DE765083C - Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Um die Störungen durch die vorgenannten Felder auszuschalten, soll in folgender Weise verfahren werden.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE. i. Elektronentnikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Auflösungsvermögens von mehr als io-4 mm der Elektronenstrahlengang durch an sich bekannte, den Strahlengang umgebende Abschirmmittel so gegen äußere Felder geschützt ist, daß die Schwankung der Magnetfeldstärke am Ort des Strahlenganges kleiner als io--4 Gauß ist.
2. 2. Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch Zwischenräume getrennte und sich umschließende magnetische Abschirmungen angeordnet sind. 3. Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Abschirmung gleichzeitig als Wandung des Entladungsgefäßes dient. 4. Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung eines homogenen, jedoch in seiner Stärke und eventuell auch Richtung geänderten Hilfsfeldes zur Kompensation der Schwankung des Magnetfeldes für den feldstärkeempfindlichen Raum des Elektronenmikroskops oder Elektronen-Rastermikroskops. 5. Etektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Bauart des Mikroskops, daß die elektronenoptische Achse zu ve#rändern und genau parallel zum Vektor des jeweils am stärksten störenden äußeren magnetischen Schwankungsfeldes auszurichten ist. 6. Elektronenmikroskop oder Elektronen-Rastermikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen des Gehäuses, an denen zur Beeinflussung der Elektronenstrahlen dienende Magnetspulen angeordnet sind, das gegen Störfelder schützende Abschirmrohr die Magnetspulen unigibt. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 591 943; schweizerische Patentschrift Nr. 176 143; französische Patentschrift Nr. 795 o61; britische Patentschriften Nr. 378 681, 461450; Brüche und Scherzer, Berlin 1934, S.:233; Journal of Scientific Instruments, 1937, S.:21/2-2.