1. Расчетная часть.

В данном разделе проводится расчет высоковакуумной системы для РЭМ. Проводится выбор всех элементов как низковакуумной так и высоковакуумной систем, а также конструкционного материала, исходя из требований к характеристикам устройства и режимам его работы.

1.1 Выбор схемы и режима работы.

Как было отмечено выше, для успешной работы растрового электронного микроскопа с автоэмиссионным катодом необходимо создание и поддержание высокого вакуума на уровне 10^-8 Торр. Для выполнения данного условия необходимо реализовать следующую схему откачки:

Рисунок 3. Вакуумная схема РЭМ.

|| - Фланцевое соединение.

1. Источник электронов.

2. Блок конденсорных линз.

3. Камера с образцом и проекционный блок.

4. Шлюз для замены образца.

5. Автоматическая задвижка.

6. Азотная ловушка.

7. Система измерения вакуума (термопарный и ионизационный манометрические преобразователи).

8. Форбаллон.

9-11,13. Вентиль проходной.

12. Шаровой кран.

14. Демпфер.

15. Высоковакуумный турбомолекулярный насос.

16. Низковакуумный роторный насос.

Ф- фильтр.

Принцип работы системы откачки:

Откачка колонны микроскопа происходит в два этапа. На первом этапе низковакуумный насос (16) откачивает систему до давления 10^-2- 10^-3 торр. Для этого необходимо перекрыть вентили 11 и13 ,а вентилем 12 соединить низковакуумный насос с системой (перекрыв доступ к атмосфере). Вентили 9 и 10 должны быть открыты. На втором этапе, когда давление достигает необходимого значения, включается высоковакуумный турбомолекулярный насос. При этом вентили 9 и 10 перекрываются, а вентиль 12 должен соединить левую ветвь с низковакуумным насосом (остальные ветви отсечены). При достижении давления 10^-8 торр , вентилем 12 необходимо перекрыть левую ветвь и переключить насос на атмосферу. В этом случае пары масел из низковакуумного насоса перестанут попадать в систему. А высоковакуумный насос будет работать на форбаллон.

Для помещение в камеру образца с помощью шлюза необходимо перекрыть все вентили, кроме 11 и 13, затем поместить образец в шлюз . Для откачки шлюза, необходимо перекрыть вентиль 13 , вентилем 12 соединить низковакуумный насос и верхнюю ветвь, и открыть вентиль 11. После того, как давление в шлюзе упадет до 10^-3 торр, нужно поместить образец обратно в камеру 3, перекрыв вентиль 11. Затем вентилем 12 переключить низковакуумный насос с верхней на левую ветвь. После выхода на рабочий режим нужно переключить насос вентилем 12 на атмосферу.

Для напуска атмосферного давления во все камеры необходимо выключить турбомолекулярный насос, затем выключить низковакуумный насос. После чего перевести все вентили в открытое положение.

Таблица 1- Карта включения клапанов.

Вентиль Операц.	9	10	11	12	13
Откачка н.в.	on	on	off	верх	off
Откачка в.в.	off	off	off	лево	off
Рабочий режим	off	off	off	атм	off
Подготовка шлюза к открытию	off	off	on	атм	on
Откачка шлюза	off	off	on	верх	off
Выход на раб. Режим после шлюзования.	off	off	off	лево	off
Напуск атмосферного давления	on	on	on	Лево, верх, атм	on

В столбце «12» указаны ветви, соединенные с насосом при данном режиме работы.

С помощью РЭМ можно получить изображение с разрешением несколько нанометров, следовательно даже небольшая вибрация приведет к искажению изображения. С целью устранения вибраций в вакуумную схему включен демпфер.

Магнитное поле низковакуумного насоса также негативно влияет на работу микроскопа, поэтому низковакуумный насос необходимо разместить на удалении, либо отгородить его магнитным экраном.