Електронна та іонна оптика (Бурик І.П.)

Рисунок 11.2 – Основні електронно-оптичні елементи колони GEMINI – растрового електронного мікроскопа серії LEO 1500 фірми LEO (Німеччина)

Бустер променя підтримує високу прискорюючу напругу пучка електронів (10 кВ) протягом усієї колони, і тільки після растрової ВС електрони гальмуються до потрібної енергії –

Рисунок 11.3 – Хід променів у колоні GEMINI без утворення кросовера

У класичних колонах РЕМ має місце багаторазовий перетин променя, при цьому для кожного кросовера потрібна своя лінза, щоб його регулювати. Це робить колони РЕМ дуже високими. Крім того, біля кросоверів променя електрони взаємодіють один із одним, збільшуючи розходження електронів за енергіями. Це призводить до збільшення хроматичної аберації і погіршення роздільної здатності РЕМ.

2Використання максимально короткої колони зменшує випадкові взаємодії електрон − електрон.

3Бустер променя підтримує енергію пучка в діапазоні 10 кВ протягом усієї довжини колони, навіть при виборі низьких прискорюючих напруг. Це також забезпечує захист від зовнішніх електромагнітних полів, тому що при малих енергіях пучка взаємодія зовнішніх полів істотна.

4Комбінована магнітно-електростатична об'єктивна лінза набагато зменшує сферичну і хроматичну аберації лінзи. Крім того, при розгортанні пучка в растр низькоенергетичні електрони схильні до значної хроматичної аберації. Але оскільки в колоні GEMINI пучок має високу енергію навіть при проходженні растрової СВ, то хроматична аберація зменшується до 40 разів.

11.3 Комбінована магнітно-електростатична об'єктивна лінза в РЕМ

Комбінована магнітно-електростатична лінза являє собою з'єднання сильної магнітної лінзи з імерсійною електростатичною лінзою, в якій верхнім електродом служить прискорююча трубка (бустер променя), а нижнім електродом є заземлений внутрішній полюсний наконечник магнітної лінзи. На рисунку 11.4 наведена одна з конструкцій комбінованої магнітно-електростатичної об'єктивної лінзи низьковольтного РЕМ.

Рисунок 11.4 – Комбінована магнітно-електростатична об’єктивна лінза для низьковольтного РЕМ: основні електроннооптичні елементи об’єктивної лінзи (а); роль бустера в розподілі енергії електронів уздовж осі Z в об’єктивній лінзі (б)

Параметри електростатичної лінзи наступні: діаметр верхнього каналу 4 мм; діаметр нижнього каналу 3,4 мм; відстань між електродами 4 мм. Максимальна кількість ампер-витків магнітної лінзи може досягати 1500 Ав.

На бустер променя подавався потенціал +8 кВ відносно землі. Весь канал об'єктивної лінзи електрони проходять під потенціалом +8 кВ і тільки пройшовши електростатичну лінзу, вони гальмуються до первинного потенціалу, тобто до такого, з яким вони вилетіли з катода, наприклад, 1 кВ, як це показано на рисунку 11.4 б; на зразок електрони падають з кінцевим потенціалом Uкін. = 1 кВ.

У результаті багатьох досліджень, проведених у процесі розроблення такої комбінованої об'єктивної лінзи для низьковольтного РЕМ, було встановлено таке:

1При спільній дії магнітного і електростатичного полів коефіцієнти сферичної і хроматичної аберацій лінзи істотно зменшуються.

2Велике значення для роботи електростатичної лінзи має імерсійний коефіцієнт, тобто відношення кінцевого

Якщо, наприклад, кінцевий потенціал електронів дорівнює Uкін=0,5 кВ, а потенціал бустера Uбуст=8 кВ, то кім = 08,5 = 161 .

Чим більше імерсійний коефіцієнт, наприклад, кім = 08,2 = 401 ,

тим менше значення мають коефіцієнти сферичної і хроматичної аберацій лінзи.

Дані досліджень комбінованої магнітно-електростатичної лінзи з параметрами, наведеними на рисунку 11.4, подані в таблиці 11.1.

Таблиця 11.1 − Оптичні характеристики комбінованованої магнітно-електростатичної лінзи (Uбуст = +8 кВ). Джерело електронів − гармата з польовою емісією (катод Шотткі

ZrO/W).

3Істотним у роботі комбінованої лінзи є те, що магнітне

істатичне поля повинні діяти на електрони в об'єктивній лінзі не послідовно один за одним, а спільно, тобто ці поля повинні накладатися одне на одне.

4Дослідження комбінованої об'єктивної лінзи показали, якщо зразок знаходиться в області, вільній від магнітного і електростатичного полів, то не можна отримати високих результатів із роздільної здатності. Оптимальним є варіант, коли в області об'єкта присутні обмежене магнітне поле (~100 мТ) і невелике електростатичне поле (~ 100 В/мм) при робочому відрізку WD = 1 мм.

5Така комбінована об'єктивна лінза в комплекті з гарматою з польовою емісією забезпечує високу роздільну здатність РЕМ і під час роботи з великими прискорюючими напругами. Так, при робочому відрізку WD = 2 мм і прискорюючій напрузі в діапазоні від 20 кВ до 30 кВ роздільна здатність РЕМ дорівнює 1 нм, при цьому напруга на бустер променя дорівнює нулю, тобто працює тільки магнітна частина об'єктивної лінзи.

Список літератури до частини 2

1.Электронная микроскопия / под ред. Л.А. Лебедева. – Москва: ГИТТЛ. 1954. – 636 с.

2.Лейзеганг З. Электронная микроскопия /перевод с

4.Гоулдстейн Дж. Практическая растровая электронная микроскопия /Дж. Гоулдстейн, Х. Яковица. – Москва:

Мир, 1978. – 656 с.

A 427 (1999). − P. 99 − 103.

7.Knell G. Ultramicroscopy / G. Knell, E. Plies. − 81 (2000). − P. 123−127.

P.46−54.

9.Swanson L.W. A comparison of Schottky and gold field emission cathodes / FEI Co. Beaverton, OR 97006. − 1989.−

P.1−8.

10.Синдо Д. Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия /Д. Синдо, Т. Оикава. – Москва: Техносфера, 2006. – 256 с.

Навчальне видання

Зелев Станіслав Пилипович Рабоча Лариса Станіславівна Шпетний Ігор Олександрович

ОПТИКА ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВИХ ПРИЛАДІВ

Навчальний посібник

Художнє оформлення обкладинки Л.С. Рабочої Редактор Т.Г. Чернишова

Комп’ютерне верстання Л.С. Рабочої, І.О. Шпетного

Формат 60×84/16. Ум. друк. арк. 12,32. Обл.-вид. арк.. 9,20. Тираж 300 пр. Зам. №

Видавець і виготовлювач Сумський державний університет,

вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007 Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК № 3062 від 17.12.2007 р.