Электростатическая отклоняющая система

Электростатическая отклоняющая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электронной оптике и может использоваться при разработке приборов со сканированном пучка по поверхности в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения и расширение функциональных возможностей-достигается путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Отклоняющая система содержит четное или нечетное число пар противолежащих электродов 1, 2, 3, 4, 5, 6, обладающих двумя взаимноперпендикулярными плоскостями антисимметрии, вдоль линии пересечения которых направлена продольная ось устройства, в направлении которой сдвигаются отклоняемые частицы. Противолежащие в каждой паре электроды подключены к источникам напряжения 7 и 8 противоположной полярности, за счет чего обеспечивается отклонение частиц в вертикальной плоскости. Кроме того, на каждую пару электродов, противолежащих относительно вертикальной плоскости антисимметрии, подаются дополнительные смещения потенциалов противоположного знака, обеспечивающих отклонение частиц в горизонтальной плоскости. Изобретение характеризуется повышенной чувствительностью отклонения и малыми аберрациями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ COSETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

СЭ «11 (S1)S Н 01 J 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБ ЕТЮНИЯЧ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР (21) 431 7675/24-21 (22) 19. 1О. 87 (46) 15,04.90, Бюл. У 14 (71) Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе АН СССР (72) Л,П.Овсянникова, Т,Я,фишкова и В.В.Мосеев (53) 621,384.6 (088.8) (56) Страшкевич А М„ Электронная оптика электростатических полей, не обладающих осевой симметрией.

ФИЗМАТГИЗ, 1959, с.135-139.

Авторское свидетельство СССР

М 1365179, 1986. (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОТКЛОНЯВЦАЯ

СИСТЕМА (57) Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано при разработке приборов со сканированием пучка по поверхности в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения и расширение функциональных возможностей - достигается путем отклонения

2 частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям.-Отклоняющая система содержит четное или нечетное число пар противолежащих электродов

1-6, обладающих двумя взаимно перпендикулярными плоскостями антисимметрии, вдоль линии пересечения которых направлена продольная ось устройства, в направлении которой сдвигаются отклоняемые частицы. Противолежащие в каждой паре электроды подключены к источникам 7 и 8 напряжения противоположной полярности, за счет чего обеспечивается отклонение частиц в вертикальной плоскости, Кроме того, на каждую пару электродов, противолежащих относительно вертикальной плоскости антисимметрии, подаются дополнительные смещения потенциалов противоположного знака, обеспе- (, чивающих отклонение частиц в горизонтальной плоскости. Изобретение характеризуется повышенной чувствительностью отклонения и малыми аберрациями. 4 з.п. g-лы, 3 ил.

1557603

II

31{ — — — — --)

2 и

2 Ь

g {х, у) = — — V 7 . arctg

/2

{1) с 2 и

+ "„-.- V и, arctg th{ — — - ) tg{ " ХЯ

2 d

Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано при разработке приборов и установок различного назначения, где требуется сканирование пучком поверхности, например, в растровой электронной микроскопии и вторично-ионной .масс-спектрометрии.

Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения и расширение функциональных возможностей путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

На фиг. 1-3 показано устройство с различным числом пар электродов, поперечное сечение.

Устройство содержит несколько пар одинаковых. по размерам противолежащих электродов 1-6, присоединенных

K источникам напряжений положитель" ной 7 и отрицательной 8 полярностей.

Электроды выполнены плоскими и рас.положены попарно симметрично относительно плоскостей X0Z и YOZ. Зазоры между электродами, лежащими в одной и той же плоскости малы. Плоскости, в которых расположены противолежащие электроды, либо параллельны между собой, либо образуют заданный угол. фиг. 1 соответствует общему случаю системы, состоящей изп пар электродов; фиг. 2 относится к системам, состоящим из четного количества пар электродов, причем для случая двух пар, пары электродов 1, 5, а также

2, 6 выполнены как единое целое; фиг. 3 относится к системам из негде Ъ,-<-.. 1, + 1 ... 1, (, h, =Ъ;, +1;.

Размеры 1 и d указаны на фиг. 1. Потенциалы +,V> и + ; V, симметричные относительно. плоскостей XOZ u

YOZ и антисимметричные относительно плоскостей YOZ и X0Z соответственно обеспечивают отклонение в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Коэффициенты при первой гармонике в разложении потенциала (1) в виде ряда по степеням х, у, ответственчетного количества пар электродов, причем для случая трех пар пары электродов 3, 5 и 4, 6 выполнены как единое целое.

Устроиство работает следующим образом.

На центральную пару электродов

1, 2 (в случае нечетного количества пар) подают потенциаль; +V>. Ha крайние пары электродов 5 и 6 - потенциалы (+V<- V„) и (ФЧ + Ч ) соответственно. Потенциалы +Up и +V„ определяют заданные величины отклонения пучка в вертикальном и горизонтальном направлениях. На промежуточные пары 1 и 2 (в случае четного количества пар), а также 3 и Й (в случае нечетного количества пар) подают потенциалы (+V + g ; V„), где коэффициенты (не превышают 1 и имеют различную величину в зависимости от номера пары и общего числа электродов, а именно: для двух пар электродов — 1; для трех пар (= 0 и $ = 1; для четырех пар (, = 0,19 «+ 0,01 и для nRFH пар, — О, = 0,28 + 0,01 и (з = 1

Подача потенциалов, отклоняющих пучок заряженных частиц в направлениях, перпендикулярном и параллельном электродам, дает иное по сравнению с известными распределение электростатического потенциала (g (x у ).

В предположении о бесконечно" малости зазоров между электродами, лежащими в одной и той же плоскости, а также без учета краевых эффектов имеем ные за чувствительность отклонения, равны:

K — 5

\ у,, л

ch(— — )

2d и,; (2)

Коэффициенты при высших гармониках в разложении потенциала (1), определяющие неоднородность отклоняющего поля, равны:

3) с 1 (-- — ) и

1557603 % к - — -(— -) .Е эх 3 2

h,a 13

К

3, 2 и9

2th2 (— и--) 2d

1 9

2d и ф

th(- — — -)

2 d оэффициенты 5 Кт и т.д. зап сываются аналогичным образом. С ростом номера гармоник величины коэффициентов уменьшаются.

ЧувствИтельность отклонения в перпендикулярном пластинам направлении равна чувствительности плоского конденсатора при $, „ = 1 и при больТ. шой ширине пластин. Так для --- = 3

К,) =- 0,9998; к,„= 2,65 10, для .--- = 5 к,„= 1,0000, к = 1;1410

1, Таким образом, начиная с -- -= 3, составляющая поля E практически постоянна. Поэтому поДача потенциалов

«+Ч на каждую пару противолежащих электродов обеспечивает высокую однородность поля в перпендикулярном электродам направлении.

Рассмотрим отклонение в направлении, параллельном электродам. Для простейшей конструкции и питания, т.е. для случая двух пар электродов, имеем: Ч = +Ч - Ч - на противолежащих электродах слева от вертикальной плоскости симметрии и V +Ч +

+ Ч„ - справа, эта означает, что, 1. При этом К,„= 0,996," Кэк =

=-0.413; К,„ = 0,254. Введение дополнительных пар электродов с шириной, . изменяющейся в пределах 0,2 с --- 1, 1 1 позволяет получить условия обращения в нуль коэффициентов при третьей, пятой и т.д. гармониках в разложении потенциала. Так, при трех парах элек1 le тродов с шириной --- = 0,57 u --- =

d d

1 1а»

= 2, 43; либо при --1 = 0,56 u -»- =

= 4,44 (т.е. при -- - 0,56 р 0,01, d

--- = 2,4 - 4,4) имеем из формулы (3)

1у

KSx 0 при, = О, $< !. При четы1 рех парах электродов с шириной --

= 0 85 и --- = 2 15 имеем К К

1а

d 1 Ъ| И

= 0 при f = 0,19 и (! и т,д, Таким образом, при увеличении количества пар электродов удается дос" тичь поля любой требуемой однород) ности, Выход за указанные пределы ухудшает .однородность поля, чувствитель« ность отклонения ° При ширине средних

li электродов --- < 0,2 сильно увеличи25

d вается неоднородность поля. Так, при

--- = 0 1б и --- = 3 84 для того

1< 1

1 д У

У чтобы К было равно нулю, надо иметь, = -0,91 и P = 1, при этом

К „= 0,80, остаточный коэффициент велик (K = -0,35), а количество пар электродов - четыре вместо трех, как в заявленном режиме. При ширине сред1;

35 них электродов --- ) 1 уменьшается

d чувствительность отклонения. Так, li 1< при --- = 1 5. и --- = 2 5 однородД 1 Д

4р ность поля высока, К = О, К = 0,04, однако коэффициент К, = 0,32, т.е. чувствительность отклонения в два раза ниже, чем в предложенных режимах.

45 Режим питания, при котором = О, представляет наибольший интерес, так как в этом случае обе пары средних электродов, близлежащих к вертикальной плоскости симметрии слева и спра50 ва от нее, имеют один и тот же потенциал +Ч, т.е. могут быть выполнены как единое целое. Режим питания „ = является рациональным, обеспечивая подачу на крайние пары одинако "вых потенциалов для любого количест. ва пар электродов в виде суммы

I(разности) основных задающих требуемое отклонение напряжений (iV 7Ч"„). Выход за верхний предел

1557603 ((ъ 1) ухудшает чувствительность отклонения в параллельном направлении, так,как для достижения той же собственной чувствительности вместо

1 надо. подавать (В. Выход за нижний предел ухудшает однородность поля (см. например, пример с f„ =-0,91).

Таким образом, при соблюдении указанных пределов изменения электрических и геометрических параметров достигается наилучший положительный эффект.

При одинаковых эффективных длинах отклоняющих систем и одних и тех же ускоряющих напряжениях собственная чувствительность отклонения определяется следующим образом:

5= (> >ь

KqLr

1аq (4) 20 формула изобретения

1. Электростатическая отклоняющая система, содержащая пару плоских прогде 2d - расстояние между противолежащими электродами;

1. - длина системы вдоль продоль х

НОЙ ОСИ»

- ускоряющее напряжение;

К » - коэффициент при основной гармонике, определяемый формой и расположением электродов.

Сравнение Я с учетом величины--2d с известными отклоняющими системами при одинаковых габаритах показывает, что чувствительность отклонения новых систем при предлагаемых способах питания в 1,6-6,6 раз больше, т.е. .достигается положительный эффект, при этом количество пар .электродов в новых системах меньше либо одинаково, а однородность поля выше (оста- 40 точные коэффициенты в разложении по-. тенциала) по сравнению с известными. тиволежащих электродов, установленных параллельно один другому и обладающих плоскостью антисимметрии, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с це-, лью повышения чувствительности отклонения и расширения функциональнь»х возможностей путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям, в устройство введены дополнительно,: пары плоских противолежащих электродов, обладающих дополнительной плоскостью антисимметрии, перпендикулярной к первой плоскости антисимметрии.

2. Система по п.1, о т л и ч à ещ а я с я тем, что выполнены условия

3 -"- 6 5 0 2 - --- с 1 где

L 1»

Д ° У «Д

»

2L - общая длина отклоняющей системы, а 1," - длина пары электродов с порядковйм номером i вдоль первой плоскости антисимметрии; 2d - расстояние между плоскопараллельными электродами вдоль дополнительной плоскости антисимметрии, i = 1, 2, З,...,п порядковый номер пар электродов при отсчете влево и вправо от дополнительной плоскости антисимметрии, 3. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно трем и выполнены условия: 1 12 (- — — (1 16.

21»

d ф 4

4. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно четырем и выполнены условия: o,84 --- (o,86, 1»

5. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно пяти и выпол21» иены условия: 0 48 а — — (0 52.

1 . д

» У

o,78 --- < o,8o.

1а

1557603

Составитель В.Краснопольский

Редактор М,Петрова Техред И.Ходзвнч Корректор Э.Лончакова

Ю Ф

: Заказ 720 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101