Электростатическая отклоняющая система

СОЮЗ ЮЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН а си 03 1)5 Н 01 д 49/00 ЗОБРЕТЕНИ г СТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ПЮТ СССР(57) Изобретение относится к электронной оптике и может быть использовано при разработке приборов сосканированием пучка по поверхностив двух взаимно перпендикулярных направлениях, Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения ирасширение функциональных возможностей - достигается путем отклонения 2частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям, Отклоняющая система содержит четное или нечетное число пар противолежащих электродов 1-6, обладающих двумя взаимно перпендикулярными плоскостями антисимметрии, вдоль линии пересечения которых направлена продольная ось устройства в направлении которой сдвигаются отклоняемые частицы. Противолежащие в каждой паре электроды подключены к источникам 7 и 8 напряжения противоположной полярности, за счет чего обеспечивается отклонение частиц в вертикальной плоскости, Кроме того, на каждую пару электродов, противолежащих относительно вертикальной плоскости антисимметрии, подаются дополнительные смещения потенциалов противоположного знака, обеспечивающих отклонение частиц в горизонтальной плоскости. Изобретение характеризуется повышенной чувствительностью отклонения и малыми аберрациями. 4 з,п, Ф-лы, 3 ил.1557603 Изобретение относится к электронной оптике и может быть использова"но при разработке приборов и установок различного назначения, где требуется сканирование пучком поверхности, например, в растровой электронной микроскопии и вторично-ионной.масс-спектрометрии,Цель изобретения - повышение чувствительности отклонения и расширение функциональных возможностей путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям,На Фиг. 1"3 показано устройствос различным числом пар электродов,поперечное сечение.Устройство содержит несколько пародинаковых. по размерам противолежащих электродов 1-6, присоединенныхк источникам напряжений положитель"нойи отрицательной 8 полярностей.Электроды выполнены плоскими и рас.положены попарно симметрично относительно плоскостей ХОЕ и УОЕ. Зазорымежду электродами, лежащими в однойи той же плоскости малы. Плоскости,в которых расположены противолежащиеэлектроды, либо параллельны междусобой, либо образуют заданный угол,Фиг, 1 соответствует общему случаюсистемы, состоящей изп пар электродов; фиг. 2 относится к системам,состоящим из четного количества парэлектродов, причем для случая двухпар, пары электродов 1, 5, а также2, 6 выполнены как единое целое;Фиг. 3 относится к системам из не 16 3- х /ЗЬ( ---- )2 с 1агсС7 чсов -2 с 1 К,=,Г ,ик,( сКоэффициентыах в разложениеделяющие неодего поля, равн лсЬ( при высших гармонии потенциала (1), оп нородность отклоняю 2 с - Ь+ Ч , И, асевДж где%;.,=1, +1+1;9;=Ъ;, +1;.Размеры 1 и с 1 указаны на фиг. 1. Потенциалы +,Чс и + ; Ч, симметрич" ные относительно. плоскостей ХОЕ 7 ОЕ и антисимметричные относительно плоскостей УОЕ и ХОЕ соответственно обеспечивают отклонение в горизонтальном и вертикальном направлениях.Коэффициенты при первой гармонике в разложении потенциала (1) в виде ряда по степеням х у, ответствен-,четного количества пар электродов,причем для случая трех пар парыэлектродов 3, 5 и 4, 6 выполненыкак единое целое.5мУстроиство работает следующим образом.На центральную пару электродов1, 2 (в случае нечетного количествапар) подают потенциаль; Ч. На крайние пары электродов 5 и 6 - потенциалы (+Ч- Ч) и (ФЧ с + Ч) соответственно, Потенциалы +Ч и +Ч определяют заданные величины отклоненияпучка в вертикальном и горизонтальном направлениях. На промежуточныепары 1 и 2 (в случае четного количества пар), а также 3 и ч (в случаенечетного количества пар) подают по"тенциалы (+Ч + ; Ч), где коэффициентыне превышают 1 и имеют различную величину в зависимости от номера пары и общего числа электродов,а именно: для двух пар электродов25= 1; для трех пар , = 0 идля четырех пар , = 0,19 + 0,01 идля пяти паР: 0 28 + 0 01 и= 1,Подача потенциалов, отклоняющихпучок заряженных частиц в направлениях, перпендикулярном и параллельном электродам, дает иное по сравнеЬию с известными распределение элек"тростатического потенциала су (х, у ).В предположении о бесконечной малости зазоров между электродами, лежащими в одной и той же плоскости, атакже без учета краевых эффектов имеем е за чувствительность отклоненивны:Коэффициенты ККт и т д запсываются аналогичным образом. С ростом номера гармоник величины коэффициентов уменьшаются.ЧувствИтельность отклонения в перпендикулярном пластинам направленииравна чувствительности плоского конденсатора при ,= 1 и при больТ,шой ширине пластин, Так для " = 3йК, .= 0,9998; К= 2,65 1 О, для-д- = 5 Ку, = 1,0000, К = 1;14101,Таким образом, начиная с = 3,составляющая поля Епрактически постоянна. Поэтому поДача потенциалов+Ч на каждую пару противолежащихэлектродов обеспечивает высокую однородность поля в перпендикулярномэлектродам направлении,Рассмотрим отклонение в направлении, параллельном электродам. Для простейшей конструкции и питания, т.е. для случая двух пар электродов, имеем: Ч = +Ч- Ух - на противолежащих электродах слева от вертикальной плоскости симметрии и Ч+Ч+ + Ч - справа, эта означает, что , = = 1. При этом Кк = 0996," К, = =-0,413 р К= 0,254, Введение дополнительных пар электродов с шириной, . изменяющейся в пределах 0,2 с1,1 позволяет получить условия обращения в нуль коэффициентов при третьей, пятой и т.д. гармониках в разложении потенциала. Так, при трех парах элек 1 1 а тродов с шириной= О 57 ийй1 1 й = 2,43; либо при 1 = 0,56 и " =Й= 4,44 (т.е. при - 0,560,01,ю: 2,4 - 4,4) имеем из Формулы (3)1 удК= 0 при , = 01. При четы 1рех парах электродов с ширинойд=Опри=0,19 и1 ит,д,Таким образом, при увеличении коли"чества пар электродов удается дос"тичь поля любой требуемой однородностиВыход за указанные пределы ухудшает однородность поля, чувствитель"ность отклоненияПри ширине средних1 сэлектродов. 0,2 сильно увеличиЙвается неоднородность поля. Так, при= О 16 и= 3 84 для того1 1Ф Учтобы К х было равно нулю, надоиметь , = -0,91 и д = 1, при этомК х = 0,80, остаточный коэффициентвелик (К = -0,35), а количество парэлектродов - четыре вместо трех, какв заявленном режиме, При ширине сред"1;35них электродов) 1 уменьшаетсяЙчувствительность отклонения, Так,1 1 спри -"- = 1 5. и= 2 5 однород"40 ность поля высока, К = О, К = 0,04,однако коэффициент К, = 0,32, т.е.чувствительность отклонения в двараза ниже, чем в предложенных режимах,45 Режим питания, при котором= О,представляет наибольший интерес, таккак в этом случае обе пары среднихэлектродов, близлежащих к вертикальной плоскости симметрии слева и спра 5 р ва от нее, имеют один и тот же потенциал +У, т,е. могут быть выполненыкак единое целое, Режим питания== 1 является рациональным, обеспечивая подачу на крайние пары одинако 55 "вых потенциалов для любого количест. ва пар электродов в виде суммы(разности) основных задающих требуемое отклонение напряжений(1 Ч 7 Ч). Выход за верхний предел( 1) ухудшает чувствительность отклонения в параллельном направлении, так,как для достижения той же собственной чувствительности вместо 1 надо. подаватьВ. Выход за нижний предел ухудшает однородность поля (см. например, пример с=-0,91), Таким образом, при соблюдении указанных пределов изменения электрических и геометрических параметров достигается наилучший положительный эффект.При одинаковых эффективных длинах отклоняющих систем и одних и тех же ускоряющих напряжениях собственная чувствительность отклонения определяется следующим образом:о= г -- (ВКЬд1 й с20где 2 й - расстояние между противолежащими электродами;1, - длина системы вдоль продольйной Оси25- ускоряющее напряжение;К- коэффициент при основнойгармонике, определяемый формой и расположением электродов.К 30Сравнение 6 с учетом величины 2, с известными отклоняющими системами при одинаковых габаритах показывает, что чувствительность отклонения но" вых систем при предлагаемых способах питания в 1,6-6,6 раз больше, т.е. .достигается положительный эффект, при этом количество пар .электродов в новых системах меньше. либо одинаково, а однородность поля выше (оста точные коэффициенты в разложении по-. тенциала) по сравнению с известными.формула изобретения451. Электростатическая отклоняющаясистема, содержащая пару плоских противолежащих электродов, установленных параллельно один другому и обладающих плоскостью антисимметрии, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с це-, лью повышения чувствительности отклонения и расширения функциональных возможностей путем отклонения частиц по двум взаимно перпендикулярным направлениям, в устройство введены дополнительно,: пары плоских противолежащих электродов, обладающих дополнительной плоскостью антисимметрии, перпендикулярной к первой плоскости антисимметрии.2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что вьполнены условия,Ф ФД21. - общая длина отклоняющей системы, а 1," - длина пары электродов с порядковйм номером 1 вдоль первой плоскости антисимметрии; 2 с - расстояние между плоскопараллельными электродами вдоль дополнительной плоскости антисимметрии, 1 = 1, 2, 3, ,и порядковый номер пар электродов при отсчете влево и вправо от дополнительной плоскости антисимметрии,3, Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно трем и выполнены условия: 1 12 ( - -- ( 1 16,211дф В 4. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно четырем ивыполнены условия: 0,84 (( 0,86,15. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что общее число пар электродов равно пяти и выпол 21иены условия: 0 48 ( -- ( 0 52Ф0,78 (( 0,80,1 а; Заказ ВНИИПИ д л. Гагарина,10 изводственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужг е ее ю Ю Тираж 395 венного комитета по из 113035, Москва, Ж"35Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ ССауаская наб., д. М 5