Электроннооптическая система про-свечивающего электронного микроскопа

в 811365 Союз Соаетскик Социаяистичвсиии Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки йо Н 01 Ю 37/26 Государствеииый комитет СССР ио деиаМ изобретений и откРытий( 54) ЭЛЕКТРОННООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОСВЕЧИВИОЩЕГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПАИзобретение относится к области электроннооптического приборостроения, в частности к просвечивающей электронной микроскопии, и может быть использовано при конструировании электроннооптических систем просвечивающих электронных микроскопов.Известна электроннооптическая система просвечивакщего электронного микроскопа, содержащая осветительную систему с конденсаторными линзами, снабженными сменной апертурной диафрагмой с кольцевым или круглыМ отверстием, объективную линзу, вкЛючакщую апертурную диафрагму с круг лым отверстием 11.Недостатком этой системы является то, что она не реализует необходимое высокое разрешение ввиду низкого контраста получаемых светлополь ных изображений . Причина низкого контраста заключается в том, что не- рассеянные объектом электроны пропускаются апертурной диафрагмой объективной линзы, ухудшая Фон изображения.Наиболее близкой по технической сущности является электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопа, содержащая освети тельную систему с источником электронов и конденсорной линзой, объективную линзу, оптически сопряженные апертурные диафрагмы конденсорной и объективной линз с осесимметричнымиотверстиями 2 .Целью изобретения является увеличение разрешения микроскопа за счет повышения контраста светлопольного изображения объектов.Указанная цель достигается тем, что апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним диаметрами Д и Д , а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена с круглым и кольцевым отверстиями с диаметрами последнего соответственно Д и Д 4 , причем указанные диаметры связаны с расстоянием 0 между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространстваизображений соотношениемгЬ-ЬггЗ В 4где т - коэффициент увеличения контраста, а величины зазоров кольцевыхотверстий удовлетворяют неравенствам где 9 - длина волны электрона;- угловой размер источникаэлектронов; 10- производная от волновойаберрации объективной линзы.На фиг.1 представлен общий видэдектроннооптической системы; наФиг.2 - схема, отражающая ход электронных лучей.Электроннооптическая система просвечивающего электронного микроскопасодержит размещенные соосно осветительную систему 1, включаюущую автоэмиссионную пушку 2 и конденсорнуюлинзу 3, н которой установлена апертурная диафрагма 4 с кольцевым отверстием 5. За осветительной системой 1 по оптической оси установленобъектодержатель б с исследуемым объектом, через который проходит первичный пучок электронон 7. Объективнаялинза 8 включает апертурную диафрагму9, оптически сопряженную с апертурнойдиафрагмой 4 и выполненную с двумя ЗОсоосными отверстиями - кольцевым 10и круглым 11, размер которого определяется конкретными электроннооптическими параметрами системы, Кольцевыеотверстия 5 и 10 апертурных диафрагм 35прорезаны не по всему периметру кольца, а имеют четыре перемычки 12.Предлагаемое устройство работаетследующим образом,Испускаемые автоэмиссионной пушкой2 электроны образуют источник электронов 13,представляющий, например,кроссовер с угловым размеромфиг,2)Первичный электронный пучок 7 Фокусируется конденсорной линзой 3 осветительной системы 1 н точку на исследуемом объекте, расположенном наобъектодержателе б, проходя передэтим через кольцевое отверстие 5апертурной диафрагмы конденсорнойлинзы 4, ограничивающей пучок электронон по диаметру. Источник электронон 13 обеспечивает в плоскости апер.турной диафрагмы конденсорной линзы4 полностью когерентное освещениевсей площади отверстия диафрагмы, 55т.к. угловой размер источника фрассматриваемой в плоскости диафрагмы, удовлетворяет соотношениюЛРтс 2,40где 1= - величина зазора кольцевого отверстияапертурной диафраг-.мы конденсорной линзы, 65 Приведенное соотношение получено из условия, что поперечная длина когерентности электронного пучка ,Хкбр=ф при этом должка быть больше или, по крайней мере, равна ширине отверстия апертурной диафрагмы конденсорной линзы.Обусловленный требованием полной когерентности угловой размер источника р , равный 0,5 х 10рад, обеспечивается автоэмиссионными пушками электронных микроскопов.Прошедшие объект электроны, образуя два пучка из рассеянных и нерассеянных объектом электронов, фокусируется объективной линзой 8 и апертурной диафрагмой объективной линзы 9 проходя при этом через отверстия 11 и 10 соответственно) , которая экранирует часть нерассеянного пучка электронов зоной 14. Заданное перекрытие п 2 первичного нерассеянного пучка. эле:тронов обеспечивается соответствующим выбором линейных размерон кольцевых отверстий апертурных диафрагм конденсорной и объектинной линз оптически сопряженных таким образом, что объективная линза 8 Формирует изображение конденсорной диафрагмы 11 в плоскости расположения апертурной диафрагмы объективной линзы 9) и осевых расстояний между линзами и апертурными диафрагмами.Пеличина перекрытия первичного пучка нерассеянных электронон, прошедших объект, обусловлена разностью площадей отнерстий апертурньх гиафрагм конденсорной и объективной линз.Заданное перекрытие площади сече:-.:ия первичного пучка нерассеянных э.пектронон прошедших объект, привотит к уменьшению результирующего Фона н снетопольном изображении, что при полностью когерентном освещенииркоторое Обеспечивается автоэмис си иной пушкой и размерами конденсорной линзы, увеличивает контраст изображения объекта, так как при полностью когерентном освещении перекрытие части первичного пучка не приводит к нарушению взаимной когерентности электронов оставшейся части первичного пучка 15 и рассеянных электронон 1 б. Это обуславливает полную интерференцию первичного пучка с рассеянным, создающими светлопольное изображение объекта в плоскости 17, и исключение электронов первичного пучка в Фоне изображеиия.Ела.годаря полной когерентности освещающего пучка, уменьшение интенсивности пучка н п 2 раз приводит к увеличению результирующего контраста Н п 2 раэКроме того, первичный пучок электронон 15, участвующий в Формировании изображения объекта, практически не искажается волновой абер 811365рацией, в то время как кольцевоеотверстие апертурной диафрагмыобъективной линзы, через которое проходит этот пучок, ввиду большихдиаметров отверстия Д 9 и Д 4 цо сравнению с известными диафрагмами находится в области сильного измененияволновой аберрации. Это достигается за счет очень малого зазораЬь- Ьдб,йкольцевого отверстия апер 10турной диафрагмы объективной линзы,0Д - , что на практике составляет2 ч фвеличину;С 1 мкм. 15Повышение контраста при исключении практического влияния волновой аберрации на электронный пучок,Формирующий иэображение, позволяетреализовать высокое разрешение до0,1 нм в электронном микроскопе.Таким образом, предлагаемая элек"троннооптическая система позволитпроизводить исследование структурна атомарном уровне (в частности,тяжелых атомовв просвечивающемэлектронном микроскопе за счет обеспечения высокого разрешения, что существенно расширяет информативныевозможности электронного микроскопа. ЗОФормула изобретенияЭлектроннооптичеСкая система про" 35 свечивающеего электронного микроскопа, содержащая осветительную систему с источником электронов и конденсорной линзой, объективную линзу, оптически сопряженные апертурные диафрагмы кон- щ денсорной и объективной линз с осесимметричными отверстиями, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения разрешения микроскопа за счет повышения контраста светлойольного изображения объектов, апертурная диафрагма конденсорной линзы выполнена с кольцевым отверстием с внешним и внутренним диаметрами Д и Д , а апертурная диафрагма объективной линзы выполнена с круглым и коль цевым отверстиями с диаметрами последнего соответственно Д 9 и Д 4 причем указанные диаметры связаны с расстоянием а между апертурной диафрагмой конденсорной линзы и главной плоскостью пространства предметов и расстоянием Ь между апертурной диафрагмой объективной линзы и главной плоскостью ее пространства изображе" ния соотношением1П 2 О3 4где гл - коэффициент увеличения контраста, а величины, зазоров кольцевых отверстий удовлетворяют неравенствамВ 1- ,Ггде % - длина волны электрона;% - производная от волновойаберрации объективной линзыисточники информации упринятые во внимание при экспертизе1. Хохс П. Электронная оптика иэлектронная микроскопия. И., "Мир",1974.2. Патент США Ф 3996468,кл. 250-396, опублик, 1974 (прототип).8113 б 5 РСоставитель В. Гаврюшинедактор О. Филиппова ТехредЕ.Гаврилешко Корректор М, Вигул ное П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектн Фиоиал аказ 5 О 4/2 Тираж 78 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш