DE1062844B - Elektrostatische Linse fuer Korpuskularstrahlapparate - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Konstruktion und Wirkungsweise elektrostatischer Linsen in der Ausführung als Einzellinsen, Immersionslinsen und anderes mehr ist aus der Literatur bekannt. Für die optischen Eigenschaften solcher Linsen ist neben der Anordnung der Elektroden in erster Linie die Genauigkeit der mechanischen Ausführung maßgebend, da von dieser die Symmetrieeigenschaften des elektrischen Feldes abhängen. Jede Störung dieser Symmetrie hat eine Störung der Abbildungseigenschaften der Linse zur Folge.

Ein Anlaß zu Störungen der Symmetrieeigenschaften kann aber auch durch die Ausbildung von Gasentladungen innerhalb der Linse entstehen. Die Linsen befinden sich bei Korpuskularstrahlapparaten normalerweise in einem Vakuum zwischen 12^—2 und IO^-6Torr. Die für Linsen mit starker Brechkraft beträchtlichen Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden können bei diesen Drücken Anlaß zu Gasentladungen geben. Jede Gasentladung ist mit einem Transport von geladenen Partikeln verbunden und erzeugt damit notwendigerweise eine örtliche Veränderung des elektrischen Feldes. Diese Veränderung stört die ursprüngliche Feldverteilung in der Linse und damit ihre Abbildungseigenschaften.

Es ist bekannt, daß bei sauber bearbeiteten Oberflächen die Feldstärke zweier sich frei gegenüberstehenden Elektroden im Vakuum bis über 200 000 Volt/cm ansteigen kann, ohne daß im Betrieb Gasentladungen auftreten. Ähnliche Werte ergeben sich für zwei durch ein gutes Isolationsmaterial getrennte Elektroden.

Ganz erheblich geringer ist erfahrungsgemäß die zulässige Feldstärke an der Dreiphasengrenze zwischen Isolator, Elektrode und Vakuum, weil hier die Tendenz zur Ausbildung von Gasentladungen am stärksten ist. Es ist bekannt, daß die Spannungsfestigkeit an der Dreiphasengrenze stark von der geometrischen Anordnung abhängt; die Zusammenhänge waren jedoch bisher nicht genügend erforscht, um daraus wirkungsvolle Konstruktionsvorschriften abzuleiten.

Systematische Untersuchungen über die Spannungsfestigkeit an der Dreiphasengrenze haben gezeigt, daß die Gasentladung sowohl an der positiven wie an der negativen Elektrode vorzüglich an der Stelle ansetzen, wo diejenige Kraftlinie des elektrischen Feldes, welche den Isolator tangiert, auf die Elektrode auftrifft.

In den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung ist jeweils eine Elektrode E dargestellt, die mit einem Isolator / in Berührung ist. Zwischen der Elektrode E und einer nicht dargestellten Elektrode, die rechts vom Isolator im wesentlichen parallel zur Elektrode E verläuft, herrscht ein elektrisches Feld. Im Fall von Fig. 1 wird eine elektrische Kraftlinie, die den Isolator tan-Elektrostatisdie Linse für Korpuskularstrahlapparate

Anmelder:

Trüb, Täuber & Co. A. G., Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. Ε. Maier₁ Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 4

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 28. Februar 1956

Dipl.-Phys. Dr. phil. Lienhard Wegmann, Wallisellen (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

giert, die Elektrode E an der Stelle e_x treffen, im Fall von Fig. 2 an der Stelle e₂ und im Fall von Fig. 3 an der Stelle e₃. An diesen Stellen e_x bis e₃ wird die Gasentladung ansetzen. Eine Erklärung hierfür muß darin gesucht werden, daß auf der Isolatoroberfläche immer Ladungspartikel vorhanden sind, welche durch das Feld abgelöst und beschleunigt werden und nun auf die Elektrode treffen und so zur Ausbildung einer Gasentladung führen. Die oft zur Verhinderung von Gasentladungen angegebene Ausbildung des Isolators nach Fig. 3 hat keine wesentliche Erhöhung der Spannungsfestigkeit zur Folge.

Auf Grund der obengenannten Ausführungen können dagegen elektrostatische Linsen für Korpuskularstrahlapparate gebaut werden, welche eine sehr große Spannungsfestigkeit aufweisen. Bei einer solchen elektrostatischen Linse für Korpuskularstrahlapparate mit mindestens einem von einem Isolator berührten, elektrisch leitenden Teil soll erfindungsgemäß der elektrisch leitende Teil längs einer Linie, die durch das Auftreffen von den Isolator berührenden, elektrischen Kraftlinien auf die Oberfläche dieses Teils definiert ist, mit einer Vertiefung versehen sein. Zweckmäßig ist ferner der Isolator an den Berührungsstellen durch die elektrischen Kraf tlinien mit einem Wulst versehen.

In den Fig. 4 und 5 sind Einzelheiten von Ausführungsformen der Elektronenlinse gemäß der Erfindung dargestellt. Mit E ist eine Elektrode und mit / ein Isolator einer elektrostatischen Linse bezeichnet. Die Auftreffpunkte der dargestellten, die betreffenden Isolatoren tangierenden Kraftlinien auf die Elektrode sind mit e± bzw. e₅ bezeichnet.

909 580/339

Claims (2)

An den Stellen e4 bzw. eB wird in der Elektrode eine Vertiefung vorgesehen, welche die Kraftlinien auseinanderdrängt und damit die Feldstärke herabsetzt. Diese Vertiefung folgt auf der Elektrode dem Umfang des ganzen Isolators, wobei an jeder Stelle die Bedingung eingehalten ist, daß die den Isolator tangierende Kraftlinie in die Mitte der Vertiefung fällt. Die Verkleinerung der Feldstärke an dieser Stelle kann noch etwas erhöht werden durch den am Isolator gemäß Fig. 5 vorgesehenen Wulst, wobei die Lage der Vertiefung gegenüber Fig. 4 verschoben ist. Die Untersuchungen haben bewiesen, daß auf diese Weise die Festigkeit einer Elektronenlinse gegen Gasentladungen ganz erheblich erhöht wird. Bei komplizierteren Formen von Elektroden und Isolatoren ist es nicht immer möglich, rechnerisch oder zeichnerisch den Verlauf der den Isolator tangierenden Kraftlinien zu finden. Modellversuche mit an den vermuteten Eindringstellen angebrachten Vertiefungen führen aber rasch zum Erfolg. Ein Beispiel für eine elektrostatische Linse, bei welcher bei den Berührungsstellen von Isolatoren und Elektroden bzw. anderen Metallteilen obige Maßnahmen getroffen werden, ist in Fig. 6 dargestellt. Das Gehäuse der Linse mit den Außenelektroden A, A befindet sich auf Erdpotential; über die Zuführung C wird die mittlere Elektrode B auf ein negatives Potential gebracht. An allen für Gasentladungen kritischen Stellen a, b, c, d sind die beschriebenen konstruktiven Maßnahmen verwirklicht, d. h., der elektrisch leitende Teil ist mit einer Vertiefung versehen und zusätzlich der Isolator mit einem Wulst. Auf diese Weise ist es gelungen, die Spannungsfestigkeit von elektrostatischen Linsen von 50 auf 80 kV zu erhöhen, ohne daß die äußeren Abmessungen der Linsen vergrößert werden mußten. Patentansprüche=

1. Elektrostatische Linse für Korpuskularstrahlapparate mit mindestens einem von einem Isolator berührten, elektrisch leitenden Teil, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Teil längs einer Linie, die durch das Auftreffen von den Isolator berührenden, elektrischen Kraftlinien auf die Oberfläche dieses Teils definiert ist, mit einer Vertiefung versehen ist.

2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator an den Berührungsstellen durch die elektrischen Kraftlinien mit einem Wulst versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 876 568, 909 608,
914168.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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