Устройство для юстировки катодов электронного эмиссионного микроскопа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 970509

Союз Советских

Социалистических

Рес убпии (63 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.04.81 (21) 3270925/18-2 1 с присоединением заявки J4 (51)М. К.п.

Н 01 J 37/20

9кударстееннцй квинтет

СССР

Ао делам изабретеннй и открытей (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.82. Бюллетень Рй 40

Дата опубликования описания 30.10.82 (53 УДК621.385..833 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. В. Барсов и Н. И. Булычев (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ КАТОДОВ

ЭЛЕКТРОННОГО ЭМИССИОННОГО МИКРОСКОПА

Изобретение относится к технике элект» ронной микроскопии, в частности к устройствам для эмиссионных микроскопов.

Известны препаратоводители и предмет ные столики для электронного микроскопа, которые могут быть использованы для установки иа них исследуемых образцов и юстировки их относительно объективной линзы.

Известен, например, гониометрический столик объектов, содержащий объектодержатель, закрепленный в каретке, механизм для линейных перемешений объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях и механизм наклона объектов в любой радиальной плоскости, выполненный в виде двух коаксиально расположенных рамок с пересекающимися осями наклона и размещенной во внутренней рамке кареткой объектодержателя (1 ).

Это устройство имеет недостаток, заключающийся в отсутствии вертикального перемещения, который не позволяет производить подстройку расстояния от эмиттируюшей кромки исследуемого образца, например катода, до объективной линзы. При исследовании катодов на эмиссионных электронных микроскопах точка закрепления катода развязана от потенциала земли длинным изолятором и находится довольно далеко от эмиттируюшей поверхности. Это.приводит к значительному воздействию температурных факторов на расстояние катод-объектив, нарушая фокусировку и снижая разрешение микроскопа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для юстировки объектов (катодов), содержащее катододержатель, каретки, снабженные направляющими с держателями и механизмом перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Х, У и Z, вал поворота вокруг вертикальной оси 2. с механизмом поворота. В атом устройстве механизм вертикального перемешения выполнен в виде С-образного контура с за3 9705 крепленным на нем шаговом приводом, который закреплен на одной из кареток перемещения по осям ) и

Указанное устройство обладает тем недостатком, что при исследовании протяженных катодов, например автокатодов лезвийного типа, оно не обеспечивает корректировки параллельности эмиттирующей кромки относительно объективной линзы и поддержания этой параллельности при перемещениях образца. Это обстоятельство затрудняет юстировку прибора, нарушая фокусировку и снижая разрешение микроскопа.

Пель изобретения - повышение точнос- тн и сокращение, времени юстировки про» тяженных катодов леэвийного типа относительно объективной линзы.

Указанная цель достигается тем, что устройство для юстировки катодов, содер- о. жашее последовательно связанные катододержатель, каретки, снабженные направляющими .с держателями и механизмами перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Х, 3 и 2., и вал поворота катододержателя вокруг вертикальной оси, смеханизмом поворота,,снабжено дополнительным валом поворота и дополнительным механизмом поворота катододержателя вокруг оси 9, перпенди- 30 кулярной плоскости лезвия катода, размешенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения цо оси и в держателе направляющих каретки перемещения по оси,7, и прикрепленным к . каретке перемещения по оси жестко, а к держателю направляющих каретки перемещения по оси g с помощью подпружиненных накладок, при этом механизм перемещения и дополнительный механизм 4g поворота катододержателя относительно оси закреплены на направляющих каретки перемещения по оси g, а механизмы перемещения и поворота катододержателя относительно оси, размещены на направ- 45 ляюших каретки перемещения по оси Z .

На фиг. 1 представлена схема возможных юстировочных перемещений кромки катода относительно цепи объективной линзы, обеспечиваемых предлагаемым уст- ройством; на фиг, 2 — предлагаемое ус ройство, вид сверху; на фиг. 3 - разрез

А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б«Б на фиг. 3; на фиг. 5 — сечение В-В на фиг. 4.

Перемещение по оси Х позволяет установить,исследуемый участок катода против щели или отверстия в диафрагме, про09 4 пускающей только параксиальные электроды, и последовательно рассматривать его участки по всей длине эмиттируюшей кромки.

Перемещение по оси У позволяет производить подстройку симметричности положения эмиттирующей кромки катода относительно кромок щели. Перемещение по оси Z. позволяет производить подстройку расстояния от катода до плоскости щели..

Поворот вокруг оси 7. позволяет производить подстройку параллельности кромки катода краям щели. Поворот вокруг оси позволяет производить подстройку параллельности эмиттируюшей кромки катода относительно плоскости объективной линзы.

Устройство содержит (фиг. 2) направляющую 1, являющуюся базовой деталью, в которой выполнены призматические канавки, служащие для размещения калиброванных шариков 2 разделенных сепараторами 3 (фиг. 3). На направляющей, опираясь на шарики, смонтирована каретка перемещения по оси )(, содержащая прямоугольные пластины 4 и 5, соединенные между собой стяжками 6 через рессоры 7.

В каждой пластине выполнены аналогичные канавки для той же цели. На нижней пластине 4 закреплены направляющие, 8, каретки 9 перемещения по оси . . Кинематическая связь между направляющими и кареткой- также осуществляется через ка» либрованные шарики, разделенные сепаратором. В каретке 9 по оси симметрии выполнена еще одна призматическая канавка, в которой с помощью накладок 10 неподвижно закреплены цилиндрические стержни 11 (фиг. 4 и 5), служащие валом поворота вокруг оси g . На этом валу с помощью накладок 12 закреплен с возможностью поворота держатель 13 направляющих 14 каретки 15 вертикального перемещения по оси . Кинематическое сопряжение каретки 15 с направляющими

14 осуществлено посредством калиброван« ных шариков, разделенных сепаратором, В каретке 15 аналогично каретке 9, выполнена по оси симметрии еще одна призматическая канавка, в которой с помощью накладки 16 и пружины 17 закреплен катододержатель 18 в виде дополнительного вала с воэможностью поворота относительно оси .У (фиг. 4). Достигается это за счет подпружиненного закрепления. На хвостовике катододержателя закреплен поводок 19, шарнирно соединенный с механизмом поворота относительно оси У звеном 20. Механизмы перемещений выпол9705 иены в виде винтовых пар, установленных в подшипниках в корпусах. На пластине 5 неподвижно закреплен корпус 2 1 со смон тированными в нем двумя винтовыми парами, одна нз которых служит для осуществления возвратно-поступательного движения по оси и содержит винт 22 и гайку 23 (фиг. 4.), а другая — для осуществления вращательного движения относительно той же оси и содержит винт 24 и гайку 25. 10

Гайка 23 шарнирно сопряжена с рычагом

26, закрепленном на оси 27 с возможностью поворота в серьге 28, установленной с возможностью поворота на кронштейне 29, неподвижно закрепленном на ниж- !5 ней пластине 4. В другом конце рычага

26 установлен винт 30 с гайкой 31, предотвращающей его сам оотвинчивание.

Сферический торец винта упирается в каретку 9. С другой стороны каретки смон- 20 тирована пружина 32, служащая для возврата каретки, упирающаяся своими торцами на каретку 9 и кронштейн 33, неподвижно закрепленный на пластине 4. На гайке 25 смонтирован ролик 34, кинема- 25 тически сопряженный с клиновидным звеном 35, . один из концов которого шар« нирнс закреплен на пластине 5, а другой упирается в направляющую 14,.риг. 3)..

Для возвратного перемещения при покачи-50 вании вокруг оси предусмотрена пружина 36, один конец которого закреплен на пластине 5, а другой упирается в направляющую 14, 35

Другой корпус 37 со смонтированными в нем двумя винтовыми парами закреплен на направляющих 14, Однц из этих пар служит для осуществления возвратно-по-. ступательного движения по оси Z и содер- 40 жит винт 38 и гайку 39, а другая - для осуществления вращательного движения катододержателя 18 относительно оси Z и содержит винт 40 и гайку 41. Гайка 39 шарнирно связана с двуплечим рычагом 42 (фиг. 4), закрепленным на оси 43 с возможностью поворота. Вал 43 установлен в кронштейнах 44 (фиг. 5), закрепленных неподвижно на направляющих 14. Другое плечо рычага 42 упирается сферическим концом штыря в нижний торец каретки 15..

Гайка 41 шарнирно сопряжена со звеном 20, другой конец которого шарнирно, связан с поводком 19.

Закрепление держателя 13 на стержнях

S5

11 осуществлено с помощью накладки 12 (фиг. 5). В накладке имеются штыри 45 с гайками 46 и сухарями 47, служащими для натяжения пружины 48.

09 6

Для перемещения по оси К нижняя пластина 4 каретки снабжена кронштейном 33, в прорезь которого входит толкатель привода монтируемого отдельно либо на направляющей 1.

Регулировка силы прижатия пластин

4 и 5 каретки производится гайками 49 (фиг. 3).

Для осуществления перемещения гаек

25 и 41 относительно винтов 24 и 40 на корпусах смонтированы направляющие 50.

Для удобства работы объективная линза может быть смонтирована непосредственно на нижней пластине 4 каретки. Линза является симметричной и содержит три электрода, из- которых два крайних элект рода 51 имеют нулевой потенциал, а средний 52 находится под высоким напряжением, и изолирующие кольца 53. B этом случае электроды выполнены в виде тонких дисков со щелями. Если линза смонтирована отдельно от движущейся каретки, то электроды выполнены в виде дисков с малыми отверстиями, расположенными на одной оси.

Испытуемый катод обозначен позицией 54.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально все механизмы и каретки находятся,в средних положениях, что ориентировочно соответствует расположению центра катода на пересечении координатных осей. Затем производится установка катододержателя 18 в призматической канавке 15 вертикального перемещения, закрепление его с помощью накладки

16 с пружиной 17 и соединение поводки

19 со звеном 20. После этого производится визуальный контроль выполнения указанных работ и устройство устанавливают в камере микроскопа, вводят в кинематическое сопряжение толкатель привода на оси Х с кронштейном 33 и производят все электрические соединения (для подачи соответствующих потенциалов на исследуемый катод, электроды линзы и т. д.).

На концы винтов 22, 24, 38 и 40 монтируют полумуфты карданных приводов от вводов вращательного движения и закрепляют их.

После этого производится откачка камерь1 до необходимого вакуума и по его достижении на катод и линзу подаются соответствующие потенциалы. 10стировка положения катода производится вращением винтов 22, 24, 38, 40 и винта механизма перемещения по оси X .

7 97050

Юстировка симметричнос ги эмиттирукя. щей кромки катода относительно щели линзы производится вращением винта 22.

При его вращении гайка 23 перемешает длинное плечо рычага 26, вращая его вокруг оси 27 и таким образом производя перемещение короткого плеча с толкателем (винтом 30). Толкатель нажимает на каретку 9 и смещает ее. Возвратное перемещение производится под воздейсч 10 вием пружины 32. Поскольку при вращении рычага 26 длина его проекции на вертикальную ось изменяется, то это изменение компесируется поворотом серьги 28, закрепленной шарнирно в кронштей-1З не 29.

Юстировка параллельности эмиттируюшей кромки катода плоскости объективной линзы производится вращением винта 24.

При его вращении гайка 25 перемешается 20 и смонтированным на ней роликом 34 воз действует на клиновидное звено 35, которое передает это воздействие на направляющие 14, закрепленные на держателе 13.

Возникающее усилие поворачивает держа- 2S тель 13 вокруг стержня 11. Накладки 12, закрепленные с помощью пластинчатых пружин 48, выбирают люфт в соединении, но не препятствуют повороту..Для гаран« тии надежности работы соединения в ва- 30 кууме при систематическом прогреве стержень 11 выполнен из керамики на основе окиси алюминия. Возвратный поворот держателя 13 совершается под воздействием пружины 36, которая создает постоянное усилие в кинематических сочленениях, выбирая все люфты в соединении.

Юстировка параллельности эмиттирующей кромки катода кромкам щели произ40 водится вращением винта 40. При его вращении гайка 41 перемещается вдоль винта и звеном 20 воздействует на поводок 19, закрепленный на катододержателе 18, поворачивая последний вокруг вер4S тикальной оси.

Юстировка расстояния от эмиттирующей кромки катода до плоскости объективной линзы производится вращением винта 38.При его вращении гайка 39 перемещается вдоль винта и покачивает дву50 плечий рычаг 42 на оси 43, установленной в кронщтейнах 44, закрепленных на направляющих 14. Другое плечо рычага

42 воздействует на каретку 15, перемещая ее вверх и увеличивая это расстоянием

Обратное перемещение производится под совместным усилием пружины 45 и собственного веса.

9 8

Юстировка по оси X как правило, не требуется, так как длина щели значитель но превышает длину катода. Перемещение по оси X служит для последовательного исследования всей эмиттирующей кромки катода, Это перемещение превышает длину катода и производится отдельным механизмом, кинематически сопряженным с кронштейном ЗЗ, закрепленным на плас- тине 4., Таким образом, предлагаемое устройство позволяет однажны отъюстировав катод производить его исследование на всей длине. В противном случае необходимы многократные подстройки по мере перемещения катода по оси Х, что существенно удпиняет процесс испытания катода ипи ведет к повышениюразрешения эпектроннооптической системы микроскопа.

Формула изобретения

Устройство для юстировки катодов электронного эмиссионного микроскопа, содержащее последовательно связанные катододержатель, каретки, снабженные направляющими. с держателями и механиз- мами перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Х, М и Z, вал поворота катододержателя вокруг вертикальной оси Z; с механизмом поворота, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени юстировки протяженных катодов лезвийного типа относительно объективной линзы, оно .снабжено дополнительным валом поворота и дополнительным механизмом поворота катододержателя вокруг оси У, перпендикулярной плоскости лезвия катода, размещенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения по оси у и в держателе направляющих каретки перемещения по оси 7. и прикрепленным к каретке перемещения по оси жестко, а к держателю направляющих каретки перемещения по оси Z c помощью подпружиненных накладок, при этом механизм перемещения и дополнительный механизм поворота катододержателя относительно оси У закреплены на направляющих каретки перемещения по оси, а механизмы перемещения и поворота катододержателя относительно оси размещены на направляющих каретки перемещения по оси

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No 568984, кл. Н 01 7 37/20, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N 686000, кл. G 02 В 21/26, 1977

970509

Составитель В. Гаврюшин

Редактор Ю. Ковач Техреп А. Бабинеп Корректор М. Шарощи

Заказ 8400/67 Тираж 761 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