Корпускулярно-зондовое устройство Советский патент 1981 года по МПК H01J37/26 

(54) КОРПУСКУЛЯРНО-ЗОНДОВОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к устройствам для создания направленного, потог ка заряженных частиц, в частности к зондовым устройствам электронных и ионных микроскопов и микроанализаторов, а также аппаратов дая корпускулярно-лучевой обработки материалов, в которых используется точечный катод в качестве источника электронов Известны .электронные и ионные пуш ки и микроскопы с точечными катодами, в которых корпускулярный зонд на поверхности образца создается при по мощи электростатической фокусирующей системы, имеющей электроды специальной формы, например воронкообразной llОсновным параметром корпускулярно-зондового устройства является раз решающая способность, которая определяется размерами зонда на поверхности образца. В устройствах с точеч ными катодами величина зонда на поверхности образца в основном зависит от сферической и хроматической аберр ции факусирующей системы. Форма электродов фокусирующей системы выби рается такой, чтобы при данных pat6oчих условиях (положение держателя об разца и напря;хения на электродах) свести к минимуму коэффициенты этих аберраций. При этом форма рабочих поверхностей электродов обеспечивает на оси корпускулярно-зондового устройства определенное распределение потенциала. Однако корпускулярно-зондовые устройства, содержащие электроды воронкообразной формы, имеют низкую разрешающую способность. Наиболее близким к- изобретению по технической сущности и достигаемому результату является корпускулярнозондовое устройство, содержащее источник заряженных частиц с точечным катодом, аксиально-симметричную фокусирующую систему, состоящую, по крайней мере, из одной пары электродов, и держатель образца L2j. В этом устройстве рабочая поверхность каждого электрода симметричной пары представляет собой эквипотенциальную поверхность со следующим расщзеделением поля: 0a)V tO+Ci,5+a)I-(,2aK),5) , где Z - текущая координата вдоль оси устройства в единицах длины фокусирующей системы/ V - потенциалы первого (Z -1) и второго () электродов относительн потенциала катода соот ветственно, а 0-0,4.. Эта фокус-иру ицая система имеет аберрации, слишком большие для полу чения высокой разреша1гацей способнос ти, необходимой для решения многих ;научных и производственных задач. Например, для а 0,2, расстоянии от поверхности образца до второго электрода см, коэффициенты сферической и хроматическо :аберраций, отнесенные к плоскости катода, равны соответственно Ц.,01 см и С,ф 3,17 см/Кэв. ; Цель изобретения - повышение разрешающей способности устройства. Это достигается тем, что электро ды -каждой пс.уы фокусирующей системы выполнены несимметричными один относительно другого, а форма их рабо чих поверхностей обеспечивает на ос корпускулярно-зондового устройства между электродами каждой пары распр деление потенциала в виде (Va-V,) . ио$ где Z - текущая координата вдоль ос устройства/ С - длина каждой пары электродо 2. потенциалы первого и второго электродов па ры относительно пате« циала катода соответственно; а - безразмер ный параметр, определя мый расстоянием между поверхностью образца и последним электродом системы, длиной фокуси рующей системы, потенциалами на первом и по леднем электродах сист мы и расстоянием от ка тода до первого электр да. В оптимальном случае форма рабоче поверхности первого электрода пары о определяется выражением ге f s-iin(iiz/i2gj Tt V2a cos(icz/2e)при0 ;гагссо5 - е lt-Vza а рабочая поверхность второго электрода - вырс1жением ,- g ГТ со э{-П-г12.г) Y -2aco z/2e; |-arccos; --, где г - расстояние от оси системы до. рабочей поверхности. Для упрощения технологии изготовления рабочие поверхности электродов фокусирующей системы могут иметь воронкообразную форму с углом раствора, равным ot - 2.агс1{г V0.a- т) для первого электрода пары и 0/2 Sat-ctp- Vgfa для второго электрода пары. На фиг. 1 схематически изображена принципиальная схема предлагаемого корпускулярно-зондового устройства с фокусируквдей системой из двух электродов, форма рабочих поверхностей которых определена приведенными выражениями для г,- на фиг. 2 - то же, с фокусирующей системой из двух электродов, имеющих воронкообразную форму рабочих поверхностей. Корпускулярно-зондовое устройство (фиг; 1) содержит источник 1 заряженных частиц с точечным катодом 2, аксиальнесимметричную фокусирующую систему длиной 1, состоящую из электродов 3, и 4, держатель 5, в котором закреплен исследуегиый образец 6. Первый электрод 3 фокусирующей системы находится под потенциалом V. относительно потенциала катода 2 и отстоит от него на расстоянии 1. Второй электрод 4 фокусирующей системы находится под потенциалом относительно потенциала катода 2 и расположен на расстоянии ZQ от поверхности образца б . Заряженные частицы из источника, проходя через фокусирующую систему, создают корпускулярный зонд на поверхности образца 6. При данных значениях Z,, Z, V и V-2.J определяемых конструктивными особенностями и назначением корпускулярнозондового устройства, существует единственное значение параметра О, при котором величина зонда (участка поверхности образца, облучаемого заряженными частицаьш) становится минимальной . Так, например, при ,06 см, ZQ 8,00 CM,V)V2. 7 получаем а 7,0. При этом 9,82 см и С)(,32см|кэв. Это в 3,5 раза меньше , чем С(, и в 2,4 раза меньше , чем Схр в известном устройстве. В устройстве, имеющем воронкообразную фокусирующей системы (с фиг. 2), электрод 3 имеет угол раствора of, а электрод 4 - OLy,. Предложенная конструкция корпускулярно-зондового устройства позволяет существенно повысить разрешающую способность устройства и в некоторыз: случаях устранить необходимость дополнительных фокусирующих устройств, напримермагнитнах линз. Формула изобретения 1. Корпускулярно-зондовое устройство, содер5ха1цее источник заряженных частиц с точечным катодом/ аксиально симметричную фокусиру1ядую систему, состоящую, по KpaflHBV мере, из одной пары электродов, и держатель образца (этличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способ ности устройства, электроды каждой пары фокусирующей системы выполнены неси метричными один относительно др гого , а форма их рабочих поверхносте обеспечивает на оси корпускулярнозондового устройства между электрода ми каждой пары распределение потенци ала в виде Фtг)--V - CVг-v,S1n2a -;a, для Z - текущая координата вдоль оси устройства; € - длина каждой пары электродов; V и Vj. - потенциалы .первого и второго З лектродов пары относительно потенциала катода соответственно, а - безразмерный параметр, определяемый расстояние между поверхностью образца и последним электродом системы, длиной фокус ру1лдей системы, потенциалами на первом и последнем электродах системы и расстоянием от катода до первого электрода. 2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма рабочей поверхности первого электрода пары определяется выражением 2е гт s-infttz/ e) ft Vidcoe di litbl. О z/e 2 /тг arccos -f/-V5a / a рабочая поверхность второго электрода - выражением CQs(f z/2ej 2.6 /1 V -2acos fez/ie) . 2 -avcco - расстояние от оси системы до рабочей поверхности. Устройство по п. 1, отлиающееся тем, что, с целью прощения технологии изготовления, поверхности электродов имеют воронкобразную форму с углом раствора, равным a aqrctg-Vala--(12.): для первого электрода .пары и oL 2аУс1 -л/2/о1 для второго электроды пары. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.К. Kuroda, Т. Suzuki. Journal Appl. Phys., V. 45, № 3, 1974, p. 1436-1441. 2.Заявка Японии № 48-34448, кл. 99 С 01, 1966 (прототип).

D

То

Ф.

u.i