Сканирующее устройство для воспроизведения изображения образца

Сканирующее устройство для воспроизведения изображения образца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам . Цель изобретения - упрощение устройства достигается обеспечением сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклоняющей системы (ОС) зонда и исключения специальной ОС сдвига с относительно мощным прецизионным усилителем. Сканирующее устройство содержит источник 1 заряженны.х частиц, электронно-оптическую систему 2 формирования электронного зонда 3, катушки 4 и 5 ОС зонда и объектодержатель 6. Схема визуализации изображения содержит детектор 7 и усилитель 8 сигналов изображения, соединенный с модулятором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, соединенный через усилители 11 и 12 развертки с катушками 13 и 14 ОС ЭЛТ 9, блок 15 управления увеличением, соединенный с входами 16 и 17 усилителей 18 и 19 развертки зонда, каждый из которых имеет блок 20 усиления и резистор 23 отрицательной обратной связи. Для достижения цели в усилители 8 и 19 введены управляемый усилитель 21 и сумматор 22. Устройство также содержит формирователи 24 и 25 сдвига растра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. сл to со О5 ел 05 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 Н 01 J 37 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3823579/24-21 (22) 10. 12. 84 (46) 07.06.86. Бюл. № 21 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) В. Г. Балобанов, А. П. Чернов, В. П. Голубев, А. А. Камалягин, О. Л. Куляс и П. А. Кулагин (53) 621.385.833 (088.8) (56) Патент Японии № 55 — 48428, кл. Н 01 1 37/28, опублик. 1980.

Патент Англии № 2088625, кл. Н 01 1 37/28, опублик. 1982. (54) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

ОБРАЗЦА (57) Изобретение относится к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам. Цель изобретения — упрощение устройства достигается обеспечением сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклоняющей системы (ОС) зонда и

„„SU„„1236568 А1 исключения специальной ОС сдвига с относительно мощным прецизионным усилителем.

Сканирующее устройство содержит источник 1 заряженных частиц, электронно-оптическую систему 2 формирования электронного зонда 3, катушки 4 и 5 ОС зонда и объектодержатель 6. Схема визуализации изображения содержит детектор 7 и усилитель 8 сигналов изображения, соединенный с модулятором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, соединенный через усилители ll и 12 развертки с катушками 13 и 14 ОС ЭЛТ 9, блок 15 управления увеличением, соединенный с входами 16 и

17 усилителей 18 и 19 развертки зонда, каждый из которых имеет блок 20 усиления и резистор 23 отрицательной обратной связи. Для достижения цели в усилители

l8 и 19 введены управляемый усилитель

21 и сумматор 22. Устройство также содержит формирователи 24 и 25 сдвига растра.

2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1236568

Изобретение относится к электронной микроскопии, в частности к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам.

Цель изобретения — упрощение устройства, достигаемое за счет обеспечения сдвига растра по обра"öó непосредственно с помощью отклоняющей системы зонда и исключения специальной отклоняющей системы сдвига с относительно мощными прецизионными усилителями.

На фиг. 1 показана общая структурная схема устройства; на фиг. 2 — схема формирователя сдвига растра.

Сканирующее устройство воспроизведения изображения образца содержит (фиг. 1) источник 1 заряженных частиц, электронно-оптическую систему 2 формирования электронного зонда 3, катушки 4 и

5 отклоняющей системы зонда и объектодержатель 6. Схема визуализации изображения содержит детектор 7 и усилитель 8 сигналов изображения, выход которого соединен с модулятором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, выходы которого через усилители 11 и 12 развертки электронного луча соединены с катушками

13 и 14 отклоняющей системы ЭЛТ 9. Схема включает также блок 15 управления увеличением, выход которого соединен с управляющими входами 16 и 17 двух усилителей 18 и 19 развертки зонда. Каждый из этих усилителей содержит блок 20 усиления, управляемый усилитель 21, сумматор 22 и резистор 23 отрицательной обратной связи (ООС). При этом первый вход блока 20 усиления соединен с выходом синхрогенератора 10, а второй вход — с -выходом управляемого усилителя 21, первый вход которого соединен с выходом сумматора 22, а его второй вход является управляющим входом 16 усилителя 18 развертки зонда.

Выход блока 20 усиления через катушку

1 отклоняющей системы зонда соединен с первым выводом резистора 23 и первым входом суматора 22, второй вход которого соединен с выходом формирователя 24 сдвига растра. Аналогичным образом второй формирователь 25 сдвига растра соединен с сумматором дру гого усилителя 19 развертки зонда.

Формирователь сдвига 24 (25) может быть выполнен по схеме (фиг. 2), содержащей генератор 26 импульсов, соединенный через ключ 27 с реверсивным счетчиком 28, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя (ЦАП)

29, выход которого является выходом формирователя сдвига растра. Управляемый усилитель 21 может быть выполнен по схеме перемножающего дополнительного ЦАП.

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент усиления усилителей с ООС описывается выражением к. = -1 ф-ит-, где К вЂ” коэффициент усиления усилителя при отключенной ООС;

 — коэффициент передачи напряжения цепи ООС.

Применительно к усилителям развертки зонда, при условии, что нагрузкой усилителя является резистор ООС, выражение для коэффициента усиления напряжения развертки., которое поступает с синхрогенератора 10 на вход блока 20 усиления, описывается следующим образом.

КБх Кос

+ х- . где Кы — коэффициент передачи блока усиления;

Кос — коэффициент передачи выходного напряжения, усилителя 18 через катушку 4 отклоняющей системы зонда на резистор 23 ООС;

Кс — коэффициент передачи сумматора 22;

К у — коэффициент передачи управляемого усилителя 21.

Выражение для коэффициента усиления напряжения сдвига, поступающего на второй вход сумматора 22 с формирователя 24 сдвига, описывается следующим образом:

Кс ЙтКю Кос

1+ Кс Кум КБу Кос (3) Таким образом, если на вход блока 20 усиления поступает напряжение Up развертки с синхрогенератора 10, на второй вход сумматора 22 поступает напряжение 11с, пропорциональное величине перемещения растра по образцу с формирователя сдвига 24, величина тока в катушках 4 и 5 отклоняющей системы зонда описывается выражением (11 H sv Koc.

1-+К Kyv Kpr K с, 40

+ 1 1 Ыс ХхУ К..ьч Кос. ) i (4) i-+Кс,-к чу.Ksy 14 Р.ос где Кос — величина сопротивления резистора ООС.

45 При условии Kvv Krv Koc )) 1 и Kc= 1, выражение (4) с большой точностью можно преобразовать в следующее: (Jp 1 11

Я оь .К у Roc (5)

50 Из выражения (5) следует, что в усилителе 18 развертки зонда производится суммирование двух напряжений и преобразование суммы в отклоняющий ток развертки.

Первое слагаемое определяет размер растра на образце и характеризуется обратной зависимостью от коэффициента передачи управляемого усилителя Куу, а второе слагаемое определяет смещение растра на образце и прямо пропорционально напряжению сдви1236568 (6) Куу= aN, Формула изобретения

55 га Uc. Изменение увеличения за счет изменения Kvv не влечет за собой смещение растра. Следовательно, катушки 4 и 5 отклоняющей системы зонда совмещают функции развертки и дополнительного отклонения зонда, что и позволяет исключить отклоняющую систему сдвига.

Изменение увеличения в предлагаемом устройстве сводится не к установке коэффициента усиления мощного усилителя путем переключения ключей во входной цепи и цепи

ООС, а к изменению коэффициента усиления маломощного управляемого усилителя

21. Возможность управления сдвигом маломощным сигналом позволяет исключить мощные прецизионные усилители сдвига и упростить схему визуализации.

Как следует из формулы (5), точность установки заданного размера растра на образце и стабильность установленных размеров определяется точностью установки и стабильностью коэффициента усиления Kv управляемого усилителя 21. Точности и стабильности можно добиться, если управляемый усилитель 2! выполняют по схеме перемножающего ЦАП. Коэффициент перемножающего ЦАП пропорционален коду. на его цифровых входах где а — коэффициент пропорциональности;

N — значение кода на цифровых входах в десятичной форме.

Поскольку Ку определяет размер растра на образце, то, используя значение кода на входе ЦАП и введя поправки, связанные с рабочими режимами микроскопа, можно просто индицировать увеличение устройства.

При проведении исследований оператору желательно иметь оперативную информацию о месте нахождения растра на образце.

Если растр по образцу перемещать дискретно с заданным шагом, это позволяет разбить весь образец на зоны, каждую из которых можно характеризовать координатами и, определив начало координат, с точностью до одного шага знать местонахождение растра на образце. Это можно осуществить, если в предлагаемом устройстве формирователи 24 и 25 сдвига выполнить по схеме, содержащей ЦАП, двоичный реверсивный счетчик, ключ и генератор импульсов.

При этом с выходов счетчика снимается информация о координате растра.

Сформированный электронно-оптической системой 2 зонд 3 отклоняется с помощью усилителей 18 и 19, развертки зонда и катушек 4 и 5 отклоняющей системы по сигналам синхрогенератора 10, образуя на поверхности образца растр квадратной или прямоугольной формы. Синхронно с зондом 3 с помощью усилителей 11 и 12 развертки электронного луча и катушек 13 и 14 отклоняю5

Зо

40 щей системы ЭЛТ 9 по сигналам синхрогенератора 10 отклоняется электронный луч, образуя растр на экране трубки. Возникающий при зондировании образца эффект (вторичные, отраженные, поглощенные электроны, катодолюминесценция и т.п.) воспринимается детектором 7 и преобразуется в сигнал изображения, который через усилитель 8 сигнала изображения поступает на модулятор ЭЛТ, образуя видимое, увеличенное изображение образца.

Установка величины увеличения производится через блок 15 управления увеличнием путем установки соответствующего коэффициента усиления управляемых усилителей 21 в цепи ООС усилителя 18 разверт ки зонда и такого же управляемого усилителя в цепи ООС усилителя 19. Выбор участка визуализации образца или его панорамный обзор производится по сигналам с формирователей 24 и 25 сдвига, поступающим на второй вход сумматора 22 в цепи ООС усилителя 18 и на второй вход аналогичного сумматора в цепи ООС усилителя 19. Через усилители 18 и 19 посредством отклоняющей системы зонда производится дополнительное его отклонение и соответствующий сдвиг растра по образцу.

Если формирователь сдвига выполнен по схеме (фиг. 2),сигнал сдвига формируется следующим образом.

Оператор, замыкая ключ 27, посылает необходимое число импульсов с генератора

26 в реверсивный двоичный счетчик 28. Число этих импульсов определяет число шагов перемещения растра, а преобразование этих импульсов в ступенчатый сигнал сдвига осуществляется в ЦАП 29. При этом на выходах счетчика 28 имеется информация о координате растра на образце, которую можно вывести на цифровые индикаторы. В случае получения панорамных снимков оператор должен переключить растр по одной из координат на его линейный размер. Для этого необходимо послать в счетчик определенное число импульсов, соответствующее величине такого перемещения.

1. Сканирующее устройство для воспроизведения изображения образца, содержащее источник заряженных частиц, электронно-оптическую систему формирования электронного зонда, катушки отклоняющей системы зонда и объектодержатель, а также схему визуализации изображения, включающую детектор и усилитель сигналов изображения, выход которого соединен с модулятором электронно-лучевой трубки, синхрогенератор, выходы которого через усилители развертки электронного луча соединены с катушками отклоняющей системы трубки, блок управления увеличением, выход которого соединен с управляющими входами двух

123б5б8

Г4 (Ю (Г7

Составител н В. ГHI3plolllH!!

Редактор М. Бланар Текред И. Всрес Корректор A. Обрунар

Заказ 3015j56 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушс кая наб., д. 4j5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 усилителей развертки зонда, блок усиления каждого из которых первым входом соединен с выходом синхрогенератора, а выходом через соответствующую катуш ку отклоняющей системы зонда — с первым выводом резистора отрицательной обратной связи, второй вывод которого соединен с общей

1циной усилителя развертки зонда, и два формирователя сдвига ра<.тра, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, каждый усилитель развертки зонда снаб- 10 жен последовательно соединенными сумматором и управляемым усилителем, причем первый вход сумматора соединен с первым выводом резистора отрицательной обратной связи, второй вход сумматора соединен с выходом соответствующего формирователя сдвига растра, второй вход управляемого усилителя служит управляющим входом усили теля развертки зонда, а выход управляемого усилителя соединен с вторым входом блока усиления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемый усилитель выполнен по схеме перемножающего цифроаналогового преобразователя.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формировател1> сдвига растра содержит генератор импульсов, ключ, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а выходы счетчика соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом формирователя сдвига растра.