Корпускулярно-зондовое устройство

Корпускулярно-зондовое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕПЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

r«>727045 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 060875 (2) ) 2160765/18-25 с присоединением заявки Hе 2 35? 174/18-25 (23) Приоритет

Опубликовано 070681. Бюллетень Ко 21

Дата опубликования описания 0 7.06.81 (51)М. Кл

Н 01 J 37/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 791. . 72 (088. 8} (72) Авторы изобретения

I

Р с

Г. В. Эдельштейн и Д. М. Паутов (71) Заявитель (54) КОРПУСКУЛЯРНО-ЗОНДОВОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к устройст- вам для создания направленного. пото-, ка заряженных частиц, в частности к зондовым устройствам электронных и 5 ионных микроскопов и микроанализаторов, а также аппаратов дня корпускулярно-лучевой обработки материалов, в которых используется точечный катод в качестве источника электронов.

Известны электронные и ионные пушки и микроскопы с точечными катодами, s которых корпускулярный зонд на поверхности образца создается при помощи электростатической фокусирующей системы, имеющей электроды специаль- 15 ной фор) ы, например воронкообразной (1 g.

Основным параметром корпускулярно-зондового устройства является разрешающая способность, которая опре- 20 деляется размерами зонда на поверхности образца. В устройствах с точечными катодами величина зонда на поверхности образца в основном зависит от сферической и хроматической аберра-25 ции факусирующей системы. Форма электродов фокусирующей системы выбирается такой, чтобы при данных рабочих условиях положейие держателя образца и напряжения на электродах ) 30 свести к минимуму коэффициенты этих аберраций. При этом форма рабочих поверхностей электродов обеспечивает на оси корпускулярно-зондового устройства определенное распределение потенциала.

Однако корпускулярно-зондовые устройства, содержащие электроды воронкообразной формы, имеют низкую разрешающую способность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является корпускулярнозондовое устройство, содержащее источник заряженных частиц с точечным катодом, аксиально-симметричную фокусирующую систему, состоящую, по крайней мере, из одной пары электродов, и держатель образца (2).

В этом устройстве рабочая поверхность каждого электрода симметричной пары представляет собой эквипотенциальную поверхность со следукхдим распределением поля: ф 1)-Ч„+ (10+()6+О )1-(2с Юр) 2 гц У) где Z - -текущая координата вдоль оси устройства в единицах длины фокусирующей системы, 727045

V и V< — потенциалы перного (Z=

=- 1 ) и второго (Z ==+1 ) электродов относительно потенциала катода соответственно, а = 0-0,4..

Эта фокусирующая система имеет аберрации, слишком большие для получения высокой разрешающей споссбности, необходимой для решения многих научных и производственных задач.

Например, для а = 0,2,7л Ч = 7 и расстоянии от понерхности образца до второго электрода 2 =8 см, коэффициенты сферической и хроматической аберраций, отнесенные к плоскости катода, равны соответственно

=35,01 см и С =3,17 см /k=.щ.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности устройства.

Это достигается тем, что электроды каждой и ры фокусирующей системы выполнены несимметричными один относительно другого, а форма их рабочих поверхностей обеспечивает на оси корпускулярно-зондового устройства между электродами каждой пары распределение потенциала н виде

«р() = + (V<-V„) 51Н 2Q

7сх

-и о. (Х) 1 и О < — <

20 при г..Е / — со (Г. 20) и Ма при Z

2 с1гссо5 — — (( )г /гав Е - где Z — текущая координата вдоль о си устройства, длина каждои пары электродов, Ч и Ч вЂ” потенциалы первого и второго электродов пары относительно потенциала катод- соответственно; а — безраэмер- Щ ный параметр, определяемый расстоянием между поверхностью образца и последним электродом системы, длиной фокусирующей системы, потенциалами на первом и последнем электродах системы и расстоянием от катода до первого электрода.

В оптимальном случае форма рабочей поверхности первого электрода пары опопредЕляется выражением т ап. и

Ч а 5g

-/2д СО (%1/6

z л

О б — < 0ГССО5 е ж za а рабочая поверхность второго электрода — выражением 60 где r — расстояние от оси системы до рабочей поверхности.

Для упрощения технологии изготовления рабочие поверхности электродов фокусирующей системы могут иметь воронкообразную форму с углом раствора, равным

0(„= R.пГс Ц 4 (а- 4:) для первого электрода пары и

= 2Qt.с1 g( для второго электрода пары.

На фиг. 1 схематически изображена принципиальная схема предлагаемого корпускулярно-зондового устройства с фскусирующей системой иэ двух электродов, форма рабочих поверхностей которых определена приведенными выражениями для г; на фиг. 2 — то же, с фокусирующей системой иэ двух электродов, имеющих воронкообразную форму рабочих поверхностей.

Корпускулярно-зондовое устройство (фиг. 1) содержит источник 1 заряженных частиц с точечным катодом 2, аксиальносимметричную фокусирующую систему длиной 1, состоящую из электродов 3, и 4, держатель 5, в котором закреплен исследуемый образец 6.

Первый электрод 3 фокусирующей системы находится под потенциалом V, относительно потенциала катода 2 и отстоит от него на расстоянии Z . Второй электрод 4 фокусирующей системы находится под потенциалом V относительно потенциала катода 2 и расположен на расстоянии Zo от поверхности образца 6.

Заряженные частицы иэ источника, проходя через фокусирующую систему, создают корпускулярный зонд на поверхности образца 6.

При данных значениях Z, Z „,,V< и

Ч2, определяемых конструктивнйми особенностями и назначением корпускулярнозондового устройства, существует единственное значение параметра Q, при котором величина зонда (участка поверхности образца, облучаемого заряженными частицами) становится минимальной.

Так, например, при Z„=0,06 см, Z =8,00 см, V(V =7 получаем а=7,0.

При этом Ссф —- 9,82 см и С р=1,32см кзв.

Это и 3,5 раза меньше, чем С,, и в 2,4 раза меньше, чем Су,р в известном устройстве.

В устройстве, имеющем воронкообразную форму фокусирующей системы (с фиг. 2), электрод 3 имеет угол раствора оС, а электрод 4 — Cz.

Предложенная конструкция корпускулярно-зондового устройства позволяет сущестненно повысить разрешающую способность устройства и в некоторы:.. случаях устранить необходимость дополнительных фокусирующих устройств, например магнитных линз.

727045

Формула изобретения

1. Корпускулярно-зондовое устройство, содержащее источник заряженных частиц с точечным катодом, аксиальносимметричную фокусирующую систему, состоящую, по крайней мере, из одной пары электродов, и держатель образца, Ь т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства, электроды каждой пары фокусирующей системы выполнены несимметричными один относительно другого, а форма их рабочих поверхностей обеспечивает на оси корпускулярнозондового устройства между электродами каждой пары распределение потенциала в виде

fg2 7. фр)=м (v -ч„ls n2а 21 a><,о — (1

20 для Z — текущая координата вдоль осн устройства; — длина каждой пары электродов; V и V> — потенциалы .первого и второго электродов пары относительно потенциала катбда соответственно, "а" — безразмерный параметр, определяемый расстояние между поверхностью образца и последним электродом cHcTBMbl длиной фокусиру(зщей системы, потенциаламч на первом и последнем электродах системы ЗО и расстоянием от катода до первого электрода.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что форма рабочей поверхности первого электрода пары определяется выражением

I3 У-/e < / е сИ-есоз gt Äß а рабочая поверхность второго электрода — выражением те Д

2 Z при агссс — < — с 4

1 lcl где r — расстояние от оси систе>ы до рабочей поверхности.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, поверхности электродов имеют воронкообразную форму с углом оастВора, равным ц = 2>ц>-сф. у- С (Q — Cj2 ) . для первого электрода .пары и

А = 2си-с1 з. для второго электроды пары.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. К. ICuroda, Т. Suzuki. Journal

Appl. Phys., ч. 45, Р 3, 1974, р. 1436-1441.

2. Заявка Японии Р 48-34448, кл. 99 С 01, 1966 (прототип).

Составитель А. Бишаев

Редактор С. Суркова Техред A. Бабинец ° КорректорГ. Решетник

Ф

Заказ 3377/52 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4