DE748680C

DE748680C - Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE748680C
Application number: DEA90373D
Authority: DE
Priority date: 1939-10-19
Filing date: 1939-10-20
Publication date: 1944-11-08

Description

Elektronenmikroskop Durch den weiteren Ausbau der Untersuchungstechnik bei Verwendung von Elektronenmikroskopen entsteht das Verlangen nach einfachen Methoden zu mikroskopischen und submikroskopischen Eingriffen an den untersuchten Objekten. Die mit Stahl- oder Glassunden arbeitenden Mikromanipulatoren der lichtmikroskopischen Technik besitzen für viele kommende Aufgaben der Elektronenoptik nicht die erforderliche Feinheit (insbesondere Sondenschärfe). Die Erfindung zielt darauf ab, das Arbeiten mit Elektronenmikroskopen in dieser Beziehung zu verbessern. Erfindungsgemäß ist mit einem Elektronenmikroskop ein Ionenstrahlerzeuger zusammengebaut, von dem aus eine Ionenstrahlsonde auf das Objekt zu lenken ist. Gegenüber den bisher in der biologischen Forschung benutzten mechanischen Sonden hat eine solche Ionenstrahlsonde den Vorteil, daß sie eine außerordentlich viel .größere Schärfe besitzt und daß in den oberhalb oder unterhalb der interessierenden Objektschicht gelegenen Schichten nur solche Schädigungen eintreten können, die klein sind gegenüber den Verletzungen am Ort der Sondensitze und gegenüber den Zerstörungen, die bei Anwendung mechanischer Sonden eintreten. Bei Anwendung der Ionenstrahlsonde mußbeachtet werden, daß die Sonde infolge der räumlichen Teilchenstreuung nur an der Oberfläche von Objektschichten ihre volle Schärfe hat. An der Spitze der Ionensonde bewirkt die kinetische Energie der auftreffenden Ionen ein lokales Verdampfen der Materie, so daß die Ionensonde auch zur Ausführung von mechanischen Verletzungen, zum Zerschneiden und zum Durchbohren von Objektpartikeln in Frage kommt. Gegenüber der Elektronensonde hat die Ionensonde den Vorteil, daß nur sie die unten beschriebene Kombination mit einem Elektonenmikroskop zuläßt und daß die Einwirkung stärker ist.
Bei der praktischen Durchführung von Eingriffen dieser Art ist es erwünscht, die Auftreffstelle der Ionenstrahlsonde zu kennen. Hierfür bietet die Erfindung ein einfaches Mittel, denn man kann bei ihrer Anwendung die Auftreffstelle der Ionenstrahlsonde im elektronenoptisch vergrößerten Bilde des Objektes unmittelbar beobachten. Um einen Eingriff der obenerwähnten Art an einer bestimmten Stelle des Objektes durchführen zu können, wird man ferner zweckmäßig Einrichtungen anwenden, mit denen eine Relativverschiebung zwischen dem Objekt und derAuftreffstelle der Ionensonde durchgeführt werden kann. Man kann beispielsweise zu diesem Zwecke das Objekt selbst mechanisch verschiebbar anordnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man den Ionenstrahlerzeuger relativ zu dem feststehenden Objekt quer zur Strahlachse verschiebt. Schließlich kann man auch elektrische Mittel zur Ab-Lenkung des Ionenstrahles zur Lösung dieser Aufgabe verwenden.
Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn man das Mikroskop so ausbildet, daß die Elektronenstrahlen das Objekt von der einen Richtung und die Ionenstrahlen von der anderen Richtung durchstrahlen: Um das Objekt während der Durchführung von Mikromanipulationen . am Präparat gleichzeitig mit Hilfe des Elektronenmikroskops beobachten zu können, wird zweckmäßig der Strahlengang des Elektronenmikroskops hinter dem Mikroskopobjektiv, gegebenenfalls sogar erst hinter der Projektionslinse, durch ein homogenes Magnetfeld etwas abgeknickt. Ferner werden als abbildende Optiken elektrostatische Linsen verwendet. Da die Ionenstrahlen durch das homogene magnetische Hilfsfeld nicht merklich abgelenkt werden, kann man das System zur Erzeugung der Ionenstrahlen von kleinem Anfangsquerschnitt ungefähr auf der optischen Achse des Objektivs belassen, so daß das Kanalstrahlsystem und die hinter der Knickstelle liegenden Bestandteile des Elektronenmikroskops räumlich voneinander getrennt sind. Da die brechende Wirkung elektrostatischer Linsen auf Elektronen und Ionen gleich groß ist, wird unter der Voraussetzung, daß die Absolutwerte der Betriebsspannungen bei der Ionenstrahlquelle und bei der Elektronenstrahlquelle gleich sind, automatisch bei Einstellung auf größte Schärfe des Elektronenbildes auch größte Schärfe der Ionensonde in der Objektebene herbeigeführt.
Es empfiehlt sich, Schalt- und Regeleinrichtungen anzuwenden, mit deren Hilfe die Betriebsspannung des Ionenstrahlerzeugers veränderbar ist, um den Ionensondendurchmesser zu vergrößern oder Abgleichfehler zweiter Ordnung zu korrigieren.
Bei Anwendung der Erfindung ist es beispielsweise auch möglich, Löcher submikroskopischer Feinheit in Folien zum Zwecke der Filterherstellung zu bohren und gleichzeitig den Bohrvorgang in allen Einzelheiten mit Hilfe des Elektronenmikroskops zu verfolgen. Man kann zur Herstellung einer Vielzahl von Filterlöchern den Kanalstrahlerzeuger so ausbilden, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Sonden auf das Objekt gelenkt werden. Zu diesem Zwecke kann man beispielsweise die Durchlaßelektrode des Kanalstrahlerzeugersystems in Form eines Siebes ausbilden.
Die Abbildung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch einen Längsschnitt durch ein Elektronenmikroskop. Mit i ist der Elektronenstrahlermuger bezeichnet: dieser möge beispielsweise mit einer Spannung von -4o kV betrieben «-erden. Die Elektronenstrahlen werden mit Hilfe einer KondenSorspule 2 auf einem Objekt 3 gesammelt. Zur elektronenoptischen Vergrößerung des'Objektes dienen zwei elektrostatische Linsen 4 und deren Spannungseinführungen mit 6 und 7 bezeichnet sind. Im Strahlengang der Elektronenstrahlen hinter der Projektionslinse 5 ist ein magnetisches Hilfsfeld 8 angeordnet, das dazu dient, die Elektronenstrahlen derart abzuknicken, daß sie in das seitliche Rohr 9 fallen. Das elektronenoptisch vergrößerte Bild kann auf einem Leuchtschirm io betrachtet «-erden. Das Rohr ii des Elektronenmikroskops ist in Richtung der Objektivachse bei 12 verlängert. Am unteren Teil ist das zur Erzeugung der Ionenstrahlsonde dienende Kanalstrahlrohr 13 angeschlossen. Bei 14 ist die Zuführungsleitung für das Bogengas angedeutet. Das Kanalstrahlrohr möge mit einer Betriebsspannung von -{- 4o kV betrieben werden. Mit 1,9 und 16 sind zwei Nachbeschleunigungsstufen für die Ionenstrahlen bezeichnet. Bei 17 ist der Pumpenanschluß des Elektronenmikroskops angedeutet. Die Ionenstrahlen werden durch das magnetische Hilfsfeld 8 praktisch nicht beeinflußt ; sie durchtreten nacheinander die Linsen 5 und 4 und fallen als feine Ionensonde auf das Objekt 3. Die Wirkung der Ionensonde kann mit der dargestellten Anordnung auf dem Leuchtschirm io unmittelbar beobachtet werden. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, muß man Einrichtungen anwenden, um die Auftreffstelle der Elektronenstrahlsonde auf dem zu beobachtenden Objektausschnitt beliebig wählen zu können. Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zwecke eine Verschiebbarkeit des Kanalstrahlrohres 13 quer zur Strahlrichtung angedeutet. Zu diesem Zwecke ist das Kanalstrahlrohr 13 an dem unteren Ende des Rohres 12 mit Hilfe eines Federkörpers i$ angeschlossen: Die Antriebseinrichtungen zur Durchführung von feinen Verstellbewegungen sind im ' übrigen in der Abbildung nicht dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch einen damit zusammengebauten Ionenstrahlerzeuger, von dem aus eine Ionenstrahlsonde auf das Objekt zu lenken ist.
2. Elektronenmikroskop nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, daß das mit Hilfe der Elektronenstrahlen vergrößerte Objekt während des Arbeitens der Ionensonde zu beobachten ist.
3. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlen das Objekt von der einen Richtung und die Ionenstrahlen von der anderen Richtung durchstrahlen. q.. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Ablenkung der Elektronenstrahlen nach der Durchstrahlung des Objektes durch ein homogenes Magnetfeld. 5. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung elektrostatischer Linsen als abbildende Optiken. 6. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahlerzeuger in der optischen Achse der vom Elektronenstrahlerzeuger zum Objekt verlaufenden Elektronenstrahlen liegt. 7. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch mechanische oder elektrische Mittel zur Verschiebung der Auftreffstelle der Ionensonde auf dem. beobachteten Objektausschnitt. B. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem der folgendery, dadurch gekennzeichnet, daß zum. Betrieb der Elektronenstrahlquelle eine Spannung verwendet wird, deren Absolutwert gleich dem Absolutwert der zum Betrieb der Ionenstrahlquelle dienenden Spannung ist, so daß sich zwangsläufig bei Einstellung der größten Schäre des Elektronenbildes auch größte Schärfe der Ionensonde in der Objektebene ergibt. g. Elektronenmikroskop nach Anspruch i oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Regelanordnung, mit der die Betriebsspannung des Ionenstrahlerzeugers # veränderbar ist, um den Ionensondendurchmesser zu vergrößern oder Abgleichfehler zweiter Ordnung zu korrigieren. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden deutsche Patentschrift . . . . . . . . Nr. 651 oo8; Archiv für Elektrotechnik, Bd. 27, 1933, - S. 272; Die Naturwissenschaften, 25. Jahrg., 1937, S. 829.