Устройство для юстировки катодов электронного эмиссионного микроскопа Советский патент 1982 года по МПК H01J37/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ КАТОДОВ ЭЛЕКТРОННОГО ЭМИССИОННОГО МИКРОСКОПА Изобретение относится к технике элект ройной микроскопии, в частности к устройствам для эмиссионных м,икроскопов. Известны препаратоводители и предмет ные столики для электронного микроскопа которые могут быть использованы для установки на них исследуемых образцов и юстировки их относительно объективной линзы. Известен, например, гониометрический столик объектов, содержащий объектодер- жатель, закрепленный в каретке, механизм для линейных перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях и механизм наклона объектов в любой радиальной плоскости, выполненный в виде двух коаксиально расположенных рамок с пересекающимися осями наклона и размещенной во внутренней рамке кареткой объектодержателя ,1 J. Это устройство имеет недостаток, заключающийся в отсутствии вертикального перемещения, который не позволяет произ водить подстройку расстояния от эмитти- рующей кромки исследуемого образна, например катода, до объективной линзы. При исследовании катодов на эмиссионных электронных микроскопах точка закрепления катода развязана от потенциала земли длинным изолятором и находится довольно далеко от эмиттирующей поверхности. Это.приводит к значительному воздействию температурных факторов на расстояние катод-объектив, нарущая фокусировку и снижая разращение микроскопа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для юстировки объектов (катодов), содержащее катододержатель, каретки, снабженные направляющими с держателями и механизмом перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей X , V и Z. вал поворота вокруг вертикальной оси 2. с механизмом поворота. В этом устройстве механизм вертикального перемещения выполнен в виде С-образного контура с закрепленным на нем шаговом приводом, который закреплен на одной из кареток перемещения по осям X и .

Указанное устройство обладает тем недостатком, что при исследовании протяженных катодов, например автокатодов лезвийного типа, оно не обеспечивает корректировки параллельности эмиттирующей кромки относительно объективной линзы и поддержания этой параллельности при перемещениях образца. Это обстоятельство затрудняет юстировку прибора, нарушая фокусировку и снижая разрешение микроскопа.

Цель изобретения - повышение точноетн и сокращение времени юстировки протяженных катодов лезвийного типа относительно объективной линзы.

Указанная цель достигается тем, что устройство для юстировки катодов, содержащее последовательно связанные катодо- держатель, каретки, снабженные направляюшими .с держателями и механизмами перемещения вдоль трех взаимно перпен- дикулярньрс осей X , V и Z , и вал пово- рота катод оде ржа теля вокруг вертикальной оси 1. с механизмом поворота, снабжено дополнительным валом поворота и дополнительным механизмом поворота катододержателя вокруг оси V , перпенди- кулярной плоскости лезвия катода, размещенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения по оси v и в держателе направляющих каретки перемещения по оси 7. . и прикрепленным к каретке перемещения по оси У жестко, а к держателю направляющих каретки перемещения по оси 2 с помощью подпружиненных накладок, при э.том механизм перемещения и дополнительный механизм поворота катододержателя относительно оси закреплены на направляющих каретки перемещения по оси , а механизмы перемещения и поворота катододержателя относительно оси 1. размещены на направляющнх каретки перемещения по оси 7. .

На фиг. 1 представлена схема возможных юстировочных перемещений кромки катода относительно цепи объективной линзы, обеспечиваемых предлагаемым уст ройством; на фиг. 2 - предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 ; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3 ; на фиг. 5 - сечение В-В на 4иг. 4.

Перемещение по оси X позволяет установить, исследуемый участок катода против щели или отверстия в диафрагме, пропускающей только параксиальные электро- дь1, и последовательно рассматривать его участки по всей длине эмиттирующей кромки.

Перемещение по оси У позволяет производить подстройку симметричности положения эмиттирующей кромки катода относительно кромок щели. Перемещение по оси Z позволяет производить подстройку расстояния от катода до плоскости щели.. Поворот вокруг оси Z позволяет производить подстройку параллельности кромки катода краям щели. Поворот вокруг оси V .позволяет производить подстройку параллельности эмиттирующей кромки катода относительно плоскости объективной линзы.

Устройство содержит (фиг. 2) направляющую 1, являющуюся базовой деталью, в которой выполнены призматические канавки, служащие для размещения калиброванных шариков 2 разделенных сепараторами 3 (фиг. 3). На направляющей, опираясь на шарики, смонтирована каретка перемещения по оси X , содержащая прямоугольные пластины 4 и 5, соединенные между собой стяжками 6 через рессоры 7 В каждой пластине выполнены аналогичные канавки для той же цели. На нижней пластине 4 закреплены направляющие. 8, каретки 9 перемещения по оси Ь . Кинематическая связь между направляющими и кареткой- также осуществляется через калиброванные шарики, разделенные сепаратором. Б каретке 9 по оси симметрии выполнена еще одна призматическая канавка в которой с помощью накладок 10 неподвижно закреплены цилиндрические стержни 11 (фиг. 4 и 5), служащие валом поворота вокруг оси Z . На этом валу с помощью накладок 12 закреплен с возможностью поворота держатель 13 направл$1ющих 14 каретки 15 вертикального перемещения по оси Z . Кинематическое сопряжение каретки 15 с направляющими 14 осуществлено посредством калиброванных шариков, .разделенных сепаратором. В каретке 15 аналогично каретке 9, выполнена по оси симметрии еще одна призматическая канавка, в которой с помощью накладки 16 и пружины 17 закреплен катододержатель 18 в виде дополнительного вала с возможностью поворота отнсх;ительно оси .У (фиг. 4). Достигается это за счет подпружиненного закрепления. На хвостовике катододержателя закреплен поводок 19, шарнирно соединенный с механизмом поворота относительно оси У звеном 20. Механизмы перемещений выпол597нены в виде винтовых пар, установленных в подшипниках в корпусах. На пластине 5 неподвижно закреплен корпус 21 со смонтированными в нем двумя винтовыми парами, одна из которых служит для осуществления возвратно-поступательного движения по оси i и содержит винт 22 и гайку 23 (фиг. 4.), а другая - для осуществления вращательного движения относительно той же оси и содержит винт 24 и гайку 25. Гайка 23 шарнирно сопряжена с рычагом 26, закрепленном на оси 27 с возможностью поворота в серьге 28, установленной с возможностью поворота на кронщтей- не 29, неподвижно закрепленном на нижней пластине 4. В другом конце рычага 26 установлен винт 30 с гайкой 31, предотвращающей его самоотвинчивание. Сферический торец винта упирается в каретку 9, С другой стороны каретки см онтирована пружина 32, служащая для возврата каретки, упирающаяся своими торцами на каретку 9 и кронщтейн 33, неподвижно закрепленный на пластине 4. На гайке 25 смонтирован ролик 34, кинематически сопряженный с клиновидным зве- ном 35, один из концов которого щарнирнс закреплен на пластине 5 а друг упирается в направляющую 14 ч-риг. З), Для возвратного перемещения при покачи- вании вокруг оси предусмотрена пружина 36, один конец которого закреплен на пластине 5, а другой упирается в направляющую 14. Другой корпус 37 со смонтированными в нем двумя винтовыми парами закреплен на направляющих 14. Однд из этих пар служит для осуществления возвратно-постУпательного движения по оси Z и с одер- жит винт 38 и гайку 39, а другая - для осуществления вращательного движения катододержателя 18 относительно оси 2 и содержит винт 40 и гайку 41, Гайка39 щарнирно связана с двуплечим рычагом 42 (фиг, 4), закрепленным на оси 43 с возможностью поворота. Вал 43 установлен в крошлтейнах 44 (фиг. 5), закрепленных неподвижно на направляющих 14, Другое плечо рычага 42 упирается сферическим концом -щтыря в нижний торец каретки 15. ГаЙ4Ш 41 щарнирно сопряжена со звеном 20, другой конец которого шарнирно связан с поводком 19. Закрепление держателя 13 на стержнях 11 осуществлено с помощью накладки 12 (фиг. 5). В накладке имеются штыри 45 с гайками 46 и сухарями 47, служащими для натяжения пружины 48, 09. 6 Дпя перемещения по оси X нижняя плас- тина 4 каретки снабжена кронштейном 33, в прорезь которого входит толкатель привода монтируемого отдельно либо на направляющей 1. Регулировка силы прижатия пластин 4 и 5 каретки производится гайками 49 (фиг. 3). Для осуществления перемещения гаек 25 и 41 относительно винтов 24 и 4О на корпусах смонтированы направляющие 5О. Для удобства работы объективная линза может быть смонтирована непосредственно на нижней пластине 4 каретки. Линза является симметричной и содержит три электрода, из- которых два крайних элект рода 51 имеют нулевой потенциал, а средний 52 находится под высоким напряжением, и изолирующие кольца 53, В этом случае электроды выполнены в виде тонких дисков со щелями. Если линза смонтирована отдельно от движущейся каретки, то электроды выполнены в виде дисков с малыми отверстиями, расположенными на одной оси. Испытуемый катод обозначен пози- шей 54. Устройство работает следующим образом. Первоначально все механизмы и каретки находятся fB средних положениях, что ориентировочно соответствует расположению центра катода на пересечении координатных осей. Затем производится установка катододержателя 18 в призматической канавк-е 15 вертикального перемещения, закрепление его с помощью накладки 16 с пружиной 17 и соединение поводки 19 со звеном 2О. После этого производится визуальный контроль выполнения ука- занных работ и устройство устанавливают в камере микроскопа, вводят в кинемати- ческое сопряжение толкатель привода на оси X с кронщтейном 33 и производят все электрические соединения (для подачи соответствующих потенциалов на исспедуемый катод, электроды линзы и т. д,). На концы винтов 22, 24, 38 и 4О монтируют полумуфты карданных приводов от вводов вращательного движения и закрепляют их. После этого производится откачка камерь до необходимого вакуума и по его достижении на катод и линзу подаются соответствующие потенциалы. Юстировка положения катода производится вращением винтов 22, 24, 38, 40 и вийта механизма перемещения по оси X . 797 Юстировка симметричности эмиттирук щей кромки катода относительно щели линзы производится вращением винта 22. При его вращении гайка 23 пер)емещает длинное плечо рычага 26, вращая его вокруг оси 27 и таким образом производя перемещение короткого плеча с толкателем (винтом ЗО). Толкатель нажимает на каретку 9 и смещает ее. Возвратное перемещение производится под воздействием пружины 32. Поскольку при вращении рычага 26 длина его проекции на вертикальную ось изменяется, то это изменение компесируется поворотом серьги 28, закрепленной шарнирно в кронщтей не 29. Юстировка параллельности эмиттирующей кромки катода плоскости объективной линзы производится вращением винта 24. При его вращении гайка 25 перемещается и смонтированным на ней роликом 34 воздействует на клиновидное звено 35, которое передает это воздействие на направляющие 14, (закрепленные на держателе 13 Возникающее усилие поворачивает держатель 13 вокруг стержня 11. Накладки 12 закрепленные с помощью пластинчатых пружин 48, выбирают люфт в соединении, но не препятствуют повороту. .Для гарантии надежности работы соединения в вакууме при систематическом прогреве стержень 11 выполнен из керамики на основе окиси алюминия. Возвратный поворот держателя 13 соверщается под воздействием пружины 36, которая создает постоянное усилие в кинематических сочленениях, бирая все люфты в соединении. Юстировка параллельности эмиттирующей кромки катода кромкам щели производится вращением винта 40. При его вращении гайка 41 перемещаетс:я вдоль винта и звеном 2О воздействует на поводок 19, закрепленный на катододержателе 18, поворачивая последний вокруг вер тикальной оси.. Юстировка расстояния от эмиттирующей кромки катода до плоскости объектив ной линзы производится вращением винта 38.При его вращении Гайка 39 перемещается вдоль винта и покачивает двуплечий рычаг 42 на оси 43, установленной в крошитейнах 44, закрепленных на направляющих 14. Другое плечо рычага 42 воздействует на каретку 15, перемещая ее вверх и увеличршая это расстояни Обратное перемещение производится под совместным усилием пружины 45 и собст венного веса. 98 Юстировка по оси X , как правило, не требуется, так как длина щели значительно превыщает длину катода. Перемещение по оси X служит дляпоследовательного исследования всей эмиттирующей кромки катода. Это перемещение превьпиает длину катода и производится отдельным механизмом, кинематически сопряженным с кронштейном 33, закрепленным на пластине 4. . Таким образом, предлагаемое устройство позволяет однажны отъюстировав катод производить его исследование на всей длине. В противном случае необходимы многократные подстройки по мере перемещения катода по оси X , что существенно удлиняет процесс испытания катода или ведет к повыщениюразрещения эпектроннсептической системы микроскопа. Формула изобретения Устройство для юстировки катодов электронного эмиссионного микроскопа, содержащее последовательно связанные катододержатеЯь, каретки, снабженные направляющими с держателями и механизмами перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей X , V и 2 , вал поворота катододержателя вокруг вертикальной оси Z. с механизмом поворота, отличающееся тем, что, с целью повь1щения точности и сокращения времени юстировки протяженных катодов лезвийного, типа относительно объективной линзы, оно .снабжено дополнительным поворота и дополнительным механизмом поворота катододержателя вокруг оси V I перпендикулярной плоскости лезвия катода, размещенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения по оси , у и в держателе направляющих каретки перемещения по оси Z и прикрепленным к каретке перемещения по оси жестко, а к держателю направляющих каретки перемещения по оси Z с помощью подпружиненных накладок, при этом механизм перемещения и дополнительный механизм поворота катододержателя относительно оси V закреплены на направляющих каретки перемещения по оси 51 , а механизмы перемещения и поворота катододержателя относительно оси размещены на направляющих каретки перемещения по оси Z., Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 568984, кл. Н 01 J 37/20, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР № 686ООО, кл. G 02 В 21/26, 1977

гб X ffц 1(-2 .irt № а

.гг w ys f 37 38 itz 33

фиг. Ч

f2

cpus. 5