Магнитное электроннооптическое устройство со скорректированной сферической аберрацией

 

1. МАГНИТНОЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО CO СКОРРЕКТИРОВАННОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ АВЕРРАЦИЕЙ, содержащее линзу с магнитами, расположенными симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходягдих через оптическую ось устройства, совпад ющую с осью электронного пучка, причем симметричные магниты имеют одинаковую величину намагниченности и обращены к оси устройства разноименными полюсами, отличающеес я тем, что, с целью упрощения конструкции и юстировки, магниты расположены в параллельных оптической оси плоскостях группами, включающими не менее двух магнитов, намагниченных в направлении,, перпендикулярном указанным паргшлельным плоскостям . с 2. Устройство по п. 1, о т л и (О чающееся тем, что магниты выполнены в виде плоских электромагнитных катушек. 00 00 о

(le (11) СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Д(5Р Н (I1,1.29 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3299531/18-21 (22) 11.06.81 (46) 30.03.83. Бюл. Р 12 (72) В.П. Афанасьев и Е.В. Шпак (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. A.Ô. Иоффе (53) 537.533.335(088.8) ,(56) 1. Петров И.А, и др. Квадрупольно-охтупольная линза с осесим.метричной составляющей.-Материалы

2Х Всесоюзной конференции по электронной микроскопии. Тбилиси, 1973. с. 33-34.

2. С гене А..W. Cohen D. Mead P.

-Ргос. IV Europ Reg. Conf. on Е M.

Rome, 1968, р. 183. (54)(57) 1. МАГНИТНОЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СО СКОРРЕКТИРОВАННОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИЕЙ, содержащее линзу с магнитами, расположенными симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через оптическую ось устройства, совпадающую с осью электронного пучка, причем симметричные магниты имеют одинаковую величину намаГниченности и обращены к оси устройства разноименными полюсами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения конструкции и юстировки, магниты расположены в параллельных оптической оси плоскостях группами, включающими не менее двух магнитов, намагниченных в направлении, перпендикулярном указанным параллельным плоскостям

Ф

Ю

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что магниты выполнены в ниде плоских электромагнитных катушек. С.

1008816

Изобретение относится к электронно-оптическим устройствам со скорректированной сферической аберрацией для фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц и может применяться в различных электронно-оптических 5 приборах, например в электронно-лучевых трубках, спектрометрах, микроскопах, в транспортирующих каналах ускорителей.

Известны устройства со скорректированной сферической аберрацией, состоящие из осемметричных линз, корректоРов сферической аберрации, содержащих квадрупольные и октупольные линзы,а также совмещенные квадру- щэльные и октупольные линзы.

Магниты укаэанных устройств расположены симметрично относительно двух плоскостей симметрии, перпендикулярных между собой и проходящих 2О через оптическую ось устройства, совпадающую с осью пучка )1J .

Недостатком укаэанных устройств является невысокое качество изображения из-за черезвычайно сложной юсти-25 ровки большого копичества магнитов квадрупольных и октупольных линз корректоров.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электронно-оптическое устройство, состоящее из четырех квадрупольных и трех октупольных магнитных линз, применяемое в сканирующем электронном микроскопе.

Данное устройство содержит 40 магнитов, которые расположены симметрично относительно двух плоскостей симметрии, перпендикулярных между собой и проходящих через оптическую ось системы, совпадающую с осью пучка, причем магниты расположены таким образом, что создают магнитное поле, антисимметричное относительно этих плоскостей симметрии. Четыре квадрупольные линзы создают правильное 45 электронно-оптическое изображение, а три октуполя полностью корректируют сферическую аббера ию третьего порядка системы j2j .

Однако данное устройство обладает 5п .недостаточно хорошим качеством изображения из-за весьма трудоемкой юстировки, что обусловлено сложной конструкцией и наличием большого числа магнитов, подлежащих сборке и юстировке.

Цель .изобретения — упрощение конструкции и юстиронки.

Укаэанная цель достигается тем, что в магнитном электронно-оптическом устройстне со скорректированной сферической аберрацией, содержащем линзу с магнитами, расположенными симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, про-, ходящих через оптическую ось устрой- 65 стна, совпадающую с осью электронного пучка, причем симметричные магниты имеют одинаковую величину намагниченности и обращены к оси устройства разноименными полюсами, последние расположены в параллельных оптической оси плоскостях группами, включающими не менее двух магнитов, намагниченных в направлении, перпендикулярном укаэанным параллельным плоскостям, Магниты могут быть выполнены в виде плоских электромагнитных катушек, а также, например, в виде набора ферритовых пластин, укрепленных на немагнитных пластинах., На чертеже предстанлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит линзу, состоящую из двух немагнитных пластин

1, параллельных между собой и оптической оси Z, устройства, совпадающей с осью пучка, на которые нанесены магниты н виде плоских элек— тромагнитных катушек, сгруппированные в группы 2-9. Катушки каждой пары групп (2-3, 4-5, 6-7, 8-9) расположены симметрично относительно плоскостей XOZ, 302, . Катушки сое-.. динены гальванически с источниками постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Через симметричные катушки каждой пары групп (2-3, 4-5, 6-7, 8-9) пропускается один и тот же по величине ток. Поэтому магнитные поля от соответствующих катушек в симметричных точках равны между собой. При этом направление тока в каждой из катушек таково, что направления силовых линий в симметричных точках противоположны дРуг другу.

Таким образом, создается магнитное поле, антисимметричное относительно плоскостей симметрии линзы.

Пучок заряженных частиц из источника последовательно подвергается действию осесимметричной, квадрупольной и октупольной составляющих поля катушек каждой пары групп, причем выбором токов в катушках добиваются того, чтобы суммарное действие осесимметричной и квадрупольной составляющих поля всех групп было фокусирующим, а суммарное действие октупольных составляющими корректировало сферическую аберрацию устройства.

Предлагаемая конструкция позноляет добиться этого. Действительно, если магниты расположены симметрично относительно плоскостей XOK и Y0Z, а полярность их относительно этих плоскостей антисимметрична, то разложение магнитного скалярного потенциала вблизи оси симметрии имеет вид .я(ХУЬ).0,(Е)+0„()ХY+ 0,(Z)XY(X у ) .1008816

Составитель Ь. Гаврюшин

Редактор Ю. Ковач Техред; Й, Костик КорректорВ. Бутяга

Заказ 2349/63 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где lj Х - квадрупольная составляю1 с щая- поля, UgХх(х $ ) — октупольная.

Функции U» и ll< определяют фо кусирукщие свойства и аберрации третьего порядка соответственно и, в свою очередь, определяются силой и взаимным расположением магнитов.

Функции U» и U зависят от силы магнитов поразному, поэтому оказывается возможцым выбрать силы магнитов 30 так, чтобы добиться необходимого фокусирующего действия устройства при .одновременной коррекции сферической абберации.третьего порядка.

На электронно-оптической скамье макет состоящий иэ двух секций, по .четыре плоских электромагнитных катушки в каждой секции изготовлен и испытан. Секции изготовлены из. фольгированного гетинакса (120х50 мм), катушки получены фотоХимическим способом. Длина катушек вдоль оси системы равна 100 мм, ширина средних катушек — 20 мм, крайних — 10 мм. Катушки выполнены прямоугольными со спиральной намоткой.

Число витков в средних катушках — 10, в крайних — 7. Средние катушки обеих секций и раздельно крайние соединены между собой. последовательно так, что направления токов в симметричных 30 катушках противоположнй друг другу, причем и магнитные поля в симметричных катушках равны между собой, а направления силовых линий в них противоположны друг другу. При этом форми-З5 руется магнитное поле,антисимметричное относительно плоскостей симметрии. Таким образом, магнитное поле линзы управляется двумя токами — по средним и крайним катушкам. Секции 4g скреплены между собой болтами по углам пластин через отверстия в них, причем между пластинами вставлены калиброванные столбики, а отверстия для болтов в пластинах распологают одинаково, что обеспечи- 45 вает параллельность пластин и совмещение плоскостей симметрии линзы. Линзу крепят в трубу 51 мм так, что она входит в трубу с трением, прячем ось ее совмещают с осью трубы,выставленной по оси электронно-оптической скамьи. Методом двух сеток измеряют фокусирующие свойства и сферическую аберрацию третьего порядка. Обработка экспериментальных результатов показывает. что линза действует как суперпозиция совмещенных квадрупольной и октупольной линз, длина которых равна 100 мм, а возбуждение квадрупольной и октупольной составляющих определяется линейной комбинацией токов в средних и,крайних катушках.

Использование предлагаемо р устройства по сравнению с известным предоставляет большую гибкость в достижении необходимых функциональных характеристик, позволяет упростить конструкцию устройства в целом, значительно облегчить юстировку и, как следствие, улучшить качество изображения. Эффективность юстировки предлагаемого устройства по сравнению с известным достигает 96,5%.

Предлагаемое устройство предполагает лишь семь юстировок (вместе 200 у прототипа) двух цельноизготовленных пластин с электромагнитными катушками: по одному параллельному переносу и двум поворотам на каждую пластину и установку в необходимое положение вдоль оптической оси °

С ростом сложности функциональной задачи, стоящей перед устройством, и соответственно числа магнитов эффективность изготовления и юстировки предлагаемого устройства увеличивается.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет более гибкие функциональные возможности и обладает более простой конструкцией.