Электроннооптическая система про-свечивающего электронного микроскопа

 

<л811365

Союз Соаетскик

Социаяистичвсииз

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДНЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20. 10.78 (21)2б77035/18-25 (53)м Кл,з с присоединением заявки йо

Н 01 J 37/26

Государствеииый комитет

С С С. Р ио деиам изобретений и открыти и (23) Приоритет

СМубликовано 07.0351, Бюллетень М 9

Дата опублинованняописания 07. 03. 81 (53) 4К 621. з88.8зз. .001.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. Ф. Анаскин, Е. В. Агеев и П. А. Сто нов

МЕСИ""," (73) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННООПТИЧЕСКАЯ CHCTENA ПРОСВЕЧИВИОЩЕГО

ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА

Изобретение относится к области электроннооптического приборостроения, в частности к просвечивающей электронной микроскопии, и может быть использовано при конструировании электроннооптических систем просвечивающих электронных микроскопов.

Известна электроннооптическая система просвечивакщего электронного микроскопа, содержащая осветительную систему с конденсаторными линзами, снабженными сменной апертурной диафрагмой с кольцевым или круглым отверстием, объективную линзу, вкЛючакщую апертурную диафрагму с круг- 15 лым отверстием f1) .

Недостатком этой системы является то, что она не реализует необходимое высокое разрешение ввиду низкого контраста получаемых светлополь- 20 ных изображений . Причина низкого контраста заключается в том, что нерассеянные объектом электроны пропускаются апертурной диафрагмой объективной линзы, ухудшая фон изображения.

Наиболее близкой по технической сущности является электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа, содержащая освети- 30 тельную систему с источником электронов и конденсорной линзой, объективную линзу, оптически сопряженные апертурные диафрагмы конденсорной и объективной линз с осесимметричными отверстиями (2) .

Целью изобретения является увеличение разрешения микроскопа за счет повышения контраста светлопольного изображения объектов.

Указанная цель достигается тем, что апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним диаметрами Д„ и Д, а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена с круглым и кольцевым отверстиями с диаметрами последнего соответственно Д и Д4, причем указанные диаметры связаны с расстоянием а между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространства изображений соотношением

2bi Ьъ Ь 2 —,-,„ж З В4

8113б5 где п — коэффициент увеличения контраста, а величины зазоров кольцевых отверстий удовлетворяют неравенствам

Q - Я1 2, В1 — Qq 3..

4 2 < у где 9 - длина волны электрона; — угловой размер источника электронов; 10 — произ водная от волновой аберрации объективной линзы.

На фиг.1 представлен общий вид эдектроннооптической системы; на фиг.2 — схема, отражающая ход электронных лучей.

Электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа содержит размещенные соосно осветительную систему 1, включаюущую автоэмиссионную пушку 2 и конденсорную линзу 3, н которой установлена апертурная диафрагма 4 с кольцевым отверстием 5. За осветительной системой 1 по оптической оси установлен объектодержатель б с исследуемым объ- 5 ектом, через который проходит первичный пучок электронон 7. Объективная линза 8 включает апертурную диафрагму

9, оптически сопряженную с апертурной дИафрагмой 4 и выполненную с двумя 3О соосными отверстиями — кольцевым 10 и круглым 11, размер которого определяется конкретными электроннооптическими параметрами системы. Кольцевые отверстия 5 и 10 апертурных диафрагм прорезаны не по всему периметру коль ца, а имеют четыре перемычки 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Испускаемые автоэмиссионной пушкой

2 электроны образуют источник электронов 13,представляющий, например,кроссовер с угловым размером Р (фиг,2)

Первичный электронный пучок 7 фокусируется конденсорной линзой 3 осветительной системы 1 н точку на исследуемом объекте, расположенном на объектодержателе б, проходя перед этим через кольцевое отверстие 5 апертурной диафрагмы конденсорной линзы 4, ограничивающей пучок элект- 50 ронон по диаметру. Источник электронон 13 обеспечивает в плоскости апер.турной диафрагмы конденсорной линзы

4 полностью когерентное освещение всей площади отверстия диафрагмы, 55 т.к. угловой размер источника ф рассматриваемой в плоскости диафрагмы, удовлетворяет соотношению

Л

P > тс 2, 40 ь„- ь, где 1= — величина зазора кольцевого отверстия апертурной диафраг-. мы конденсорной линзы, 65

Приведенное соотношение получено из условия, что поперечная длина когерентности электронного пучка ,Хк02 /р при этом должка быть больше или, по крайней мере, равна ширине отверстия апертурной диафрагмы конденсорной линзы.

Обусловленный требованием полной когерентности угловой размер источника р, равный 0,5х10 рад, обеспечивается автоэмиссионными пушками электронных микроскопов.

Прошедшие объект электроны, образуя два пучка из рассеянных и нерассеянных объектом электронов, фокусируется объективной линзой 8 и апертурной диафрагмой объективной линзы

9 (проходя при этом через отверстия 11 и 10 соответственно), которая экранирует часть нерассеянного пучка электронов зоной 14. Заданное перекрытие rn первичного нерассеянного пучка. эле:тронов обеспечивается соответствующим выбором линейных размерон кольцевых отверстий апертурных диафрагм конденсорной и объектинной линз (оптически сопряженных таким образом, что объективная линза 8 формирует изображение конденсорной диафрагмы 11 в плоскости расположения апертурной диафрагмы объективной линзы 9) и осевых расстояний между линзами и апертурными диафрагмами.

Пеличина перекрытия первичного пучка нерассеянных электронон прошедших объект, обусловлена разностью площадей отнерстий апертурнь|х гиафрагм конденсорной и объективной линз.

Заданное перекрытие площади сече--.:ия первичного пучка нерассеянных электронон„ прошедших объект, приводит к уменьшению результирующего фона н снетопольном изображении, что при полностью когерентном освещенииz",оторое Обеспечивается антоэмисс=..энной пушкой и размерами конденсорной линзы, увеличивает контраст изображения объекта, так как при полност ью когерент ном освещении перекрытие части первичного пучка

<е приводит к нарушению взаимной когерентности электронов оставшейся части первичного пучка 15 и рассеянных элекrðoíoR 1б. Это обуславливает r:oëíóï интерференцию первичного пучка с рассеянным, создающими светлопольное изображение объекта в

r:лоскости 17, и исключение электронов перви-:.:ного пучка в фоне изображеиия.

Ела.годаря полной когерентности освещающего пучка, уменьшение интенсивности пучка н п2 раз приводит к увеличению результирующего контраста н Й I раз .

Кроме того, первичный пучок электронон 15, участвующий в формировании изобра:кения объекта, практически не искажается волновой абер811365 рацией, в то время как кольцевое отверстие апертурной диафрагмы объективной линзы, через которое проходит этот пучок, ввиду больших диаметров отверстия Д и Д4 цо сравнению с известными диафрагмами находится в области сильного изменения волновой аберрации. Это достигает.ся за счет очень малого зазора ь- Ьа б, ь кольцевого отверстия апер10 турной диафрагмы объективной линзы, 0 ц g —, что на практике составляет

2 w величину;ь 1 мкм. 15

Повышение контраста при исключении практического влияния волновой аберрации на электронный пучок, формирующий иэображение, позволяет реализовать высокое разрешение до

0,1 нм в электронном микроскопе.

Таким образом, предлагаемая элек троннооптическая система позволит производить исследование структур на атомарном уровне (в частности, тяжелых атомов ) в просвечивающем электронном микроскопе за счет обеспечения высокого разрешения, что существенно расширяет информативные возможности электронного микроскопа. 30

Формула изобретения

ЭлектроннооптичеСкая система npo" 35 свечивающеего электронного микроскопа, содержащая осветительную систему с источником электронов и конденсорной линзой, объективную линзу, оптически сопряженные апертурные диафрагмы кон- 6 денсорной и объективной линз с осесимметричными отверстиями, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения разрешения микроскопа за счет повышения контраста светлойольного изображения объектов, апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним диаметрами Д и а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена с круглым и коль» цевым отверстиями с диаметрами последнего соответственно Д9 и Д4 причем указанные диаметры связаны с расстоянием а между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространства изображе" ния соотношением

Ь - 02 (g )2. 2 Q

3 4 где m — коэффициент увеличения контраста, а величины. зазоров кольцевых отверстий удовлетворяют неравенствам

 — D2

Г

Ьз — Ь4

С w -у где % - длина волны электрона;

- угловой размер источника электронов;

% — производная от волновой аберрации объективной линзы источники информации g принятые во внимание при экспертизе

1. Xozc П. Электронная оптика и электронная микроскопия. И., "Жир", 1974.

2. Патент США Ф 3996468, кл. 250-396, опублик. 1974 (прототи ).

8113б5

Р

Составитель В. Гаврюшин едактор О. Филиппова ТехредЕ.Гаврилешко Корректор М. Нигула

Заказ 5О4/2 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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