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Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop Bei praktischen
Versuchen mit normalen Elektronenmikroskopen, insbesondere bei solchen Versuchen,
wo Belichtungszeiten von mehr als 1/ioo sec gegeben sind, aber auch bei Versuchen
mit-Elektronen-Rastermikroskopen zeigte sich, daß das erzielte Auflösungsvermögen
zunächst nicht an diejenigen Werte heranreichte, die theoretisch für die betreffenden
Anordnungen zu erwarten waren. Die nähere Untersuchung ließ als Grund für diese
Abweichung eine große Empfindlichkeit der vorgenannten Anordnungen gegen schwankende
Magne#tfelder am Ort des Elektronenstrahlenganges erkennen. Schwankende Magnetfelde#r
führen beim normalen Elektronenmikroskop grundsätzlich zu Unschärfen. Beim Elektronen-Rastermikroskop
führen sie nur dann zu Unschärfen, wenn die Schwankungsperiode in der Größenordnung
der Abtastzeiten für einen Bildpunkt liegt. Ist sie groß gegen diese Zeit, so bedingt
sie keine Unschärfevermehrung, sondern eine Bildverzerrung. Ein Beispiel möge die
Unterschiede der Störeinflüsse erläutern. Es sei angenommen, daß während der Zeit
für die Aufnahme eines Bildes das störende Magnetfeld sich langsam in einem solchen
Betrag ändert, daß ein Konturenpunkt nin; zehn Bildp-umktdürch#mes,ser
verlagert
wird; dann wirkt sich dies bei dem normalen Elektronenmikroskop so aus, daß
die Unschärfe in der Richtung des Vektors auf das Zehnfache ansteigt. Beim Elektronen-Rastermikroskop
bewirkt der gleiche Vorgang, daß das Bildformat um die Strecke von zehn Bildpunktdurchmessern,
d. h. beispielsweise bei 2oo Zellen um 5 Glo der Kantenlänge
ge-
dehnt oder gestaucht wird. Während die Unschärfe beim normalen 'Mikroskop
eine sehr unangenehme Störung darstellt, ist die Bildverzerrung beim Rastermikroskop
bei den meisten Objektarten, wie die Erfahrung bei Bildverzerrun-en von Fernselibildern
lehrt, ohne weiteres tragbar.
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Da nicht immer die Periode der Nlagnetfeldänderungen von so großer
Dauer ist wie in dem Beispiel angenommen, wird man jedoch auch beim Rastermikroskop
darauf zu achten haben, diese Störquelle auszuschalten.
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Magnetische Störfelder sind gegeben durch die Streufelder der 5o-Perioden-Stromquellenanlagen
der Mikroskope und durch andere in der -Nähe befindliche elektrische Anlagen. Auch
die magnetische Komponente des Strahlungsfeldes der Sender des Langwellen-, Mittelivellen-
und Kurzwellensysteins kann grundsätzlich als Störungsquelle in Frage kommen. Die
beiden vorgenannten Störungstypen haben relativ hochfrequente Komponenten im Gegensatz
zu der nunmehr zu besprechenden Störungsquelle, die sehr langsame Schwankungen des
Magnetfeldes bedingt. Das Maignetfeld der Erde schwankt periodisch und unperiodisch
um einen Betrag von etwa 1/201a seiner Stärke. Ferner ändert es seine Richtun- bis
zu einem Betrag von 1/4 Bogengrad in unseren Breitengraden. --'%.ucli vagabundierende
Erdströme können zu ähnlichen Schwankungen führen.
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Uni die Größenordnung derjenigen ma-Z> er -en zu bestimmen,
die "netischen Feldstärk bereits eine merkliche Begrenzung des Auflösungsvermögens
bedingen, wurde für Elek-Z> ZD tronenmikroskope und Elektronen-Rasterinikroskope
normaler Bauart eine Berechnung durchgeführt. Dabei ergab sich die Faustregel, daß
das Auflösungsvermögen in Millimetern etwa gleich der Feldstärkeschwankung in Gauß
ist.
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Um nun ein Auflösuner "svermögen von mehr z3
als io-4 mm zu
erzielen, ist erfindungsgemäß der Elektronenstrahlengang durch an sich bekannte,
den Strahlengang, umgebende Abschirmmittel so gegen äußere Felder zu schützen '.
daß die Schwankung- der -Magnetfeldstärke am Ort des elektronenoptischen Strahlenganges
kleiner als 10-4 Gauß während der Dauer der Aufnahme ist.
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Es ist bereits bekannt, den Strahlengang von Braunschen Röhren durch
Abschirmmittel gegen äußere Störfelder zu schützen. Außerdem ist auch schon bekannt,
bei Elektronenmikroskopen den Einfluß des Erdfeldes durch einen in einiger Entfernung
angebrachten hinagnet zu kompensieren. Eine solche t al 1
Kompensierung, des
Erdfeldes reicht aber nicht aus, weil dabei die Erdfeldschwankun-,gen nicht berücksichtigt
werden.
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Bei der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe muß man,
wie weitergehende Untersuchungen gezeigt haben, mit folgenden Feldstärkeschwankungen
rechnen: i. Die Streufelder selbst gut geschirmter und t' ZD im Abstand von einigen
Metern aufgestellter 5o-Perioden-Stromquellenanlageii liegen in der Größenordnung
von bereits io-4 Gauß; 2. das 5o-Perioden-Streufeld von Elektriziitätswerkkabeln,
die in den Straßenzügen verlegt sind, ruft bei Abständen von beispielsweise 5o ni
noch Streufelder der Größe io--4 Gauß hervor; 3. die Schwankung der erdmagnetischen
Feldstärke mit der in äußeren Breiten gerechnet werden kann, beträgt etwa io-`J
Gauß.
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Um die Störungen durch die vorgenannten Felder auszuschalten, soll
in folgender Weise verfahren werden.
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Der feldstärkeempfindliche Teil des elektronenoptischen Strahlenganges
des normalen Elektronenmikroskops und auch des Elektroneil-Rastermil,roskops soll
gegen die hochfrequenten Felder und gegen die langsam schwankenden Felder durch
an sich bekannte Weicheisenabschirmungen gegen die äußeren Einflüsse geschützt werden.
Zweckmäßig wird gleich die Wandung des Vakuumgefäßes in den betreffenden Zonen aus
Weicheisenmaterial von einigen Millimetern Wandstärke hergestellt. Wenn, wie beispielsweise
bei einem Rastermikroskop mit magnetischer Rasterablenkung, ein vollständig abschirmendes
Entladungsgefäß nicht zulässig ist, so soll
an dieser Stelle das Entladungsrohr
unterbrochen werden und ein Zwischenstück aus nichtmagnetischem Material eingefügt
werden. Durch umgreifende Flansche und ein außerhalb der Spulen spaltfrei angefügtes
Rohrstück aus Weicheisen ist dann doch für eine vollständige magnetische Schirmung
zu sorgen. Die hochfrequenten Magnetfelder werden durch die vorbeschriebene Abschirmung
vollständig, die 5o-Periodeii-Störfelder für praktische Zwecke ausreichend, die
langsam schwankenden Magnetfelder auf io bis 15 % der Amplitude geschwächt.
Zur weiteren Abschwächung der langsam schwankenden Felder soll ähnlich wie bei dem
Panzergalvanometer durch das Gefäß umgebende, mit einem Luftzwischenraum angebrachte
WeIcheisenschichten oder Schichten aus anderen, hochpermeablen Substanz-en eine
weiterc
Schirmung bewirkt werden. Durch dreifache Abschirmung kwm beispielsweise die Schwankung
des, Erdfeldes auf i0/00 herabgesetzt werden, so daß nunmehr ein Auflösungsvermögen
von JO-6 MM größenordnungsmäßig erreicht wird.
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An die Stelle der zweiten und dritten oder auch nur der dritten Abschirmung
kann zusätzlich zur ersten Abschirmung ein äußeres, durch Heln-iholtzsche Spulen
hergestelltes magnetisches Hilf sfeld treten, dessen Amplitude und möglichst auch
Richtung so verändert werden muß, daß eine genaue Kompensation der Projektion des
magnetischen Vektors auf die Ebene senkrecht zur Achse des Elektronennlikroskops
stattfindet. Da nur die langsamen Schwankungen des Magnetfeldes durch die erste
Abschirmung hindurchgreifen, genügt es, wenn dieses Kompensationsfeld auch nur die
langsamen Komponenten der Erdfeldschwankung nachahmt.
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Man kann daher eines der normalen, trägheitsbehafteten, erdmagnetischen
Meßinstrumente benutzen und nach vorausgegangener Abgleichung von Hand und auf Grund
der laufend abgelesenen Vektorwerte das Kompensationsfeld steuern. Ebenso gut kann
aber auch durch eine Automatik, die bei dem heutigen Stand der Technik wohl nicht
näher beschrieben zu werden braucht, das Kompensationsfeld geregelt werden.
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Die magnetische Abschirmung der Erdfeldeinflüsse mit oder ohne die
zusätzliche Kompensation wird erheblich erleichtert, wenn zweckmäßig die Achse des
Elektronenmikroskops oder die Achse des Elektronen-Raster-Mikroskops parallel zur
Richtung des magnetischen Vektors des Erdfeldes angeordnet wird. Überwiegen andere
Störfelder, so soll es die Bauart der Elektronenmikroskope gestatten, die elektronenoptische
Achse jeweils so zu richten oder zu neigen, daß sie parallel zur Vektorrichtung
des am stärksten störenden Schwankungsfeldes liegt.