Магнитное электроннооптическое устройство со скорректированной сферической аберрацией

(Э 11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК дар Н 01 3,29 56 Г,4 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ по п. 1,тем, что мплоских элК а етли" йств 2, Устр чающе выполнены магнитных гнитыктро видатуш, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 21) 3299531/18-2122) 11.06.81,56) 1. Петров И.А. и др. Квадрупольно-охтупольная линза с осесим.метричной составляющей.-Материалы1 Х Всесоюзной конференции по электронной микроскопии. Тбилиси, 1973.с. 33-34,2. С гене АИ. Сопеп О. Иеад Р.(54)(57) 1. МАГНИТНОЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СО СКОРРЕКТИРОВАННОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИЕЙ,содержащее линзу с магнитами, расположенными симметрично относительно двух взаимно перпендикулярныхплоскостей, проходящих через оптическую ось устройства, совпадающуюс осью электронного пучка, причемсимметричные магниты имеют одинаковую величину намаГниченности и обращены к оси устройства разноименными полюсами, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощенияконструкции и юстировки, магниты расположены в параллельных оптическойоси плоскостях группами, включающими не менее двух магнитов, намагниченных в направлении, перпендикулярном указанным параллельным плоскостям,Изобретение относится к электронно-оптическим устройствам со скорректированной сферической аберрацией для фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц и может применяться в различных электронно-оптических 5 приборах, например в электронно-лучевых трубках, спектрометрах, микроскопах, в транспортирующих каналах ускорителей.Известны устройства со скоррек тированной сферической аберрацией, состоящие из осемметричных линз, корректоров сферической аберрации, содержащих квадрупольные и октупольные линзы,а также совмещенные квадру-. 5 пыльные и октупольные линзы.Магниты укаэанных устройств расположены симметрично относительнодвух плоскостей симметрии, перпендикулярных между собой и проходящих 2 Очерез оптическую ось устройства, совпадающую с осью пучка (1),Недостатком укаэанных устройствявляется невысокое качество изображения из-за чрезвычайно сложной юсти ровки большого копичества магнитовквадрупольных и октупольных линзкорректоров,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяэлектронно-оптическое устройство,состоящее из четырех квадрупольныхи трех октупольных магнитных линз,применяемое в сканирующем электронном микроскопе.Данное устройство содержит 40 магнитов, которые расположены симметрично относительно двух плоскостей симметрии, перпендикулярных между собой и проходящих через оптическуюось системы, совпадающую с осью пуч Ока, причем магниты расположены такимобразом, что создают магнитное поле,антисимметричное относительно этихплоскостей симметрии. Четыре квадрупольные линзы создают правильное 45электронно-оптическое изображение,а три октуполя полностью корректируют сферическую аббераЕию третьегопорядка системы (2(.Однако данное устройство обладает 50.недостаточно хорошим качествомизображения из-за весьма трудоемкой юстировки, что обусловлено сложной конструкцией и наличием большогочисла магнитов, подлежащих сборке июстировке.Цель .изобретения - упрощение конструкции и юстиронки,Укаэанная цель достигается тем,что в магнитном электронно-оптическом устройстне со скорректированной 6 Осферической аберрацией, содержащемлинзу с магнитами, расположеннымисимметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, про-,ходящих через оптическую ось устрой стна, совпадающую с осью электронного пучка, причем симметричные магниты имеют одинаковую величину намагниченности и обращены к оси устройства разноименными полюсами, последниерасположены в параллельных оптической оси плоскостях группами, включающими не менее двух магнитов,намагниченных в направлении, перпендикулярном укаэанным параллельнымплоскостям,Магниты могут быть выполнены ввиде плоских электромагнитных катушек, а также, например,в виде набора ферритовых пластин,укрепленных на немагнитных пластинах,На чертеже предстанлена схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит линзу, состоящую из двух немагнитных пластин1, параллельных между собой и оптической оси 2. устройства, совпадающей с осью пучка, на которые нанесены магниты н виде плоских электромагнитных катушек, сгруппированныев группы 2-9. Катушки каждой парыгрупп (2-3, 4-5, 6-7, 8-9) расположены симметрично относительноплоскостей ХОЕ, ХОЬ . Катушки сое-динены гальванически с источникамипостоянного тока.Устройство работает следующимобразом,Через симметричные катушки каждойпары групп (2-3, 4-5, 6-7, 8-9) пропускается один и тот же по величинеток. Поэтому магнитные поля от соответствующих катушек в симметричных точках равны между собой, Приэтом направление тока в каждой изкатушек таково, что направления силовых линий в симметричных точкахпротивоположны друг другу.Таким образом, создается магнитное поле, антисимметричное относительно плоскостей симметрии линзы.Пучок заряженных частиц из источника последовательно подвергается действию осесимметричной, квадрупольной и октупольной составляющих поля катушек каждой пары групп, причемвыбором токов в катушках добиваютсятого, чтобы суммарное действие .осесимметричной и квадрупольной составляющих поля всех групп было фокусирующим, а суммарное действие октупольных составляющими корректировалосферическую аберрацию устройства.Предлагаемая конструкция позноляетдобиться этого. Действительно, еслимагниты расположены симметрично относительно плоскостей ХОЕ и УОЕ, аполярность их относительно этихплоскостей антисимметрична, то разложение магнитного скалярного потенциала вблизи оси симметрии имеет видя(ХХ 2,) О (Ъ)+О(Е)ХУ+0 (Ъ)ХУ(ХУ),Заказ 2349/63 Тираж 701 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушсхая наб., д. 4/5"2"Ф ф 3 ) - октупольная.функции ц и Ц определяют фокусирукщие свойства и аберрациитретьего порядка соответственно и, в 5свою очередь, определяются силой ивзаимным расположением магнитов,функции О и 0 зависят от силы магнитов поразному, поэтому оказывается возможцым выбрать силы магнитов 30так, чтобы добиться необходимого фокусирующего действия устройства приодновременной коррекции сферической абберации.третьего порядка,На электронно-оптической скамьемакет состоящий иэ двух секций, по,четыре плоских электромагнитныхкатушки Э каждой секции изготовлени испытан. Секции изготовленыиз. Фольгированного гетинакса(120 в 50 мм), катушки получены фотоХимическим способом. Длина катушеквдоль оси системы равна 100 мм, ширина средних катушек - 20 мм, крайних - 10 мм. Катушки выполнены прямоугольными со спиральной намоткой.Число витков в средних катушках - 10,в крайних - 7. Средние катушки обеихсекций и раздельно крайние соединены между собой последовательно так,что направления токов в симметричных 30катушках противоположнй друг другУпричем и магнитные поля в симметричных катушках равны между собой, анаправления силовых линий в них противоположны друг другу. При этом форми руется магнитное поле,антисимметричное относительно плоскостей симметрии. Таким образом, магнитное полелинзы управляется двумя токами - посредним и крайним катушкам Секции 4 рскреплены между собой болтами поуглам пластин через отверстия вних, причем между пластинами вставлены калиброванные столбики, а отверстия для болтов в пластинах распологают одинаково, что обеспечи вает параллельность пластин и совмещение плоскостей симметрии линзы. Линзу крепят в трубу 51 мм так, что онавходит в трубу с трением, причемось ее совмещают с осью трубы,выстав"ленной по оси электронно-оптическойскамьи. Методом двух сеток измеряютФокусирующие свойства и сферическуюаберрацию. третьего порядка. Обработка экспериментальных результатовпоказывает. что линза действует каксуперпозиция совмещенных квадрупольной и октупольной линз, длина которых равна 100 мм, а возбуждение квад"рупольной и октупольной составляющихопределяется линейной комбинациейтоков в средних и,крайних катушках.Использование предлагаемор устройства по сравнению с известным предоставляет большую гибкость в достижении необходимых функциональных характеристик, позволяет упростить конструкцию устройства в целом, значительно облегчить юстировку и, какследствие, улучшить качество изображения. Эффективность юстировки предлагаемого устройства по сравнениюс известным достигает 96,5.Предлагаемое устройство предполагает лишь семь юстировок (вместе 200 у прототипа) двух цельноизготовленных пластин с электромагнитными катушками: по одному параллельному переносу и двум поворотам накаждую пластину и установку в необходимое положение вдоль оптическойосиС ростом сложности Функциональнойзадачи, стоящей перед устройством,и соответственно числа магнитов эффективность изготовления и юстировки предлагаемого устройства увеличивается.Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известнымимеет более гибкие Функциональныевозможности и обладает более простой конструкцией,