Автоионный микроскоп Советский патент 1980 года по МПК H01J37/285 

(54) АВТОИОЫНЫЙ МИКРОСКОП

Изобретение относится к ионным микроскопам, в частности, основанным на явлении автоионизации атомов инертных газов в сильных электрических полях, и может быть использовано в физическом металловедении. Автоионные микроскопы имеют низкую яркость ионных изображений и соответствен но большие времена их фоторегистрации, что резко ограничивает применимость таких микроскопов в материаловедческих исследованиях вследствие низкой производительности и затрудненности визуального ана лиза микрокартин. Известны конструкции автоионных микро скопов, в которых повышение яркости изображения достигается применением ионноэлектронных преобразователей изображения, внешних усилителей яркости 1. Однако в этих микроскопах сигналы, вызванные шумовым фоном усилителей яркости, приводят к потере контраста и разрешаюшей способности. Паиболее близким к предложенному является автоионный мироскоп, содержащий рабочую камеру с высоковольтными вводами, находящимися в тепловом контакте с резервуаром с хладагентом, к которым крепится острийный электрод-образец, люминесцентный экран и систему напуска изображающего газа в рабочую камеру 2. Такое конструктивное решение пoзвOv яeт повысить яркость автоионных изображений на порядок, однако уровень повышения яркости оказывается недостаточным для исследования металлов с низкой стабильностью изображения и визуального контроля быстропротекаюпдих поверхностных процессов. Целью изобретения является повышение яркости изображения устройства-прототипа. Это достигается тем, что он снабжен вакуумной камерой, причем рабочая камера установлена внутри вакуумной камеры и выполнена с отверстиями, соединяющими полость рабочей камеры с полостью вакуумной камеры. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема предложенного микроскопа. Микроскоп содержит рабочую камеру 1, на внутренних стенках которой с помощью сетки размещен сорбент - активированный уголь 2. Рабочая камера помещена в резервуар с хладагентом 3 и закрыта люминесцентHi iM экраном 4. В месте крепления люминесцентного экрана к рабочей камере образован зазор, сообн1аюн1ий объем рабочей камеры с объемом вакуумной камеры 5, в которой расположен резервуар с хладагенте м. Высоковольтные вводы 6 через изоляторы укреплены, внутри рабочей камеры с обеспечением теплового контакта с ее стенкамн. К высоковольтным вводам крепится острийный электрод-образец 7. Со стороны люминесцентного экрана в стенке рабочей камеры установлено смотровое окно 8. К вакуумной камере подсоединен криогеиш)|й наеос 9. На вакуумной камере установлена система нануска изображаюп1его газа (гелия) 10. Расстояние d между оетрийным электродо.м и люминесцентным экраном выбирается так, что А / где К-- постоянная Больцмана, Т о и TK -температуры стенок вакуумной и рабочей камер микроскопа, РО - давление газа в вакуумной камере, S-сечение резонансной перезарядки атомов изображающего газа. В предлагаемом автоионном микроскопе повышение яркости изображения достигается за счет того, что при размещении рабочей камеры в резервуар с .хладагентом, а резервуара с хладагентом в вакуумной камере, откачиваемой криогенны.м насосом, и обеспечении при этом сообщения между рабочей и вакуумной камерами, равновесная плотность изображающего газа, напускаемого в вакуумную камеру до стандартного давления () 10 тор (это давление, при котором обеспечивается экономически целесообразная скорость расхода хладагента - 14-2 ), внутри рабочей камеры оказывается согласно молекулярно-кинетической теории газов выше плотности газа в вакуумной камере примерно в NJ раз. Соответственно, в раз возрастает автоионный ток и яркость изображения в предлагаемом микроскопе по сравнению е известным микроскопом. Снижение длины свободного пробега автоионов в рабочей камере вследствие повыщения концентрации атомов изображающего газа вызывает необходи.моеть уменьшения расстояния между оетрийным электродом и экраном по сравнению с известным микроскопом в соответствии с соотношением (1). Работает устройство следующи.м образом. После откачки рабочей и вакуумной камеры осуществляется напуск изображающего газа и рабочую камеру до такого давления, нри котором давление в вакуумной камере составляет (1-г-2) 10 тор. Затем подается напряжение на электрод-образец и получается изображение на экране, которое анализируется или фиксируется, например, фотографированием. Как показали иепытания, предложенное устройство позволяет значительно повысить яркость изображения на экране. Так нри заливке в рабочую камеру жидкого водорода и при стандартно.м давлении гелия в вакуумной камере 2 -10 тор. яркость изображения возрастает приблизительно в 5 раз по сравнению с известным микроскопом. При этом среднее время экспозиции без применения внешних усилителей яркости изображения снижается с 25-30 мин до 5--6 мин при высоком качестве изображения, обеспечивающем атомное разрешение по все.му полю изображения. Ecjui по условиям эксперимента оказывается допустимой дисторсия и .могут быть иснользованы внешние усилители яркости, то в предлагаемом микроскопе может быть достигнута та же яркость, что в известном микроскопе, при давлении во внешней вакуумной камере в нееколько раз более низком (5 10 тор); при таком давлении практически исключен приток тепла за счет теплопроводности газа, и скорость выкипания хладагента снижается приблизительно вдвое, т. е. может быть повышена и экономичность устройства. Формула изобретения Автоионный микроскоп, содержащий рабочую камеру е высоковольтными вводами, находящимися в тепловом контакте с резервуаром с хладагентом, к которым крепится острийный электрод-образец, люминесцентный экран и еистему напуска изображающего газа в рабочую камеру, отличающийся тем, что с целью повышения яркости изображения, он снабжен вакуумной камерой, причем рабочая ка.мера устаповлеыа внутри вакуумной камеры и выполнена с отверстиями, соединяющими полость рабочей камеры с полостью вакуумной камеры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мюллер Э., Цонь Т. Автоионная микроскопия , М., «Металлургия, 1972, с. 176. 2.Мюллер Э., Цонь Т Автоионная микроскопия , М., «Металлургия, 1972, с. 124 (прототип).

ю