Файл: Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия.pdf

2.6. ТИПИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ

Электростатические линзы в настоящее время редко используются для формирования изображения в электрон­ ном микроскопе. Это обусловлено рядом причин: для них необходимы хорошо изолированные высоковольтные вво­ ды, обеспечивающие предотвращение пробоев и надежную защиту оператора; параметры лучших электростатических

Катод

Ф и г. 2.45. Схема одиночной линзы, показывающая взаимосвязь между потенциалами электродов линзы и пушки.

линз ниже параметров лучших магнитных линз; иссле­ дуемый объект нельзя помещать в центр линзы (положе­ ние, соответствующее меньшим аберрациям), поскольку это будет искажать поле последней. Тем не менее все микроскопы содержат по крайней мере одну электростати­ ческую линзу, которая используется в электронной пушке для формирования ускоренного пучка электронов. В высо­ ковольтном микроскопе электроны ускоряются нескольки­ ми ступенями, каждая из которых является электростати­ ческой линзой. Свойства электронной пушки рассматри­ ваются в гл. 3. В этом разделе будет дано краткое описание свойств электростатических линз, применяемых на прак­ тике чаще других и называемых одиночными линзами (или однопотенциальными).

Одиночная линза состоит из трех электродов с круглы­ ми центральными отверстиями (фиг. 2.45); два внешних электрода электрически соединены и находятся под тем

же самым потенциалом, что и анод пушки. Средний электрод, изолированный от внешних электродов, нахо­ дится под потенциалом, который, в частности, может быть равен потенциалу катода. Следовательно, электростати-

Ф (г )

Ф и г . 2.46. В расчетах обычно Ф принимают равным пулю, когда скорость электронов равна нулю (а), однако на практике, как пра­ вило, заземляют микроскоп, а катод находится под отрицательным высоким потенциалом (б).

ческий потенциал в системе, состоящей из электронной пушки и двух одиночных линз, может иметь форму, пока­ занную на фиг. 2.46. Два варианта этой схемы соответ­ ствуют двум обычно используемым способам заземления электродов (нулевой потенциал), На фиг, 2.46, а заземлен

катод, что наиболее удобно с точки зрения проведения математических расчетов: Ф = 0 там, где скорость электро­ нов равна нулю, т. е. на катоде. На фиг. 2.46, б заземлен

анод, а катод находится под высоким отрицательным напряжением. Эта схема наиболее целесообразна с точки зрения удобства практического исполнения и безопасности работы с прибором (если анод находится под высоким

напряжением, то все остальные части прибора также должны находиться под высоким напряжением). Первая одиночная линза (I) служит для дальнейшего ускорения электронов и последующего их замедления до величины, соответствующей первоначальному ускоряющему напря­ жению. Вторая одиночная линза является тормозящей линзой; величина потенциала на ее среднем электроде

а

Мишень

Мишень

Ф и г. 2.50. Электростатические линзы, исследованные Дер-Швар­ цем и Макаровой с целью нахождения оптимальных линз, форми-

Ф и г . 2.51. (См. фиг. 2.50). Коэффициент сферической аберрации, нормированной по отношению к D , как функция рабочего расстоя­ ния I (аналогично нормированного) для линз фиг. 2.50 при десяти­

кратном увеличении [22].

а — центральный электрод оказывает тормозящее действие; б — централь­

ный электрод оказывает ускоряющее действие; на графиках вставки ft обозна­ чает отношение ускоряющего напряжения к напряжению на центральном электроде.

не должна превышать ускоряющее напряжение, поскольку в противном случае имело бы место отражение электронов, т. е. линза превратилась бы в зеркало. Свойства некото­ рых одиночных линз приведены на фиг. 2.47—2.50.

ЛИТЕРАТУРА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЧТЕНИЯ

Щ. Во всех книгах по электронной оптике электронным

линзам отводится значительное место. Клемперер и Бар­ нетт [53] и Гриве [40] приводят в своих книгах достаточно подробные расчеты линз. В первом томе книги, изданной под редакцией Септье [80], имеется несколько глав раз­ личных авторов, посвященных электростатическим и маг­ нитным линзам.

в большинстве случаев пользуются обычными V-образны- ми катодами.

Электроны, эмиттируемые катодом, первоначально обладают энергией, не превышающей 1 эВ. Затем они ускоряются с помощью пары электродов, известных под

лем кинетической энергии, на практике это оказывается весьма нежелательным. В этом случае колонна микроскопа должна находиться под высо­ ким напряжением, что, разумеется, вызывает серьезные трудности с точки зрения обеспечения безопасности рабо­ ты с прибором. Если же катод и венельт будут находиться под соответствующими отрицательными потенциалами, а анод будет заземлен, то проблема изоляции высоко­ вольтных частей и обеспечения безопасности работы с прибором решается сравнительно просто (ср. фиг. 2.46

и стр. 109).

Электронная пушка должна обеспечивать достаточную яркость изображения при малой эмиттирующей области катода, а также обладать незначительной сферической аберрацией. Это может быть достигнуто путем целесооб­ разного подбора геометрии электродов пушки и потенциала венельта (напряжение смещения).