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Perfectionnements aux microscopes et lentilles électroniques.
La présente invention est relative aux microscopes êlec- troniques et .également aux lentilles électroniques telles qu'on les utilise dans ces appareils.
Avec les microscopes électroniques on peut examiner un é- chantillon avec un pouvoir de résolution et un agrandissement utile beaucoup plus.élevés que cela n'a été possible avec le microscope , optique ordinaire. Le principe de fonctionnement actuellement bien connu du -microscope -électronique est en quelques mots le suivant : on place l'échantillon dans une chambre sous vide et on "l'éclaire" .au moyen d'un faisceau d'électrons provenant- d'une cathode ther- molonique disposée dans l'appareil, sous vide, et qui reçoivent une accélération dirigée vers l'.échantillon grâce à l'application d' une tension elevée.
Souvent, il est prévu un dispositif lectro-
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statique ou magnétique de mise au point formant lentilles de con- denseur entre la source d'électrons et 1'.échantillon, ce dispositif servant à augmenter la densité de "l'éclairage" spécifique en met- tant au point sur le,échantillon le faisceau d'électrons provenant du voisinage de la cathode. Une partie du faisceau d'électrons tra- verse l'échantillon, pourvu qu'il soit assez mince, et une autre partie est absorbée ou dispersée par le, matière de 1-9,échantillon en donnant lieu ainsi à des différences locales de la transparence ,aux électrons.
Les électrons passant à travers l'échantillon sont ensuite utilisés pour former une image électronique fortement agrandie de l'échantillon, qui est projetée sur un .écran fluores- cent ( ou un agent d'enregistrement photographique ) à l'aide d'une ou de plusieurs lentilles électroniques constituées par des champs électroatatiques ou magnétiques approprias.
Dans le microscope électronique suivant l'invention, on utilise des lentilles électroniques du type électrostatique qui sont toutes contenues, dans un rapport axial approprié, dans un tube métallique droit ( que l'on appellera ci-dessous pour plus de simplicité " le tube d'alignement") qui sert de support mécanique et en même temps de dispositif pour la mise en alignement correct de toutes les lentilles de façon que leurs axes coïncident avec 1' axe du tube d'alignement qui constitue ainsi l'axe optique de 1' appareil optique électronique. Le tube désalignement peut également porter en relation correcte avec les lentilles électroniques, un support pour l'échantillon et/ou un canon à électrons contenant une cathode thermoionique.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le tube d'alignement contenant le système optique électronique est entouré d'un écran magnétique d'une matière ayant une perméabilité élevée aux faibles puissances de champ magnétique. De cette façon, tout le système optique électronique peut être protégé de manière très sim- ple et très efficace contre des champs perturbateurs extérieurs. Il est évidemment prévu dans 1'écran des ouvertures qui permettent le
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passage de fils d'arrivée à tension .élevée, nécessaires pour faire fonctionner les lentilles électroniques électrostatiques.
Suivant une autre caractéristique de l'invention le tube d'alignement contenant le système optique .électronique et muni de l'écran magnétique qui l'entoure, est place'dans un autre tube mé- tallique de telle sorte qu'il y a un espace, libre entre les tubes, ce tube métallique extérieur (que l'on appellera ci-dessous plus brièvement "le tube enveloppe") formant enveloppe ext'érieure, her- métique au vide,' de l'appareil et les fils à haute tension venant des lentilles individuelles passent le long de l'espace libre com- pris entre les tubes d'alignement et d'enveloppe, pour aller à une plaque à bornes qui constitue liaison à broches entre les fils enfermés de façon hermétique.: au vide et les'différents fils pro- venant des lentilles électrostatiques.
Il est ainsi possible de re- tirer tout le système optique électronique de la chambre à vide lorsque cela est nécessaire, par exemple pour effectuer des régla- ges ou pour introduire un nouveau filament thermoionique ou pour le nettoyage.
Le tube enveloppe est, de préférence, ferme à son extré- mité inférieure par une plaque métallique portant les fils d'arri- vée mentionnés ci-dessus, anfermés d façon hermétique au vide et fortement isoLés, relies aux fils descendant des lentilles et le tube enveloppe, est fermé dans le haut par un écran de vision fluo- rescent ou par un appareil photographique ou par une combinaison de cet appareil et d'un .écran fluorescent. Le tube enveloppe est ga- lement relié à une pompe à vide poussé, en un point approprie. Un deuxième écran magnétique peut être dispose dans le tube enveloppe ou autour de lui.
Il comporte, de,préférence, un fil à potentiel élevé passant le long. de l'espace compris entre les tubes d'aligne- ment 'et d'enveloppe, avec une gaine isolante recouvrant les fils depuis la plaque d'extrémité jusqu'à l'électrode de la lentille de manière à empêcher'des décharges par .étincelles au cas'de déplace- ments accidentels des fils pendant 'introduction du système opti-
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que électronique assemblé.
La plaque de base ci-dessus mentionnée du tube enveloppe, qui porte les bornes à haute tension, peut en même temps faire partie d'un récipient rempli d'huile dans lequel les câbles venant de la source à,haute tension sont reliés aux bornes.
Les lentilles -électroniques sont, de préférence, logées dans des tubes métalliques courts distincts qui sont introduits dans le tube d'alignement et le tube d'alignement court, entourait partiellement chaque lentille, peut venir porter contre la paroi intérieure du tube d'alignement en assurant ainsi automatiquement l'alignement. A titre de variante, le tube formant logement pour une lentille peut être d'un diamètre un peu plus petit que le tube d'alignement et on peut effectuer l'alignement à l'aide de vis de fixation ou organes analogues agissant sur le tube formant logement pour une lentille, à travers la paroi du tube d'alignement.
L'invention vise .également des perfectionnements aux len- tilles électroniques relatifs à la forme des -électrodes de la len- tille, à leurs dimensions relatives et au mode d'assemblage. Chaque lentille électronique électrostatique du microscope électronique suivant l'invention est, de préférence, faite et construite de la manière que l'on va maintenant indiquer.
Suivant cette partie de l'invention, une lentille électronique électrostatique comporte au moins trois .électrodes métalliques dans une relation d'espacement .axial donnée les trois électrodes étant soit de forme annulaire soit comportant des disques perforés avec bords soigneusement ar- rondis soit des cylindres courts, perforés axialement avec bords soigneusement arrondis, les axes de perforations ou des trous cen- traux coïncidant avec l'axe optique de la lentille électronique.
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En fonctionnante électrode centrale est maintenue.à un potentiel négatif ,élevé que l'on peut, de préférences faire.varier entre le potentiel négatif élevé de la cathode thermofonique du canon à élec- trons et le potentiel des deux électrodes extérieures qui sont de préférence au potentiel de la terre. Evidemment l'électrode centra-
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le doit être fortement isolée par rapport aux deux .électrodes ex- terieures -et au tube métallique ci-dessus mentionner formant loge-. ment pour les lentilles.
L'électrode centrale est, par suite, pla- cée dans un cylindre court en matière céramique ou en verre ou au- tre matière fortement isolante qui ne forme pas "chemin" dans le cas de décharges par arc qui peuvent se produire si la tension éle- v,ée est appliquée avant que l'on ait obtenu un vide suffisamment bon et qui ne dégage pas de gaz, en nuisant/ainsi au vide qui règne dans l'appareil dans lequel la lentille est,montée*'
La matière des électrodes des lentilles doit être non ma- gnétique et être susceptible de prendre un haut degré de poli. En conséquence certains types d'acier inoxydable ou certains alliages nickel-cuivre non magnétiques sont préférables.
De préférence, l'alésage des trois,,électrodes de la len- tille est le même et comporte une partie cylindrique,courte dans chaque électrode ce qui permet la mise en alignement correct des électrodes des lentilles en se servant d'un mandrin introduit dans la lentille. Des ouvertures de limitation ou éarrêts" peuvent être placés sur les électrodes extérieures une fois'que les lentilles ont été assemblées soit pour limiter la longueur axiale du- champ de la lontille, soit pour limiter l'ouverture angulaire du' faisceau d'électrons servant à faire l'image.
Lorsqu'on les utilise dans le microscope 'électronique sui- vant l'invention, les deux électrodes extérieures de chaque lentil- le électronique , construites comme on vient de le dire, sont re- liées au potentiel de la terre par le tube,métallique formant lo- gement de lentille et le tube d'alignement métallique, ci-dessus mentionné, dans lequel la lentille est introduite.
En conséquence, il n'y a que l'électrode centrale qui doit être munie d'un fil de connexion ''électrique. '
Pour mieux faire comprendre l'invention, on,,va la décrire en se référant aux dessins annexés dans.lesquels : ' .'
La figure 1 représente une forme de réalisation dû micro- scope électronique suivant l'invention en coupe verticale schémati-
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.que.
Les figures -'2 et 3 sont des vues de détail en plan et de côté respectivement.
Les figures 4 et 5, les figures 6 et 7 et les figures 8 et
9 représentent, en plan et en coupe verticale, trois types préférés de lentilles électroniques suivant l'invention, que l'on utilise de préférence dans le microscope représenté.
Les systèmes de lentilles électroniques 1, 2, 3, 4, du mi- croscope représenté sur les figures 1 à 3, sont mis en alignement et sont portés dans le tube d'alignement 5, qui est entouré d'un écran magnétique 6 et qui est introduit dans le tube enveloppe 7 muni d'un, écran magnétique intérieur 8. Le tube enveloppe 7 est re- présenté comme étant fermé, en haut, par un écran de vision fluo- rescent 9 et, en bas, par une plaque métallique10 faisant partie d'une botte Il remplie d'huile portant les bornes pour tension éle- vée,à laquelle arrivait les câbles à haute tension 12.
Les fils à haute tension qui sont enfermés de façon isolante et dont l'un est visible en 13, venant des lentilles individuelles descendent dans l'espace 14 entre les tubes 5 et 7 pour venir à une plaque à bornes
15 assurant des liaisons à broches entre les différents fils et les fils d'arrivée 16 fortement isolés et enfermés de façon hermétique au vide, pénétrant dans des douilles formant bornes 17-portées par la plaque 15.
Le support 18 pour l'échantillon placé dans le microscope est muni d'un dispositif de réglage 19. Le tube dé ?¯'appareil à l' aide duquel le tube enveloppe 7 est relié à une pompe à vide poussé est repré senté en .'80. Le filament 22 de la cathode thermoionique comporte un dispositif de réglage 21.
Le système de lentille 1 est la combinaison d'une lentille formant condenseur et accélérateur. On voit sur les figures 4 et 5 un mode de construction préféré de cette lentille suivant l'inven- tion. Dans le tube 30, forment logement pour la lentille, se trou- vent, en ce cas une électrode de modulation du courant d'électrons n
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ou électrode de Wehnelt 31 entourant le filament (non représente) de la cathode thermolonique, une êlectrode acczlzratrice 32 et un arrêt 55 délimitant le faisceau, place entre duex êerans magnéti- ques transversaux 34 en;
forma de disques,-suivis d'une lentille condenseur qui comporte deux électrodes extérieures 35-36 et une -électrode centrale 37, un arrêt 38 délimitant le faisceau sur 1' électrode extérieure 56 et un autre arrêt 39 place dans l'extrémité d'un tube de prolongement 40 à bride, monté dans l'extrémité du tu- be 30 de lentilles, au voisinage de l'électrode extérieure 36.
Les électrodes extérieures 35 et 36 de la lentille condenseur et .égale- ment une électrode accélératrice 32' sont en contact conducteur sur leurs pourtours avec la ,paroi du tube 30.de lentille, lorsqu'elles sont destinées à fonctionner au potentielde la terre (ZERO KV) du fait que le tube 30 touche la paroi du tube d'alignement 5 du mi- croscope dans lequel le système de lentilles est introduit. En con- séquence',' il n'est pas prévu de ,fil pour les .électrodes 32, 35 et 56. D'autre part, l'électrode centrale 37 du condenseur fonctionne à un potentiel négatif élevé (par exemple -10 KV à -25 KV ) et de même l'électrode de Wehnelt 31 (par, exemple -30 KV).
En conséquen- ce, comme cela est représenté, ces .électrodes sont.placées dans des cylindres 41 et 42 en céramique ou autre matière' appropriée, comme on l'a dit plus haut, qui 's'adaptent dans le* tube' de lentille 30 et qui sont munis de fils à hautae tension gaines 43 et 44.
' La lentille:2 est l'objectif du microscope' servant à for- mer une première image agrandie de l'échantillon. Cette lentille, telle' qu'elle est faite selon l'invention et représentée sur les figures 6 et 7, 'comporte, de préfêrence, deux 'électrodes extérieu- res 45 et 46 et une ,électrode centrale 47', montée dans un cylindre isolant 48, le tout s'adaptant dans le tube 49, les électrodes ex- têrieurex 45 et 46 venant toucher de façon conductrice le tube 49 . pour fonctionner au potentiel de la 'terre et 1'.électrode centrale 46 ( destinée à fonctionner par exemple à -30 KV )comportant un fil'à haute tension 50.
Des arrêts 51 et 52 sont prévus à chacune
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, des extrémités de la lentille, l'arrêt voisin de l' échantillon ser- vant à maintenir celui-ci dans un espace sans champ et l'arrêt de sortie de la lentille servant à limiter l'ouverture de celle-ci et à empêcher ainsi que la qualité de l'image soit réduite par suite d'aberrations de la lentille.
La lentille 3 est une lentille de projection et, telle qu' elle est construite suivant l'invention et représentée suivant les figures 8 et 9, elle comporte, de préférence, le tube de lentille 53 servant de logement pour deux ,électrodes extérieures 54 et 55 et une électrode 56 montée dans un cylindre isolant 57 et munie d'un fil à haute tension 58. L'èlectrodecentrale 56 peut fonctionner, par exemple, de -20 KV à -30 KV, les électrodes extérieures 54 et 55 venant toucher de façon conductrice le tube 53 pour fonctionner au potentiel de la terre. Il peut être prévu plus d'une lentille de projection de ce genre pour un microscope électronique ( on en a re- présenté deux en 5 et 4 sur la fig. 1) si l'on désire avoir un gros- sissement à plusieurs étages.
On remarquera d'après les figures 5, 7 et 9 que, bien que les différentes lentilles décrites comportent, en commun, les ca- ractéristiques de construction indiquées ci-dessus, les formes et les dimensions des 'électrodes des lentilles varient dans chaque cas, comme cela est représenté, suivant les rôles que'les Différentes len- tilles doivent jouer.
On voit également que, comme autre caractéris- tique de construction qui n'a pas été mentionnée ci-dessus, le tube de lentille comporte, dans chaque, cas,une bride intérieure 59 à une extrémité, formant butée mécanique axiale contre laquelle un -élément du système de lentille vient buter, les éléments du sys- tème étant introduits successivement, suivant l'axe, dans le tube de lentille, par l'autre extrémité, et étant mis en contact les uns avec les autres et maintenus ensuite par une bague de retenue 60 (constituée, dans les cas de la lentille des figures 4, 5 par le tube de prolongement 40 ) qui se visse dans l'extrémité d'entrée du tube de lentille.
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'Quoique.l'on ait décrit ci-dessus des détails de construc- tion particuliers, l'invention ne doit pas être considérée comme limitée à ce point de vue car elle peut ,comporter différentes formes de réalisation et de variantes.
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' E 'S "0 l' eu, />" - - - - - - - - - ¯ , j L'invention a pour objet un microscope électronique cqrac- térisï par les points suivants considères iëol'ëmënt ou en combinai- son. 7 ',,l 10) Le microscope électronique' compren4'uxli système optique électronique fait d'un certain nombre de lentilles électroniques, électrostatiques, disposées en relation d'espacement axial dans un tube métallique droit'qui sert de support mécanique pour le système optique électronique et au moyen duquel les lentilles sont mises en alignement de façon que leurs axes et l'axe optique du système op- tique -électronique coïncident avec l'axe du tube."Le tube peut éga-
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lement porter'un support d'échantillon et/ou un canon.à -électrons dans 1-",alignement du système optique eladtronique.
2 ) Le tube d'alignement est entouré d'un autre tube mé- tallique defaçon qu'il y ait entre, '-'..eux un espace libre, le tube extérieur constituant une enveloppe hermétique au vide pour l'appa- reil. Des fils conducteurs isolés, provenant des lentilles électro- niques, passent dans l'espace libfe compris entre les tubes pour aller à une plaque ou support de bornes assurant des liaisons à broches avec une autre plaque ou support de bornes sur laquelle sont branchés des fils d'arrivée à haute tension. Le dernier support de
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bornes. ferme, de préférenoe, une extremitje du tube enveloppe et, de préférence, .également, .fait 'partie d'une boîte à bornes remplie d' huile pour les fils d'arrivée à haute, tension.
Léstubes d'aligne- ment et enveloppe sont/ de préférence, munis d'écrans''magnétiques.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.