книги из ГПНТБ / Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия

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).

116 Глава 3

верхний предел (предел Лэнгмюра), определяемый урав­ нением

где j — плотность тока у катода, Т — температура катода, е — заряд электрона, к = 1,4 *10-33 Дж/град — постоян­

ная Больцмана.

Температура V-образного катода обычно составляет 2800 К; при этом j « 0 ,0 3 5 А/мм2, так что. электронная

яркость равна —2 А/мм2 «истер.

Па фиг. 3.3 представлены результаты ряда измерений, характеризующих зависимость электронной яркости от

■ч!

Ф и г . 3.3. Электронная яркость (1 как функция тока пучка is для различных температур катода Т для 20-киловольтной пушки I (а)

икак функция напряжения на управляющем электроде для пушек I

иI I (б) [5].

—— — — теоретическое значение.

полного тока пучка (is) и напряжения смещения для двух венельтов различной формы. На фиг. 3.4 показана зависи­ мость электронной яркости сферического (остроконечного) катода от напряжения смещения и температуры.

Ф и г. 3.4. Электронная яркость р как функция напряжения на управляющем электроде для различных значений радиуса острия сферического катода гд и температуры катода Т [42].

а _ 2гк = 250 мкм; б — 2rfe = 110 мкм; в — 2гк = 42 мкм; г — 2rfe = 15 мкм; d— 2rft = 5,5 мкм; е — 2rft = 1,5 мкм.

Пунктирные кривые не дают верного значения электронной яркости, так как диаметр отверстия измерительной диаф­ рагмы превышал диаметр измеряемого пучка. Точки на оси абсцисс — вычисленные теоретические значения: х по изме­ ренной плотности тока насыщения; О по плотности тока насыщения, определяемой уравнением Ричардсона. На кривых

отмечены следующие токи: О 10 мкА; Д 30 мкА; 0 100 мк\;<2>300 мкА; 1 мА4 Ускоряющее напряжение 10 кВ»

Электроны эмиттируются малой областью, находящей­ ся около вершины катода, и уже в непосредственной близости от него их траектории резко искривляются (фиг. 3.2). Но затем траектории становятся почти пря­ мыми, и если их экстраполировать в обратную сторону, то окажется, что электроны как бы выходят из мнимого источника, не совпадающего с эмиттирующей областью

Фи г. 3.5. Модель электронной пушки Лауэра [54].

А— распределение потенциала; Б — терминология.

реального катода. С учетом требований к освещающему электронному пучку, которые были изложены выше, электронная пушка должна быть сконструирована таким образом, чтобы размеры указанного мнимого источника были минимальными (фиг. 3.5).

Поле, создаваемое венельтом и анодом пушки, служит для фокусировки ускоренных электронов. Размер кроссо­ вера определяется сферической аберрацией пушки и раз­ мером мнимого источника. Типичный диаметр кроссовера равен 10—50 мкм,

Расчет распределения потенциала в электронной пушке сопряжен с существенными трудностями. Лауэр и Ханссен провели обширные расчеты, основанные на модели распре­ деления поля, которое в пространстве между катодом и венельтом является центральным, а в пространстве

Ф и г. 3.6. Электронная яркость f> как функция тока пучка при ускоряющем напряжении 80 кВ (с ле ва ) и как функция ускоряюще­ го напряжения при токо пучка 30 мкА ( с п р а в а ) для V-образного

и острозаточенного катодов, показанных на фиг. 3.1 (фирма «Сименс»),

между венельтом и анодом — постоянным. Первое иссле­ дование электронных пушек с помощью ЭВМ было про­ ведено лишь в 1970 г.

Чем меньше площадь катода, которая эмиттирует электроны, тем проще получить пучок электронов, идущих параллельно оси, что весьма важно для ряда применений. Это может быть достигнуто при замене V-образного катода острозаточенным катодом («ланцет»-катод) или тонким острием, приваренным к вершине V-образного держателя (фиг. 3.1). Эти катоды обеспечивают большую яркость, но они гораздо быстрее разрушаются. На фиг. 3.6 приве­ дены для сравнения данные катодов различных типов.

В заключение следует рассмотреть эффект Бёрша, который вызывает небольшое увеличение разброса длин