Устройство для юстировки катодов электронного эмиссионного микроскопа

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 970509 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. Н 01 Т 37/20 ецеударстееннцй квинтет СССР Ао Делам изабретеннй и открытей(23) П риоритет Опубликовано 30.10,82, Бюллетень Рй 40 Дата опубликования описания 30.10.82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ КАТОДОВ ЭЛЕКТРОННОГО ЭМИССИОННОГО МИКРОСКОПА 20 Изобретение относится к технике элект ронной микроскопии, в частности к устройствам для эмиссионных микроскопов. Известны препаратоводители и предмет- ные столики для электронного микроскопа, которые могут быть использованы для установки на них исследуемых образцов и юстировки их относительно объективной линзы.Известен, например, гониометрический столик объектов, содержащий объектодержатель, закрепленный в каретке, механизм для линейных перемещений объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях и механизм наклона объектов в любой радиальной плоскости, выполненный в виде двух коаксиально расположенных рамок с пересекающимися осями наклона и размещенной во внутренней рамке кареткой объектодержателя 1 1 ).Это устройство имеет недостаток, заключающийся в отсутствии вертикального перемещения, который не позволяет производить подстройку расстояния от эмиттируюшей кромки исследуемого образца, например катода, до объективной линзы. Приисследовании катодов на эмиссионныхэлектронных микроскопах точка закрепления катода развязана от потенциала земли длинным изолятором и находится довольно далеко от эмиттируюшей поверхности. Это.приводит к значительному воздействию температурных факторов на расстояние катод-объектив, нарушая фокусировкуи снижая разрешение микроскопа,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для юстировки объектов (катодов), содержащее катододержатель, каретки, снабженные направляющими с держателями и механизмом перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Х, У и , вал поворота вокруг вертикальной оси 2. с механизмом поворота. В атом устройстве механизм вертикального перемещения выполнен в виде С-образного контура с за09 4 3 9705крепленным на нем шаговом приводом, который закреплен на одной из кареток перемещения по осям ) и УУказанное устройство обладает темнедостатком, что при исследовании протяженных катодов, например автокатодовлезвийного типа, оно не обеспечиваеткорректировки параллельности эмиттирующей кромки относительно объективной линзы и поддержания этой параллельности 10при перемещениях образца. Это обстоятельство затрудняет юстировку прибора,нарушая фокусировку и снижая разрешениемикроскопа.Пель изобретения - повышение точности и сокращение, времени юстировки протяженных катодов леэвийного типа относительно объективной линзы,Указанная цель достигается тем, чтоустройство для юстировки катодов, содер.жащее последовательно связанные катододержатель, каретки, снабженные направляющими.с держателями и механизмамиперемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Х, У и 2., и вал поворота катододержателя вокруг вертикальной оси, с механизмом поворота, снабжено дополнительным валом поворота идополнительным механизмом поворота катододержателя вокруг оси 3, перпендикулярной плоскости лезвия катода, размешенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения о оси уи в держателе направляющих каретки перемещения по оси,7, и прикрепленным к. каретке перемещения по оси У жестко, ак держателю направляющих каретки перемещения по оси 7 с помощью подпружиненных накладок, при этом механизм перемещения и дополнительный механизм 40поворота катододержателя относительнооси У закреплены на направляющих каретки перемещения по оси У, а механизмыперемещения и поворота катододержателяотносительно оси 7 размещены на направляюших каретки перемещения по оси 2 .1На фиг. 1 представлена схема возможных кстировочных перемещений кромкикатода относительно цепи объективнойлинзы, обеспечиваемых предлагаемым уст ройством; на фиг, 2 - предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг. 3 - разрезА-А на фиг. 2; на фиг, 4 - разрез ББна фиг. 3; на фиг, 5 - сечение В-В нафиг. 4.55Перемещение по оси Х позволяет установить,исследуемый участок катода против щели или отверстия в диафрагме, пропускающей только параксиальные электроды, и последовательно рассматривать его участки по всей длине эмиттируюшей кромки.Перемещение по оси У позволяет производить подстройку симметричности положения эмиттирующей кромки катода относительно кромок щели. Перемещение по осипозволяет производить подстройку расстояния от катода до плоскости щели Поворот вокруг оси 2, позволяет производить подстройку параллельности кромки катода краям щели. Поворот вокруг оси у позволяет производить подстройку параллельности эмиттирующей кромки катода относительно плоскости объективной линзы.Устройство содержит (фиг. 2) направляюшую 1, являющуюся базовой деталью,в которой выполнены призматические канавки, служащие для размещения калиброванных шариков 2 разделенных сепараторами 3 (фиг. 3), На направляющей, опираясь на шарики, смонтирована каретка перемещения по оси Х, содержащая прямоугольные пластины 4 и 5, соединенныемежду собой стяжками 6 через рессоры 7,В каждой пластине выполнены аналогичные канавки для той же цели. На нижней пластине 4 закреплены направляющие, 8, каретки 9 перемещения по оси , Кинематическая связь между направляющими и кареткой. также осуществляется через ка либрованные шарики, разделенные сепаратором. В каретке 9 по оси симметрии выполнена еще одна призматическая канавка,в которой с помощью накладок 10 неподвижно закреплены цилиндрические стержни 11 (фиг. 4 и 5), служащие валом поворота вокруг оси 7, . На этом валу спомощью накладок 12 закреплен с возможностью поворота держатель 13 направляюших 14 каретки 15 вертикального перемещения по оси Е, Кинематическое сопряжение каретки 15 с направляющими14 осуществлено посредством калиброван ных шариков, разделенных сепаратором. В каретке 15 аналогично каретке 9, выполнена по оси симметрии еще одна призматическая канавка, в которой с помощью накладки 16 и пружины 17 закреплен катододержатель 18 в виде дополнительного вала с воэможностью поворота относительно оси У (фиг. 4). Достигается это за счет подпружиненного закрепления. Нахвостовике катододержателя закреплен поводок 19, шарнирно соединенный с механизмом поворота относительно оси У звеном 20, Механизмы перемещений выпол9705 иены в виде винтовых пар, установленныхв подшипниках в корпусах. На пластине 5неподвижно закреплен корпус 2 1 со смонтированными в нем двумя винтовыми парами, одна нз которых служит для осуществления возвратно-поступательного движенияпо осии содержит винт 22 и гайку 23(фиг. 4,), а другая - для осуществлениявращательного движения относительно тойже оси и содержит винт 24 и гайку 25, 1 ОГайка 23 шарнирно сопряжена с рычагом26, закрепленном на оси 27 с возможностью поворота в серьге 28, установленной с возможностью поворота на кронштейне 29, неподвижно закрепленном на нижней пластине 4, В другом конце рычага26 установлен винт 30 с гайкой 31, предотвращающей его сам оотвинчивание.Сферический торец винта упирается в каретку 9. С другой стороны каретки смонтирована пружина 32, служащая для возврата каретки, упирающаяся своими торцами на каретку 9 и кронштейн 33, неподвижно закрепленный на пластине 4, Нагайке 25 смонтирован ролик 34, кинематически сопряженный с клиновидным звеном 35, . один из концов которого шарнирнс закреплен на пластине 5, а другойупирается в направляющую 14 риг, 3)Для возвратного перемещения при покачи- ЗОвании вокруг осипредусмотрена пружина 36, один конец которого закреплен напластине 5, а другой упирается в направляющую 14,35Другой корпус 37 со смонтированнымив нем двумя винтовыми парами закрепленна направляющих 14, Однц из этих парслужит для осуществления возвратно-по-.ступательного движения по оси 2. и содержитвинт 38 и гайку 39, а другая - дляосуществления вращательного движениякатододержателя 18 относительно оси Еи содержит винт 40 и гайку 41. Гайка 39шарнирно связана с двуплечим рычагом 42(фиг. 4), закрепленным на оси 43 с возможностью поворота, Вал 43 установленв кронштейнах 44 (фиг. 5), закрепленныхнеподвижно на направляющих 14. Другоеплечо рычага 42 упирается сферическимконцом штыря в нижний торец каретки 15Гайка 41 шарнирно сопряжена со звеном 20, другой конец которого шарнирно,связан с поводком 19,Закрепление держателя 13 на стержнях511 осуществлено с помощью накладки 12(фиг. 5). В накладке имеются штыри 45с гайками 46 и сухарями 47, служащимидля натяжения пружины 48. 09 6Для перемещения по оси Х нижняя пластина 4 каретки снабжена кронштейном 33,в прорезь которого входит толкатель привода монтируемого отдельно либо нанаправляющей 1.Регулировка силы прижатия пластин4 и 5 каретки производится гайками 49(фиг. 3).Для осуществления перемещения гаек25 и 41 относительно винтов 24 и 40на корпусах смонтированы направляющие 50.Для удобства работы объективная линза может быть смонтирована непосредственно на нижней пластине 4 каретки. Линза является симметричной и содержит триэлектрода, из. которых два крайних электрода 51 имеют нулевой потенциал, а средний 52 находится под высоким напряжением, и изолирующие кольца 53. В этомслучае электроды выполнены в виде тонких дисков со щелями, Если линза смонтирована отдельно от движущейся каретки,то электроды выполнены в виде дисков смалыми отверстиями, расположенными наодной оси.Испытуемый катод обозначен позицией 54,Устройство работает следующим образом.Первоначально все механизмы и каретки находятся,в средних положениях, чтоориентировочно соответствует расположению центра катода на пересечении координатных осей. Затем производится установка катододержателя 18 в призматической канавке 15 вертикального перемещения, закрепление его с помощью накладки16 с пружиной 17 и соединение поводки19 со звеном 20. После этого производится визуальный контроль выполнения указанных работ и устройство устанавливаютв камере микроскопа, вводят в кинематическое сопряжение толкатель привода наоси Х с кронштейном 33 и производятвсе электрические соединения (для подачи соответствующих потенциалов на исследуемый катод, электроды линзы и т. д.),На концы винтов 22, 24, 38 и 40 монтируют полумуфты карданных приводов отвводов вращательного движения и закрепляют их. После этого производится откачка камерь 1 до необходимого вакуума и по его достижении на катод и линзу подаются соответствующие потенциалы, 10 стировка положения катода производится вращением винтов 22, 24, 38, 40 и винта механизма перемещения по оси Х .7 97050 Юстировка симметричности эмиттирукя щей кромки катода относительно щели линзы производится вращением винта 22. При его вращении гайка 23 перемешает длинное плечо рычага 26, вращая его вокруг оси 27 и таким образом производя перемещение короткого плеча с толкателем (винтом 30). Толкатель нажимает на каретку 9 и смещает ее, Возвратное перемещение производится под воздейсъ- О вием пружины 32. Поскольку при вращении рычага 26 длина его проекции на вертикальную ось изменяется, то это изменение компесируется поворотом серьги 28, закрепленной шарнирно в кронштейне 29.Юстировка параллельности эмиттируюшей кромки катода плоскости объективной линзы производится вращением винта 24. При его вращении гайка 25 перемешается 26 и смонтированным на ней роликом 34 воз действует на клиновидное звено 35, которое передает это воздействие на направляющие 14, закрепленные на держателе 13. Возникающее усилие поворачивает держа тель 13 вокруг стержня 11. Накладки 12, закрепленные с помощью пластинчатых пружин 48, выбирают люфт в соединении, но не препятствуют поворотуДля гаран тии надежности работы соединения в ва- ЗО кууме при систематическом прогреве стержень 11 выполнен из керамики на основе окиси алюминия. Возвратный поворот держателя 13 соверщается под воздействием пружины 36, которая создает постоянное усилие в кинематических сочленениях, выбирая все люфты в соединении. Юстировка параллельности эмиттируюшей кромки катода кромкам щели произЮ водится вращением винта 40. При его вращении гайка 41 перемещается вдоль винта и звеном 20 воздействует на поводок 19, закрепленный на катододержателе 18, поворачивая последний вокруг вер 45 тикальной оси,Юстировка расстояния от эмиттируюшей кромки катода до плоскости объективной линзы производится вращением винта 38.При его вращении гайка 39 перемещается вдоль винта и покачивает дву 0 плечий рычаг 42 на оси 43, установленной в кронщтейнах 44, закрепленных на направляющих 14. Другое плечо рычага 42 воздействует на каретку 15, перемещая ее вверх и увеличивая это расстоянием Обратное перемещение производится под совместным усилием пружины 45 и собственного веса. 9 8Юстировка по оси Х, как правило, нетребуется, так как длина щели значительно превышает длину катода. Перемещениепо оси Х служит дляпоследовательногоисследования всей эмиттируюшей кромкикатода, Это перемещение превышает длину катода и производится отдельным механизмом, кинематически сопряженным скронштейном ЗЗ, закрепленным на плас-тине 4.,Таким образом, предлагаемое устройство позволяет однажны отъюстировавкатод производить его исследование навсей длине. В противном случае необходимы многократные подстройки по мереперемещения катода по оси Х, что существенно удпиняет процесс испытания катода ипи ведет к повышениюразрешения эпектроннооптической системы микроскопа.формула изобретенияУстройство для юстировки катодовэлектронного эмиссионного микроскопа,содержащее последовательно связанныекатододержатель, каретки, снабженныенаправляющими. с держателями и механиз-мами перемещения вдоль трех взаимноперпендикулярных осей Х, у и Е, валповорота катододержателя вокруг вертикальной оси 1 с механизмом поворота,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и сокращениявремени юстировки протяженных катодовлезвийного типа относительно объективнойлинзы, оно .снабжено дополнительным валом поворота и дополнительным механизмом поворота катододержателя вокругоси У, перпендикулярной плоскости лезвия катода, размещенным в призматической канавке, выполненной в каретке перемещения по оси у и в держателе направляющих каретки перемещения по оси У.и прикрепленным к каретке перемещенияпо осижестко, а к держателю направляющих каретки перемещения по оси 2 спомощью подпружиненных накладок, приэтом механизм перемещения и дополнительный механизм поворота катододержателя относительно оси У закреплены нанаправляющих каретки перемещения пооси 3, а механизмы перемещения и поворота катододержателя относительно осиразмещены на направляющих каретки перемещения по оси,7,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 568984, кл. Н 01 У 37/20, 1977,2. Авторское свидетельство СССРМю 686000, кл, О 02 В 21/26, 1977970509 оставитель В. Гаврюшин хрел А. Бабннеп орректор М. Шар Кова дакто одписно аз Патент", г. Ужгород, ул. Проектна иал 400/67 Тираж 761 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж