DE721417C - Achromatic lens for imaging with electron beams - Google Patents

Description

Achromatische Linse für die Abbildung mit Elektronenstrahlen Während im Lichtmikroskop untersuchte Objekte im allgemeinen mit polychrom,atisch@em Licht bestrahlt werden können, weil die öptischen Linsen geringe chromatische Fehler aufweisen, die zudem korrigierbar sind, sind die Linsen der Elektronenoptik in ihrer Brennweite stark von der Geschwindigkeit der Elektronen, die hier der Farbe entspricht, abhängig. Man hat in der Elektronenoptik aber glücklicherweise praktisch immer einfarbige Strahlung, d. h. Elektronen gleicher Geschwindigkeit, weil die Elektronen alle durch die gleiche Anodenspannung auf ihre Endgeschwindigkeit beschleunigt werden. Es fallen daher die durch den chromatischen Charakter der Linsen gegebenen Beschränkungen meist nicht wesentlich ins Gewicht.Achromatic lens for imaging with electron beams during Objects examined in the light microscope generally with polychrome, atical light can be irradiated because the optical lenses have low chromatic errors, which can also be corrected are the lenses of the electron optics in their focal length strongly dependent on the speed of the electrons, which corresponds to the color here. Fortunately, electron optics are practically always monochromatic Radiation, d. H. Electrons same speed because the electrons all go through the same anode voltage can be accelerated to its final speed. It fall hence the limitations imposed by the chromatic character of the lenses usually not significant.

Eine bestimmte Gruppe von Untersuchungsobjekten macht indessen von dieser Regel Dino. Ausnahme. Es sind dies Objekte von einigermaßen erheblicher Dicke, die im Elektronenmikroskop mittels Durchstrahlungsverfahrens untersucht werden sollen. Hierbei- wird die ursprüngliche Geschwindigkeit der bestrahlenden Elektronen inhomogen. Die gleiche Erscheinung tritt .auch bei dem sog. Rückstrah; lungsverfahren ein, weil die Reflexion der Elektronen nur unvollkommen elastisch ist, so daß verschieden große Geschwindigkeitsverluste .auftreten. Entsprechend streut die Geschwindigkeit der reflektierten Elektronen um einen gegenüber der Grundgeschwindigkeit geringen Wert.Meanwhile, a certain group of objects to be examined makes of this rule dino. Exception. These are objects of fairly considerable thickness, which are to be examined in the electron microscope using the radiographic method. Here the original speed of the irradiating electrons becomes inhomogeneous. The same phenomenon occurs also with the so-called back beam; procedure, because the reflection of the electrons is only imperfectly elastic, so that different large losses in speed. occur. The speed scatters accordingly of the reflected electrons is lower than the basic speed Value.

Es, sind nun in der Elektronenoptik bereits achromatische Linsen bekannt, mit deren Hilfe sich die Schwierigkeiten vermindern lassen, die durch die verschiedeneGeschwindigkeit der Elektronen verursacht werden. Die bekannten Optiken dieser Art bestehen aus zwei Linsen, von welchen die eine :eine magnetische Sammellinse ist, während die andere eine elektrische Zerstreuungslinse darstellt und aus Netzen aufgebaut ist. Beide Linsen sind an gleicher oder nahezu gleicher Stelle anger ordnet. Die bekannten Fehler von Netzoptiken machen derartige Linsen zur sauberen Abbildung von Gegenständen ungeeignet. Man erhält wesentlich bessere Ergebnisse, wenn man gemäß der Erfindung zum Aufbau der achromatischen Linse eine elektrische Zerstreuungslinse anwendet, die aus einer sich über den Strahlquerschnitt erstreckenden, rotationssymmetrisch verlaufenden, homogenen, leitenden, von den Elektronen be- oder durchstrahlten Fläche, die selbst das Objekt oder den Objektträger bildet, und einer . oder mehreren ringförmigen koaxialen Elektroden besteht. Der öffnungsfehle.reiner solchen linse wirkt dem Öff- nungsfehler der zugehörigen magnetischen Linse entgegen, so da,ß sich die beiden Fehler zum Teil aufheben. Die Linse gemäß der Erfindung weist deshalb eine besonders kleine chromatische und sphärische -Aberration auf.Achromatic lenses are now already known in electron optics, with the aid of which the difficulties caused by the different speeds of the electrons can be reduced. The known optics of this type consist of two lenses, one of which is a magnetic converging lens, while the other is an electrical diverging lens and is made up of nets. Both lenses are arranged in the same or almost the same place. The known defects of mesh optics make such lenses unsuitable for the clean imaging of objects. Much better results are obtained if, according to the invention, an electrical diverging lens is used for the construction of the achromatic lens, which consists of a rotationally symmetrical, homogeneous, conductive surface that is irradiated or irradiated by the electrons and that is itself the object or forms the slide, and one. or several annular coaxial electrodes. The opening error of such a lens counteracts the opening error of the associated magnetic lens, so that the two errors partially cancel each other out. The lens according to the invention therefore has a particularly small chromatic and spherical aberration.

Wird bei der Linse gemäß der Erfindung nur @einie Ringelektrode verwendet, so muß deren Potential zur Erzeugung einer Zerstreuungslinse gegenüber dem Potential der sich über den Strahlquerschnitterstreckenden Elektrode positiv sein, wenn es sich um die Beeinflussung von Elektronen oder negativen Ionen handelt, und negativ, wenn es =sich um die Beeinflussung von Positronen oder positiven Ionen handelt. Auch bei der Verwendung mehrerer Ringelektroden (Kreis.lochscheib:en, Zylinder, Wulstflächen) kann die Verteilung der Potentiale auf diese Elektroden immer so erfolgen, daß die Wirkung :einer Zerstreuungslinse entsteht. Die Verwendung mehrerer Ringelektroden kann zweckmäßig sein, wenn die optische Qualität der elektrischen Linse beeinflußt werden soll.If only one ring electrode is used in the lens according to the invention, so their potential must be compared to the potential to produce a diverging lens of the electrode extending across the beam cross-section will be positive if there is about the Affects electrons or negative ions, and negative, if it = affects positrons or positive ions acts. Even when using several ring electrodes (circular perforated disks, cylinders, Bead surfaces), the potentials can be distributed to these electrodes in such a way that that the effect: a diverging lens arises. The use of multiple ring electrodes can be useful if the optical quality of the electric lens is affected shall be.

Damit das Magnetfeld möglichst an der gleichen Stelle wirkt wie das elektrische, kann der objektseitige Polschuh der magnetischen Linse als Ringelektrode der elektrischen Linse benutzt werden. Arbeitet man mit Rückstrahlungsverfahren, so kann auch die andere sich über den Strahlquerschnitt @erstreckende Elektrode :aus ferromagnetischem Material hergestellt werden.So that the magnetic field acts in the same place as that electrical, the object-side pole piece of the magnetic lens can be used as a ring electrode the electric lens. If you work with retro-reflective methods, so can the other electrode extending over the beam cross-section : be made of ferromagnetic material.

Will man das elektrische und das magnetische Feld unabhängig voneinander zur Beeinflussung der optischen Güte formen können, so kann @es zweckmäßig sein, außer den als Magnetpolschu:he dienenden Metallkörpern besondere Elektroden als Träger der elektrischen Potentiale anzuordnen.If you want the electric and magnetic fields to be independent of each other can shape to influence the optical quality, it can be useful, apart from the metal bodies serving as magnetic pole shoes, special electrodes are used as To arrange carriers of the electrical potentials.

Zur Erzielung starker Vergrörerungen ist es notwendig, daß die resultierende Brennweite der achromatischen Linse klein ist. Dies ist nur möglich, wenn auch die einzelnen Brennweiten klein sind. Zur Erzeugung einer kleinen Brennweite der elektrischen Zerstreuungslinse muß man entweder Potentiale anwenden, welche von wesentlicher Größe sind gegenüber der Grundgeschwindigkeit der Elektronen (dieser Weg bietet unter Umständen hochspannungstechnische Schwierigkeiten), oder man mu.ß die brechenden äqLÜpotentalen Flächen des elektrischen Zerstreuungsfeldes stark krümmen. Zu diesem Zweck wird man die sich über den Strahlquerschnitt erstreckende Fläche mit der Konvexseite zum Bild hin rotationssymmetrisch wölben. Bei der Verwendung elektronendurchlässiger Folien für diese Elektrode kann man die Wölbung durch höheren Druck auf der dem Bild abgewendeten Seite erzielen. Die ringförmige Elektrode wird man der anderen extrem zu nähern trachten. 4 Will man irgendwelche Gegenstände im Durchstrahlungsverfahren untersuchen, so muß die sich über den Strahlquerschnitt erstrekkende Elektrode ebenfalls wie das Objekt für die Elektronen durchlässig sein. Diese Folie kann, vom Objekt aus gesehen, bildseitig oder zur Strahlenquelle hin angeordnet sein, falls nicht die Folie selbst das Untersuchungsobjekt ist, in dem das zu untersuchende Material in. diese Form gebracht wurde. Wenn man das Objekt in einen Raum anderen Druckes halten will, als er im Abbildungsraum herrscht. so muß man beide Räume durch eine elektrinendurchläs.sige Folie voneinander trennen. Diese Folie kann gleichzeitig als sich über den Strahlquerschnitterstreckende Folie dienen. Diese Möglichkeiten bestehen in gleicher Weise für die Anwendung des Durchstrahlungs- und Rückstrahlungsverfahrens.To achieve high magnifications, it is necessary that the resulting Focal length of the achromatic lens is small. This is only possible if the individual focal lengths are small. To produce a small focal length of the electrical Divergent lens one must either apply potentials which are essential Size are compared to the basic velocity of the electrons (this path provides possibly high-voltage technical difficulties), or you have to do the breaking EqLÜ potential surfaces of the electrical field of dispersion strongly curve. To this The purpose will be the area extending over the beam cross-section with the convex side Curve towards the image in a rotationally symmetrical manner. When using electron-permeable Foils for this electrode can be arched by higher pressure on the Achieve the opposite side of the image. The ring-shaped electrode becomes one of the other strive to approach extremely. 4 Do you want any objects in the radiographic process investigate, the electrode extending over the beam cross-section must also like the object to be permeable to the electrons. This slide can, from the object as seen, be arranged on the image side or towards the radiation source, if not the film itself is the object of investigation, in which the material to be investigated in. this form was brought. If you put the object in a room with a different pressure wants to hold than he rules in the imaging space. so you have to go through both rooms Separate electrin-permeable foil from one another. This slide can be used at the same time serve as a film extending across the beam cross-section. These possibilities exist in the same way for the application of the radiographic and retro-reflecting method.

Für manche elektronenoptischen Probleme benötigt man, ähnlich, wie dies in der Optik gelegentlich auftritt, Zylinderlinsen. Die beschriebenen Maßnahmen lassen sich in völlig analoger Weise auch für diesen Fall verwenden, wenn das magnetische Feld und das elektrische Feld zur gleichen Mittelebene zylindersymmetrisch ausgebildet werden. Zu diesem Zwecke- müssen sowohl Polschuhe als Elektroden zylindersymmetrisch sein. Die beschriebene :achromatische Linse ist- von Wert nicht nur für Korpuskulars.trahlmikroskope, sondern auch für andere elektronenoptische. Apparate. Es kann z. B. beim Spektrographen notwendig sein, - Strahlen verschiedener Geschwindigkeit in gleicher Weise zu fokussieren.For some electron-optical problems one needs, similar to, this occasionally occurs in optics, cylindrical lenses. The measures described can also be used in a completely analogous way for this case if the magnetic The field and the electric field are designed to be cylindrically symmetrical to the same center plane will. For this purpose both pole pieces and electrodes must be cylindrically symmetrical be. The described: achromatic lens is of value not only for corpuscular. but also for other electron optics. Apparatus. It can e.g. B. the spectrograph It may be necessary - to focus beams of different speeds in the same way.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: -.i. Achromatische Linse für die Abbildung mit Elektronenstrahlen, bei der eine magnetische Sammellinse und eine elektrische Zerstreuungslinse an gleicher oder nahezu gleicher Stelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstreuungslinse aus einer sich über den Strahlquerschnitterstreckenden, rotationssymmetrisch verlaufenden, homogenen, leitenden, von den Elektronen be- oder durchstrahlten Fläche, die selbst das Objekt oder den Objektträger bildet, und einer oder mehreren ringförmigen koaxialen Elektroden besteht. PATENT CLAIMS: -.i. Achromatic lens for imaging with electron beams, in which a magnetic converging lens and an electrical diverging lens are arranged at the same or almost the same place, characterized in that the diverging lens is made up of a rotationally symmetrical, homogeneous, conductive electron which extends over the beam cross-section - Or irradiated surface, which itself forms the object or the slide, and one or more ring-shaped coaxial electrodes. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Elektroden des elektrischen Zerstreuungsfeldes ,aus ferromagnetischem Material bestehen und als Polschuhe der magnetischen Linse dienen. . 2. Arrangement according to claim i, characterized in that one or both electrodes of the electrical Dispersion field, made of ferromagnetic material and used as the pole pieces serve magnetic lens. . 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß die sich über den Strahlquerschnitt erstreckende Elektrode gegen das Bild zu konvex gekrümmt ist. Anordnung nach Anspruch i bis 3 zur Verwendung als elektronenoptische Zylinderlinse, gekennzeichnet durch zylindersymmetrische Ausbildung aller Elektroden und Polschuhe.3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that there, ß the electrode extending over the beam cross-section towards the image is convexly curved. Arrangement according to claims i to 3 for use as electron-optical Cylindrical lens, characterized by the symmetrical design of all electrodes and pole pieces.