства; на фиг. 2 - схема формирователя сдвига растра.

Сканирующее устройство воспроизведения изображения образца содержит (фиг. 1) источник 1 заряженных частиц, электронно-оптическую систему 2 формирования электронного зонда 3, катущки 4 и 5 отклоняющей системы зонда и объекто- держатель 6. Схема визуализации изображения содержит детектор 7 и усилитель 8 сиг- налов изображения, выход которого соединен с модулятором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, выходы которого через усилители 11 и 12 развертки электронного луча соединены с катушками 13 и 14 отк.юняющей системы ЭЛТ 9. Схема включает также блок 15 управления увеличением, выход которого соединен с управляющими входами 16 и 17 двух усилителей 18 и 19 развертки зонда. Каждый из этих усилителей содержит блок 20 усиления, управляемый усилитель 21, сумматор 22 и резистор 23 отрицательной обратной связи (ООС). При этом первый вход блока 20 усиления соединен с выходом синхрогенера- тора 10, а второй вход - с выходом управляемого усилителя 21, первый вход которого соединен с выходом сумматора 22, а его второй вход является управляющим входом 16 усилителя 18 развертки зонда.

Выход блока 20 усиления через катущку 1 отклоняющей системы зонда соединен с первым выводом резистора 23 и первым вхо- дом суматора 22, второй вход которого соединен с выходом формирователя 24 сдвига растра. Аналогичным образом второй формирователь 25 сдвига растра соединен с сумматором другого усилителя 19 развертки зонда, Формирователь сдвига 24(25) может быть выполнен по схеме (фиг. 2), содержащей генератор 26 импульсов, соединенный через ключ 27 с реверсивным счетчиком 28, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 29, выход которого является выходом форми- рователя сдвига растра. Управляемый усилитель 21 может быть выполнен по схеме перемножающего дополнительного ЦАП.

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент усиления усилителей с ООС описывается выражением

KEF f4- BKl

(1)

где КЕ-коэффициент усиления усилителя

при отключенной ООС; В - коэффициент передачи напряжения

цепи ООС.

Применительно к усилителям развертки зонда, при условии, что нагрузкой усилителя является резистор ООС, выражение для коэффициента усиления напряжения развертки., которое поступает с синхрогенерато- ра 10 на вход блока 20 усиления, описывается следующим образом.

К,

КБУ-КОС

(г)

J+ КС-КУУ-КБУ-КОС где КБУ - коэффициент передачи блока усиления;

Кос-коэффициент передачи выходного напряжения, усилителя 18 через катущку 4 отклоняющей системы зонда на резистор 23 ООС; KC - коэффициент передачи сумматора 22;

КУУ - коэффициент передачи управляемого усилителя 21.

Выражение для коэффициента усиления напряжения сдвига, поступающего на второй вход сумматора 22 с формирователя 24 сдвига, описывается следующим образом:

,, Kc lJ/yKsy Кос

1+ КС-КУУ-КБУ-КОС

(3)

Таким образом, если на вход блока 20 усиления поступает напряжение UP развертки с синхрогенератора 10, на второй вход сумматора 22 поступает напряжение Uc, пропорциональное величине перемещения растра по образцу с формирователя сдвига 24, величина тока в катущках 4 и 5 отклоняющей системы зонда описывается выражением

i - П1

lot-lu l+K -Kyr-KEy-K.

, ir Кс К: 7 Ябу Код 1

. . ,, и . .V/ й

1+Кс-Куу-Кв -Кос Rot

(4)

где Roc - величина сопротивления резистора ООС.

При условии КУУ КБУ Кос . 1 и Кс«; 1, выражение (4) с больщой точностью - можно преобразовать в следующее:

Uc

(5)

Up 1

Ros . Roc

Из выражения (5) следует, что в усилителе 18 развертки зонда производится сум.ми- рование двух напряжений и преобразование суммы в отклоняющий ток развертки. Первое слагаемое определяет размер растра на образце и характеризуется обратной зависимостью от коэффициента передачи управляемого усилителя КУУ, а второе слагаемое определяет смещение растра на образце и прямо пропорционально напряжению сдвига Uc. Изменение увеличения за счет изменения К.УУ не влечет за собой смещение растра. Следовательно, катушки 4 и 5 отклоняющей системы зонда совмещают функции развертки и дополнительного отклонения зонда, что и позволяет исключить отклоняющую систему сдвига.

Изменение увеличения в предлагаемом устройстве сводится не к установке коэффициента усиления мощного усилителя путем переключения ключей во входной цепи и цепи ООС, а к изменению коэффициента усиления маломощного управляемого усилителя 21. Возможность управления сдвигом маломощным сигналом позволяет исключить мощные прецизионные усилители сдвига и упростить схему визуализации.

Как следует из формулы (5), точность установки заданного размера растра на образце и стабильность установленных размеров определяется точностью установки и стабильностью коэффициента усиления КУУ управляемого усилителя 21. Точности и стабильности можно добиться, если управляемый усилитель 21 выполняют по схеме перемножающего ЦАП. Коэффициент перемножающего ЦАП пропорционален коду на его цифровых входах

КУУ a-N,

где а - коэффициент пропорциональности;

N - значение кода на цифровых входах в десятичной форме.

Поскольку КУУ определяет размер растра на образце, то, используя значение кода на входе ЦАП и введя поправки, связанные с рабочими режимами микроскопа, можно просто индицировать увеличение устройства.

При проведении исследований оператору желательно иметь оперативную информацию о месте нахождения растра на образце.

Если растр по образцу перемещать дискретно с заданным шагом, это позволяет разбить весь образец на зоны, каждую из которых можно характеризовать координатами и, определив начало координат, с точностью до одного щага знать местонахождение растра на образце. Это можно осуществить, если в предлагаемом устройстве формирователи 24 и 25 сдвига выполнить по схеме, содержащей ЦАП, двоичный реверсивный счетчик, ключ и генератор импульсов.

При этом с выходов счетчика снимается информация о координате растра.

Сформированный электронно-оптической системой 2 зонд 3 отклоняется с помощью усилителей 18 и 19, развертки зонда и кату- щек 4 и 5 отклоняющей системы по сигналам синхрогенератора 10, образуя на поверхности образца растр квадратной или прямоугольной формы. Синхронно с зондом 3 с помощью усилителей II и 12 развертки электронного луча и катушек 13 и 14 отклоняю

15

щей системы ЭЛТ 9 по сигналам синхрогенератора 10 отклоняется электронный луч, образуя растр на экране трубки. Возникающий при зондировании образца эффект (вторичные, отраженные, поглощенные электроны, катодолюминесценция и т.п.) воспринимается детектором 7 и преобразуется в сигнал изображения, который через усилитель 8 сигнала изображения поступает на модулятор ЭЛТ, образуя видимое, уве10 личенное изображение образца.

Установка величины увеличения производится через блок 15 управления увелич- нием путем установки соответствующего коэффициента усиления управляемых усилителей 21 в цепи ООС усилителя 18 развертки зонда и такого же управляемого усилителя в цепи ООС усилителя 19. Выбор участка визуализации образца или его панорамный обзор производится по сигналам с формирователей 24 и 25 сдвига, поступающим

2Q на второй вход сумматора 22 в цепи ООС усилителя 18 и на второй вход аналогичного сумматора в цепи ООС усилителя 19. Через усилители 18 и 19 посредством отклоняющей системы зонда производится дополнительное его отклонение и соответствующий

25 сдвиг растра по образцу.

Если формирователь сдвига выполнен по схеме (фиг. 2),сигнал сдвига формируется следующим образом.

Оператор, замыкая ключ 27, посылает необходимое число импульсов с генератора

26 в реверсивный двоичный счетчик 28. Число этих импульсов определяет число щагов перемещения растра, а преобразование этих импульсов в ступенчатый сигнал сдвига осуществляется в ЦАП 29. При этом на выходах счетчика 28 имеется информация о коорди нате растра на образце, которую можно вывести на цифровые индикаторы. В случае получения панорамных снимков оператор должен переключить растр по одной из координат на его линейный размер. Для этого

40 необходимо послать в счетчик определенное число импульсов, соответствующее величине такого перемещения.

Формула изобретения

45 1. Сканирующее устройство для воспроизведения изображения образца, содержащее источник заряженных частиц, электронно-оптическую систему формирования электронного зонда, катущки отклоняющей системы зонда и объектодержатель, а также схему визуализации изображения, включающую детектор и усилитель сигналов изображения, выход которого соединен с модулятором электронно-лучевой трубки, синхрогене- ратор, выходы которого через усилители

55 развертки электронного луча соединены с катушками отклоняющей системы трубки, блок управления увеличением, выход которого соединен с управляющими входами двух

50

5

усилителей развертки зонда, блок усиления каждого из которых первым входом соединен с выходом синхрогенератора, а выходом через соответствующую катушку отклоняющей системы зонда - с первым выводом резистора отрицательной обратной связи, второй вывод которого соединен с общей щиной усилителя развертки зонда, и два формирователя сдвига растра, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, каждый усилитель развертки зонда снабжен последовательно соединенными сумматором и управляемым усилителем, причем первый вход сумматора соединен с первым выводом резистора отрицательной обратной связи, второй вход сумматора соединен с выходом соответствующего формирователя сдвига растра, второй вход управляемого уси26

-

Фиг. 2

лителя служит управляющим входом усили теля развертки зонда, а выход управляемого усилителя соединен с вторым входом блока усиления.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемый усилитель выполнен по схеме перемножающего цифроаналогового преобразователя.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь сдвига растра содержит

генератор импульсов, ключ, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а выходы счетчика соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом формирователя сдвига растра.

2(25)

29

-

-J

А

-

2В

Изобретение относится к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам. Цель изобретения - упрощение устройства достигается обеспечением сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклоняющей системы (ОС) зонда и исключения специальной ОС сдвига с относительно мощным прецизионным усилителем. Сканирующее устройство содержит источник 1 заряженны.х частиц, электронно-оптическую систему 2 формирования электронного зонда 3, катушки 4 и 5 ОС зонда и объектодержатель 6. Схема визуализации изображения содержит детектор 7 и усилитель 8 сигналов изображения, соединенный с модулятором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, соединенный через усилители 11 и 12 развертки с катушками 13 и 14 ОС ЭЛТ 9, блок 15 управления увеличением, соединенный с входами 16 и 17 усилителей 18 и 19 развертки зонда, каждый из которых имеет блок 20 усиления и резистор 23 отрицательной обратной связи. Для достижения цели в усилители 8 и 19 введены управляемый усилитель 21 и сумматор 22. Устройство также содержит формирователи 24 и 25 сдвига растра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. сл to со О5 ел 05 00