Магнитная фокусирующая система Советский патент 1978 года по МПК H01J29/64 

(54) МАГНИТНАЯ ФОКУСИРУЮЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к электронной оптике, в частности к магнитным линзам и системам из них, и может быть использовано для улучшения качества изображения и повышения интенсивности пучков в приборах и устройствах, использующих электронные и ионные пучки.

Известна конструкция магнитного совмещенного квадрупольно-октупольного элемента, с регулируемой аберрацией третьего порядка, состоятся из восьми полюсов. Причем два расположенные рядом октупольные полюса используются одмовре.менно как один квадрупольный полюс 1.

. Однако из-за больших трудностей при изготовлении и настройке такие системы до сих пор не нашли применения в промышленности.

Известна также магнитная фокусируюшая система, содержащая, ао крайней мере, одну магнитную квадрупольную линзу, соетояшую из ярма, четырех иолюсов, расположенных симметрично относительно взаимно перпендикулярны плоскостей, проходящих через оптическх ю ось линзы, с катушкой на каждом полюсе 2.

Недостатком известной системЬ1 является наличие неустранимых геометрических аберраций третьего порядка и, в первую очередь, сферической. Эти аберрации ухудшают качество изображения, создаваемого электронно-оптической системой, и не дают воз.можности использовать широкие пучки заряженных частиц.

Целью изобретения является повышение эффективности использования пучка заряженных частиц и улучшение качества создаваемого системой изображения.

Это достигается тем, что в предлагаемой систе.ме на ярме симметрично относительно взаимно перпендикулярных плоскостей расположены две группы катушек по четыре в каждой, причем катушки первой группы ряз 1сщс1Ц11 посередине между полюсуми квадрупольной линзы, а катушки второй группы - между катушками первой, при этом катушки каждой группы соединены согласно, а по отношению к другой группе - встречно.

Каждая катушка второй группi i состоит из двух идентичных секций, си.мметрично расположенных по обе стороны полюса.

На чертеже схематически показана магнитная квадрупольно-октупольная линза. один из вариантов конструкции, поперечное сечение. Одна или несколько таких линз составляют предлагаемую фокусируюн1ую магнитную систему. Магнитная линза содержит четыре полюса 1-4, охватываемые единым ярмом 5. На каждом полюсе расположено по одной катушке 6-9. На ярме 5 надето две группы катушек по четыре в каждой. Катушки 10-13 первой группы расположены посередине между полюсами, а катушки 14- 17 второй группы - между катушками первой так, что катушки разных групп чередуются. Катушки 14-17 второй группы вы-, полнены, например, из двух симметричных секций, расположенных по обе стороны поУстройство работает следующим образом, Ток 1 пропускают через обмотки 6-9 полюсов, которые включены так, что полярность полюсов чередуется. В результате возникает квадрупольное поле, возрастающее до центра по линейноыу закону и обеспечиваюш.ее фокусировку отрицательно заряженных частиц в плоскости XOZ (ось Z направлена на нас) и дефокусировку в плоскости ypZ. Ток i пропускают через катушки 10-13 и таким образом, чтобы катушки в каждой группе оказались включенными согласно, а обе группы между собой встречно. Возникает составляющая потенциала, пропорциональная четвертой степени координат, ответственная за октупольное поле, меняющееся по кубическому закону от координаты. В зависимости от направления и величины октупольного поля изменяется сила, действующая на пучок заряженных частиц, причем это изменение влияет на фокусировку квадрупольной линзы аналогично ее аберрационным членам. Благодаря наличию электрически регулируемой октупольной составляющей поля возможно уменьшить, скомпенсировать или изменить знак сферической и других геометрических аберраций третьего порядка квадрупольной линзы. Однако один октуполь, включенный таким образом, чтобы улучшить качество фокусировки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях XOZ и YOZ, ухудшает ее в плоскостях, расположенных под углом 45° к ним. Это означает, что для полной компенсации аберрации нужно несколько октуполей. Поскольку для создания точечного изображения точечного источника требуется не менее двух квадрупольных линз, то использование системы из предлагаемых совмещенных квадрупольно-октупольных элементов с регулируемой аберрацией позволяет решить проблему полной и частичной коррекции. Коррекция аберрацией третьего порядка приводит к улучшению качества создяв;иМ)Г() (соображения и по.чв ляет увеличить апертуру пропускаемого чорез сис1ему пучка, т. е. повыи.ает эффекпинность его использования. Оценка эффективности тфименения предлагаемой системы из квадрупольно-октупольных линз в электронно-оптической системе (ЭОС) широкополосной осциллографической электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) показывает следующее. ЭОС осциллографической ЭЛТ с триплетом квадрупольных линз имеет следуюшую геометрию: эффективная длина каждой из трех .линз , 12 мч, расстояния между первой и второй линзами S 18 мм, между второй и третьей линзами 5г 62мм, от кроссовера до входа в триплет а 48 мм, от выхода из триплета до экрана g 310MM, При следующих возбуждениях магнитных квадрупольных линз: (3L),0,602, () г 0,587 и ()з 0,359, обеспечивается стигматичный режим с увеличениями Му 4,83 и MX 3,75. Размер пятна на экране в плоскости (YOZ) сигнального отклонения при размере кроссовера 25 мк и апертуре пучка а 0,0113 рад составляет 0,21 мм. В случае применения предлагаемых квадрупольно-октупольных линз осуществляется полная коррекция сферической аберрации третьего порядка, и размер пятна, определяемый только гауссовым, увеличением системы, составит 0,12 мм. Предлагаемая система обеспечивает существенное улучшение качества изображения (в зондовых системах РЭМ и ЭЛТ в 1,5-6 раз уменьшается размер зонда) и повышает эффективность использования пучка (ток зонда возрастает в 3- 60 раз). Формула изобретения . Магнитная фокусирующая система, содержащая, по крайней мере, одну магнитную квадрупольную линзу, состоящую из ярма, четырех полюсов, расположенных симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих че рез оптическую ось линзы, с катушкой на каждом полюсе, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности использования пучка заряженных частик и улучшения качества .изображения, ча ярме симметрично относительно упомянутых плоскостей расположены две группы катушек по четыре в каждой, причем кату1лки первой группы размещены посередине между полюсами квадрупольной линзы, а катушки второй группы - между катушками первой, при этом катушки каждой группы соединены согласно, а по отношению к друг1)й группе встречно. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждая катушка второй групггы состоtir n; двух идентичных секций, симметрично расположенных нп обо стороны полюса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

17

а

HS