Электростатическая отклоняющая система Советский патент 1990 года по МПК H01J49/00 

+ vs ;jarctg Lth(5

(1) ifr.

ft- x , ,Ъ v п л; I

„....) tg(.r rj| i

Изобретение относится к электронной оптике и может использоваться при разработке приборов со сканированном пучка по поверхности в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения и расширение функциональных возможностей-достигается путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Отклоняющая система содержит четное или нечетное число пар противолежащих электродов 1, 2, 3, 4, 5, 6, обладающих двумя взаимноперпендикулярными плоскостями антисимметрии, вдоль линии пересечения которых направлена продольная ось устройства, в направлении которой сдвигаются отклоняемые частицы. Противолежащие в каждой паре электроды подключены к источникам напряжения 7 и 8 противоположной полярности, за счет чего обеспечивается отклонение частиц в вертикальной плоскости. Кроме того, на каждую пару электродов, противолежащих относительно вертикальной плоскости антисимметрии, подаются дополнительные смещения потенциалов противоположного знака, обеспечивающих отклонение частиц в горизонтальной плоскости. Изобретение характеризуется повышенной чувствительностью отклонения и малыми аберрациями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

где A;., 1, + la + ... 1, ;

;, + 1;.

Размеры 1 и d указаны на фиг, 1. Потенциалы и + ; Vij, симметричные относительно плоскостей XOZ и YOZ и антисимметричные относительно плоскостей YOZ и XOZ соответственно обеспечивают отклонение в горизонтальном и вертикальном направлениях. Коэффициенты при первой гармонике в разложении потенциала (1) в виде ряда по степеням х, у , ответствен-

ные за чувствительность отклонения, равны:

0

к - z: г,

.v.....

i / И «

сМ V,

fl,

к

5

а

,,

(2)

Коэффициенты при высших гармониках в разложении потенциала (1), определяющие неоднородность отклоняющего поля, равны:

Jx

Коэффициенты К ss KT и т.д. записываются аналогичным образом. С ростом номера гармоник величины коэффициентов уменьшаются.

Чувствительность отклонения в перпендикулярном пластинам направлении равна чувствительности плоского конденсатора при 1,4... и 1 и ПРИ боль- i

шой ширине пластин. Так для -- 3

,а 0.9998; кзу 2,б5-Ю для

-jj- 5 К,у 1,0000, К 1.14.105

Таким образом, начиная с -:- 3,

а

составляющая поля Е и практически постоянна. Поэтому подача потенциалов +Vu на каждую пару противолежащих электродов обеспечивает высокую однородность поля в перпендикулярном электродам направлении,

Рассмотрим отклонение в направлении, параллельном электродам. Для простейшей конструкции и питания, т.е. для случая двух пар электродов, имеем: V +V ц - Vj - на противолежащих электродах слева от вертикальной плоскости симметрии и V +V u + + V,( - справа, это означает, что Ј - 1. При этом 0,996; K3lf -0,413; Ksx 0,254. Введение дополнительных пар электродов с шириной,

изменяющейся в пределах 0,2 --- i 1,

позволяет получить условия обращения в нуль коэффициентов при третьей, пятой и т.д. гармониках в разложении потенциала. Так, при трех парах элек1 п п

тродов с шириной -т- 0,57 и -j- - аа

2,, либо при -Ј 0,56 и --г- аа

4,44 (т.е. при 0,56± 0,01,

а«

-т- 2,4 -4,4) имеем из формулы (3) Kjjt 0 при JT, 0, г 1. При четыJ to

5

0 ,

рех парах электродов с шириной

d

0,85 и -1- 2,15 имеем К,х - К5А

5 0 при jf4 0,19 и fft- 1 и т,д. Таким образом, при увеличении количества пар электродов удается достичь поля любой требуемой однородQ ности.

Выход за указанные пределы ухудшает однородность поля, чувствительность отклонения. При ширине средних

электродов --- с 0,2 сильно увеличивается неоднородность поля. Так, при -- 0,16 и - 3,84 для того,

чтобы К)с было равно нулю, надо иметь -0,91 и |°2 1 , при этом 0,80, остаточный коэффициент велик (К5 -0,35), а количество пар электродов - четыре вместо трех, как в заявленном режиме. При ширине сред5 них электродов --1 1 уменьшается

чувствительность отклонения. Так, при --- 1,5 и --- 2,5 однород0 ность поля высока, К3 0, Ку 0,04, однако коэффициент К, - 0,32, т.е. чувствительность отклонения в два раза ниже, чем в предложенных режимах.

5 Режим питания, при котором | О, представляет наибольший интерес, так как в этом случае обе пары средних электродов, близлежащих к вертикальной плоскости симметрии слева и спра0,ва от нее, имеют один и тот же потенциал ±Vu, т.е. могут быть выполнены как единое целое. Режим питания „ 1 является рациональным, обеспечивая подачу на крайние пары одинако5 аых потенциалов для любого количест- ва пар электродов в виде суммы |(разности) основных задающих требуемое отклонение напряжений (±Vu VX). Выход за верхний предел

71

( ) ухудшает чувствительность отклонения в параллельном направлении, так как для достижения той же собственной чувствительности вместо 1 надо подавать } В. Выход за нижний предел ухудшает однородность поля (см. например, пример с 4 -0,91). Таким образом, при соблюдении указанных пределов изменения электрических и геометрических параметров достигается наилучший положительный эффект. При одинаковых эффективных длинах отклоняющих систем и одних и тех же ускоряющих напряжениях собственная чувствительность отклонения определяется следующим образом:

к Јikb (

0 Sdif l ;

w

где 2d - расстояние между противолежащими электродами;

L - длина системы вдоль продольной оси;

tf - ускоряющее напряжение;

К , - коэффициент при основной

гармонике, определяемый формой и расположением электродов.

Сравнение () с учетом величины -„-,Ј.а

с известными отклоняющими системами при одинаковых габаритах показывает, что чувствительность отклонения новых систем при предлагаемых способах питания в 1,6-6,6 раз больше, т.е. достигается положительный эффект, при этом количество пар электродов в новых системах меньше.либо одинаково, а однородность поля выше (оста- точные коэффициенты в разложении потенциала) по сравнению с известными.

Формула изобретения

1„ Электростатическая отклоняющая система, содержащая пару плоских про8

тиволежащих электродов, установленных параллельно один другому и обладающих плоскостью антисимметрии, о тп- лицающаяся тем, что, с це- лыо повышения чувствительности отклонения и расширения функциональных возможностей путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям, в устройство введены дополнительно/ пары плоских противолежащих электродов, обладающих дополнительной плоскостью антисимметрии, перпендикулярной к первой плоскости антисимметрии.

2, Система по п.1, отличаю- щ а я с я тем, что выполнены условия

3 Ј--{-65; 0,2

Ч1

1, где

0

s

0

2L - общая длина отклоняющей системы, а 1{ - длина пары электродов с порядковым номером i вдоль первой плоскости антисимметрии; 2d - расстояние между плоскопараллельными электродами вдоль дополнительной плоскости антисимметрии, , 2, 3,...,п - порядковый номер пар электродов при отсчете влево и вправо от дополнительной плоскости антисимметрии.

1,16.

k. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что общее число пар электродов равно четырем и

выполнены условия: 0,8 ---- 0.86,

d

0,78

-Ј

с 0,80.

f1

/

Фиг. 2

1

-X

Pi/е.З