DE747105C - Elektronen- oder Ionenmikroskop - Google Patents

Description

• Elektronen-'oder lonenmikroskop Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronen- oder Ionenmikroskop zur Beobachtung von Elektronen oder Ionen aussendenden Substanzen oder von Gegenständen, die von Elektronen oder Ionen bestrahlt werden, insbesondere zur Beobachtung von erhitzten Substanzen, und bezweckt die Erzielung von auch bei starker Vergrößerung unverzerrten Ab- bildungen.
• Untersuchungen über das Verhalten. von Elektronenstrahlen, die in den letzten Jahren durchgeführt worden, sind (K n o l 1 und Ruska, Ann. d. Phys., Bd. 32, S. 607 ff., 19321 haben gezeigt, daß es gelingt, durch ein kurzes longitudinales Magnetfeld oder durch ein kurzes longitudinales elektrisches Feld auf einem Leuchtschirm scharfe Bilder eines durch Elektronen aus .einer kalten Kathode bestrahlten Netzes zu erhalten. Zur Abbildung von Glühkathoden und zur Untersuchung der Emission glühender Flächen war die -dort angegebene Anordnung nicht geeignet. Die Anmelder haben durch Versuche festgestellt, daß mittels dieser Anordnung Glühkathoden nur mit sehr starken Verzerrungen und Unschärfen abgebildet werden.
• Die nähere Untersuchung hat ergeben, daß die Ursache derartig-er-Verzerrungen in dem Auftreten - von Störfeldern liegt, d. h. von solchen elektrischen oder magnetischen Feldern, insbesondere in der Nähe der abzubildenden Elektrodenfläche,welche eine stärke Inhomogenität besitzen, und daß bei Vermeidung derartiger Störfelder scharfe, geometrisch ähnliche Bilder regelmäßig erzeugt werden können.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronen- oder Ionenmikroskop, bei welchem eine Elektrodenfläche, die durch Erhitzen zur Emission von Elektronen oder Ionen gebracht wird, in vergrößertem Maßstabe abgebildet wird. Erfindungsgemäß sind in unmittelbarer Nähe des Randes der Gesamtfläche der abzubildenden Elektrode die Strablachse symmetrisch umgebende Scheiben- oder zylinderförmige Hilfselektroden derart angeordnet, daß die vor der abzubildenden Elektrodenfläche liegenden Äquipotentialflächen praktisch Ebenen darstellen. Hierdurch gelingt es in einfacher Weise, die eingangs erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen und scharfe Bilder von emittierenden Oberflächen mit Hilfe eines Elektronen- oder Ionenmikroskops: zu erhalten.

  Für die Güte der Abbildung ist die genaue

  zentrische Stellung der Elektroden zueinander

  und zum abbildenden Feld wichtig. Da bei

  der Abbildung von erhitzten Substanzen die

  emittierende Oberfläche schon mit Rücksicht

  auf clen erforderlichen Heizstrom meist klein

  gehalten werden mull, ergibt sich ein

  Feld in der Nähe der emittierenden

  O1>erfläclie. Getnäla einer Ausfiihrungsforin

  ,ler @rfin._ltlng kann man diese Inhomogenität

  ;durch Anordnung einer niit der Kathode lei-

  ten-1 verbundenen zylinder- oder lochscheiben-

  f<irniigeri Hilfselektrode aufheben, welche die

  Gesaintflä che der abzubildeliden Gegenstands-

  ollel-fläclie umgibt.

  1)er die Elektronen oder Ionen aussen-

  (len-:le Gegenstand, der vergrößert abgebildet

  werden soll, kann in dein abzubildenden Be-

  r1--ich eben, z. B. als Plättchen, ausgebildet

  s:iil. Zur Erhitzung der Gegenstandsober-

  flä cli: kann man eine indirekte Heizung an-

  wInden. Diese Heizung kann durch an sieh

  b,kannte Mittel erfolgen, z. B. durch Elek-

  tronenbombardement oder durch Wärmekon-

  takt niit eiaein Gliihdralit, weil durch sie ein

  gieichmäl@iges Potential auf der Kathoden-

  ctberflüche gewährleistet und weiterhin der

  lus(>udere Vorteil galoten wird, claß trotz der

  @1-fnr-lerlichen holten Heizströme die tnaglie-

  tiscir:n tTeltlstürl:eu in der (.I-egenstandsel>,nc

  .#,iir klein gehalten werden können.

  Bei Verwendung -einer Gegenstandselek-

  trode finit großer \@"ärineträglieit kann durch

  vorübcrgeliendes Ausschalten des Heiz-

  stroms ivälirend der Beobachtung der Ein-

  fluß des Heizstrolilmagnetfelcles auf den ab-

  lriltleiicleu Strahl völlig beseitigt werden.

  Uni niedrige Feldstärken auch in der Um-

  g.bung der V,g:nelelctrode (beim Elektronen-

  iilikroskop: Anode, beim Ionenmikroskop:

  Kathode) und eine Abbildung der Gegen-

  ohne Behinderung des abbil-

  dendeu Strahlbiindels durch die Gegenel-ek-

  trode zu erreichen, kann auch hier in bei Ka-

  tliocl,nstraliloszillograplien und Elektronen-

  inikroskopen mit kalter Kathode bekannter

  Weise die Gegenelektrode als die Kathode

  niantelförinig umgellendes Rohr ausgeführt

  werden. .

  Stö r.nde Wandladungen auf nicht leiten-

  den Oberflächen der Röhrenwandung bzw. an

  nicht leitenden, in den Strahlengang gebrach-

  ten Gegenständ:n können. in allgemein be-

  kamiter Weise durch Anbringen eines nietal-

  lisc lelt:Ild:Ii Cberzuges verhindert werden.

  Die Möglichkeit unverzerrter VergröPle-

  rullg in einer Stufe ist auch bei Verwen@ltilig

  von IIilf:ela:troaen der vorliegen(len .@rt oft

  Iicgr.tizt durch (las Strz#ufel,-i der so Bali,

  Iil(iglich all (feil 111)ztlllIl(leil,-leil GegellS;al1-1

  ht=l'aIlgesillül)eIleIl Illelitl'OI1Ci111Ilse, @rlml'-

  schreitet die Feldstärke dieses Streufeldes

  eii*n gewissen Mindestwert, so treten hier-

  durch Abbildungsstörungen auf. Man wird

  rle:hall) häufig auf einem Leuchtschirm nur

  in niäl;liger Vergrößerung ein Sti-ahl@nl>iltl

  @rzeugcn, dieses durch eine lichtoptisch, Lin-

  senanordnung, z. B. ein gewölinlicliei; Mikro-

  @:kop, weiter vergrößern und dann erst be-

  obachten oder photographieren. Da I>ei den

  üblichen Leuchtsubstanzen durch deren

  Korngröße -die Grenze für die @"-ergrö laerung

  verhältnismäßig bald erreicht ist, ist es in

  d=useln Fall;: vorteilhaft, den Leuchtschirm

  aus ,iner durchsichtigen organischen Sub-

  stanz, z. B. aus einem Cellulosederivat, oder

  aus einem durch Kathod.enstrahlenerregbare li

  l?inlcristall, z. B. einem Alkalichlori1 inn

  Schwermetallzusatz, herzustellen.

  In den Abbildungen sind nielirere Ausfiih-

  rungsbeispi-el; der Erfindung scliein:itiscb

  dargestellt.

  Bei dein in Abb. z dargestellten Elek-

  troni,ninil:roslcop bedeutet i die indirekt -

  durch Berührung mit eineng G'lühdralzt 2, 3

  - gvheizte Gliillkathode. 13 ist tler di;

  Glühkathode umgebende Schutzring. Die Zu-

  l.@'ituilg-,tlriillte = tllid 3 Sind all (lull istjlltls-

  sclilitt.I befestigt. ; ist die rohrförmig att5-

  gel)ildete _@nt)de. Das Bild der hatliode ent-

  stellt auf (1,m Beo1)aclitungsscliirin 6 und wird

  entweder direkt o:_ler durch (las gewölililiclie

  Mikroskop ; beobachtet. S und 9 sind dit

  zur Abbildung dienenden Sammelspulen, die

  in 1),ekannter Weise in Kardanringen lo auf-

  ei und zur Verringerung ihres Streu-

  feldes finit einem geschlitzten Eisenmantel i l

  versehen sind. Als Okularinikrometer zum

  Ausmessen der beobachteten 13rsclieinuligeii

  dient ein Kontrollnetz 12 in (l@,r Zwi.clien-

  bildebene der Sammelspule g.

  In Abb. 2 ist eine Gegenstan-.lselektro@le 14

  finit eben.:r F_missionsfläche vergrößert ge-

  zeichnet, die durch den Wolfraindralit 15

  durch Wärmelei*ung indirekt geheizt wird.

  Die Kathode ist von dem Schutzring und

  Welineltzylinder 36 umgeb,n, der (furch dcil

  T riiger 37. gehalten wird.

  In Abb.3 ist eine Anordnung gezeigt, in

  cler sich die zu untersuchende Substanz 28 111

  flüssiger I#orin oder auch als Pulver in einem

  I:ecli:r mit senkrechter Achse 29 befindet,

  d,r von dem Heizdraht 30 durch Wärme-

  strahlung oller durch Elektron-enbombarde-

  inent ge:leizt wirr] und gleichzeitig als Weh-

  zieltzylinderschutzring dient.

Claims (1)

1':%Ti:1NTANSPRCCHR: r. la,l:troliril- oder lonenniil:rosl;op, ll@l il-elt'll;ll elll hl,l:t1'Otlenflallle, dli. ::Irin l:rll:t"lrn zur Emission voll Elek- 11-@.@t..li w) lt-r 1@11@. I1 gebracht wird, lil ver- größertem Maßstäbe abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Randes der Gesamtfläche der abzubildenden Elektrode die Strahl: achle symmetrisch umgebende scheiben-oder zylinderförmige Hilfselektroden derart angeordnet sind, daß die vor der abzubildenden Elektrodenfläche liegenden Ajuipotentia1flächen praktisch Ebenen darstellen.. Elektronen- oder Ionenmikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeich= net, daß die Krwärmung der.Gegenstandselektrode durch indirekte Heizung erfolgt. 3. Elektronen- oder Ionenmikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß clie indirekte Heizung durch Elektronenbombardement von einer Glühkathode aus erfolgt. .I. Elektronen.- oder Ion.enmikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen oder Ionen aussendende Substanz von einem eine große Wärmeträgheit besitzenden Träger getragen wird, so daß durch zeitweiliges Ausschalten, des Heizstroms während de's Beobachtens- der Einfluß des Heizstrommagnetfeldes eliminiert werden kann. 5. Elektronen- öder Zonenmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das auf dem Leuchtschirm in mäßiger Vergrößerung erzeugte Elektronen.- bzw. Ionenbild durch eine lichtoptische Linsenanordnung, z. B. ein gewöhnliches Mikroskop, weiter vergrößert und dann erst beobachtet oder photographiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm, auf dem c:as 1,7,.e- bzw. Ionenbild entsteht; au` einem durch Korpuskularstrahlen zum Leuchten erregbaren Einkristall oder einer durchsichtigen organischen Substanz, beispielsweise einem Cellulosederivat, besteht. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... Nr. 373 834, 375 8o8, 46 533 -131 220, 450 187, 507819,-britische Patentschriften ... Nr. 335 995, 368 309, 368 721; . Annalen d. Physik, 5. Folge, Bd. 12, a932, S. 607-ff- ; Journ. of tlie Americ. Inst. of Electr. Eng. 1929, JulY, S. 534ff.; Ztschr. für technische Physik, 1931, Nr. 8, S. 389, und 1936, S. i7o ff. Petersen, »Forschung und Technik«, 1930, S. 23 ff-; Archiv für Electrotechnik, Bd.18, 1927, S. 583 ff-; Grimsehl, »Lehrbuch der Physik«, 2 Bd., 1923, S. 81 Ztschr. für Physik, Bd. 78, 1932, S. 343 ff.; Physik. Ztschr. 1932, S. 898.