Электроннооптическая система про-СВЕчиВАющЕгО элЕКТРОННОгО МиКРОСКОпА Советский патент 1981 года по МПК H01J37/26 

1

Изобретение относится к области электроннооптического приборостроения , в частности к просвечивсиоадей электронной шкроскопии, и может быть использовано при конструировании электроннооптических систем просвечивающих электронных микроскопов.

Известна электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа, содерж.ащао осветительную систему с конденсаторными линзами, снабженными сменной апертурной -диафрагмой с кольцевым или круглыЫ отверстием, объективную линзу, включающую апертурную диафрагму с круглым отверстием 1.

.Недостатком этой системы является то, что она не реализует необходимое высокое разрешение ввиду низкого контраста получаемых светлопольных изображений . Причина низкого контраста заключается в том, что нерассеянные объектом электроны пропускаются апертурной диафрагмой объективной линзы, ухудшая фон изображения.

Наиболее близкой по технической сущности является электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа, содержащая осветительную систему с источником электронов и конденсорной линзой, объективную линзу, оптически сопряженные апертурные диафраплл конденсорной и объективной линз с осесимметричными отверстиями t2.

Целью изобретения является увеличение разрешения микроскопа за счет повышения контраста светлопольного

0 изображения объектов.

Указанная цель достигается тем, что апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним

5 диаметрами Д и Д г а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена с кругльал и кольцевым отверстиями с дшаметра1«В1 последнего соответственно Д5 и Д , причем ука0занные диаметры связаны с расстоянием а между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной

5 диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространстваизображений соотношением

DI-DI -f .( р и (оГ).

гх

т

0 где lYt коэффициент увеличения конт раста, а величины зазоров кольцевых отверстий удовлетворяют неравенствам Л , я WI где - длина волны электрона; - угловой размер источника , электронов; - производная от волновой аберрации объективной линзы На фиг.1 представлен общий вид электроннооптической системы; на фиг.2 схема, отражающая ход электронных лучей. Электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа содержит размещенные соосно осветительную систему 1, включагаущую автоэмиссионную пушку 2 и конденсорную линзу 3, в которой установлена апертурная диафрагма 4 с кольцевым отверстием 5. За осветительной системой 1 по оптической оси установлен объектодержатель б с исследуемым объ ектом, через который проходит первич ный пучок электронов 7. Объективная линза 8 включает апертурную диафрагм 9, оптически сопряженную с апертурно диафрагмой 4 и выполненную с двумя соосными отверстиями - кольцевым 10 и круглым 11, размер которого опреде ляется конкретными электроннооптиче ними параметрами системы. Кольцевые отверстия 5 и 10 апертурных диафрагм прорезаны не по всему периметру кол да, а имеют четыре перемычки 12. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Испускаемые автоэмиссионной пушко 2 электроны образуют источник электр нов 13,представляющий,например,кроссовер с угловым размером fi (фиг,2) Первичный электронный пучок 7 фокуси руется конденсорной линзой 3 осветительной системы 1 в точку на исследуемом объекте, расположенном на объектодержателе б, проходя перед этим через кольцевое отверстие 5 апертурной диафрагмы конденсорной линзы 4, ограничиванзщей пучок электронов по диаметру. .Источник электронов 13 обеспечивает в плоскости апер турной диафрагмы конденсорной линзы 4 полностью когерентное освещение всей площади отверстия диaфpaг IЫ, т.к. угловой размер источника jb , рассматриваемой в плоскости диафрагмы, удовлетворяет соотношению 1 jjh величина зазора кол цевого отверстия апертурной диафрагмы конденсорной лин Приведенное соотношение получено из условия, что поперечная длина когерентности электронного пучка при этом должна быть больше или, по крайней мере, равна ширине отверстия апертурной диафрагмы конденсорной линзы. Обусловленный требованием полной когерентности угловой размер источника р , равный 0, рад, обеспечивается автоэмиссионными пушками электронных микроскопов. Прошедшие объект электроны, образуя два пучка из рассеянных и нерассеянных объектом электронов, фокусируется объективной линзой 8 и апертурной диафрагмой объективной линзы 9 (проходя при этом через отверстия 11 и 10 соответственно/ , которая экранирует часть нерассеянного пучка электронов зоной 14. Заданное перекрытие гЛ первичного нерассеянного пучка элегтронов обеспечивается соответствующим выбором линейных размеров кольцевых отверстий апертурных диафрагм конденсорной и объективной линз (оптически сопряженных таким образом, что объективная линза 8 формирует изображение конденсорной диафрагмь 11 в плоскости расположения апертурной диафрагмы объективной линзы 9) и осевых расстояний между линзами и апертурными диафрагмами, 13еличкна перекрытия первичного пучка нерассеяиных электронов, прошедших объект, обусловлена разностью площадей отверстий апертурных диафрагм конденсорхчой и объективной линз . Заданное перекрытие площади сечения первичного пучка нерассеянных электронов, прошедших объект, приводит к уменьшению результирующего фона в светопольном изображении, что при полностью когерентном освещеKHHfкоторое обеспечивается автоэмиссионной пушкой и pasMepetMH конденсоркюй линзы, увеличивает контраст изображения объекта, так как при полностью когерентном освещении перекрытие части первичного пучка не приводит к нарушению взаимной когерентности электронов оставшейся части первичного пучка 15 и рассеянных электронов 16. Это обуславливает полную интерференцию первичного пучка с рассеянным, создающими светло пол ь кое изображение объекта в плоскости 17, и исключение электронов первичного пучка в фоне изображения. Благодаря полной когерентности освещающего пучка, уменьшение интенсивности пучка в m раз приводит к увеличению результирующего контраста в m раз. Кроме того, первичный пучок электронов 15, участвующий в формировании изображения объекта, практически не искажается волновой аберрацией, в то время как кольцевое отверстие апертурной диафрагмы объективной линзы, через которое пр ходит этот пучок, ввиду больших диаметров отверстия Дд и Д по сра нению с известными диафрагмами нахо дится в области сильного изменения волновой аберрации. Это достигается за счет очень малого зазора bs- 1)4 ;; кольцевого отверстия апе турной диафрагмы объективной линзы о dl/ , что на практике составляет величину 1 мкм. Повшиение контраста при исключении практического влияния волновой аберрации на электронный пучок, формирующий изображение, позволяет реализовать высокое разрешение до 0,1 нм в электронном микроскопе. Таким образом, предлагаемая элек троннооптическая система позволит производить исследование структур на атомарном уровне (в частности, тяжелых атомов ) в просвечиваюцем электронном микроскопе за счет обе печения высокого разрешения, что су щественно расширяет информативные возможности электронного микроскопа. Формула изобретения Электроннооптическая система про свечивакнцёго электронного микроскоп содержащая осветительную систему с источником электронов и конденсорно линзой, объективную линзу, оптическ сопряженные апертурные диафрагмы ко денсорной и объективной линз с осесимметричными отверстиями, о т л ичающаяся тем, что, с целью увеличения разрешения микроскопа за счет повшиения контраста светлойоль- ного изображения объектов, апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним диаметрами Д, и Д, , а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена -с круглым и коль--цевым отверстиями с диаметрами последнего соответственно Д- и Д , причем указанные диаметры связаны с расстоянием а между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространства изображения соотношением 2 .(-) ° где m - коэффициент увеличения контраста, а величины, зазоров кольцевых отверстий удовлетворяют неравенствам .где Л - длина волны электрона; |Ь - угловой размер источника I электронов; Ч - производная от волновой аберрации объективной линзы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Хохс П. Электронная оптика и электронная микроскопия. М., Мир, 1974. 2.Патент США 3996468, кл. 250-396, опублик. 1974 (прототип) .