DE767861C

DE767861C - Elektronenoptisches UEbermikroskop

Info

Publication number: DE767861C
Application number: DEL97110D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing Mahl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-02-14
Filing date: 1939-02-14
Publication date: 1954-03-29

Description

Elektronenoptisches Übermikroskop Es sind Elektronenmikroskope bekannt, und zwar solche mit magnetischen und auch solche mit elektrischen Linsen. Bei Elektronenmikroskopen mit magnetischen Linsen ist es bereits gelungen, das Auflösungsvermögen des Lichtmikroskops zu überschreiten. Dagegen sind bisher keine elektrischen Elektronenmikroskope bekanntgeworden, mit denen Auflösungen erzielt worden sind, welche über diejenige des Lichtmikroskops hinausgehen. Dieses hat sogar dazu geführt, daß sich in der Fachwelt ein Vorurteil gebildet hat, daß die Verwirklichung eines elektrischen Elektronenmikroskops mit übermikroskopischem Auflösungsvermögen, also eines elektrischen Übermikroskops, unmöglich sei.
Die Erfindung ermöglicht nun entgegen dem allgemeinen Vorurteil die Verwirklichung eines elektrischen Übermikroskops. Nach der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, daß zur vergrößernden Abbildung des Objekts ausschließlich elektrische Linsen hoher Spannungsfestigkeit dienen, bei denen der Isolationsweg zwischen den aufeinanderfolgenden Linsenelektroden möglichst groß bemessen ist, beispielsweise durch Zwischenfügung von Isolierstoffzylindern, vorzugsweise aus Glas oder Porzellan, und bei denen die beiden Außenelektroden 9, 15 bzw. 17, 22 und die zugehörige Mittelelektrode i i bzw. ig im mittleren, die Blendenlöcher umgebenden teereich, beispielsweise durch Anbringung von rohrförmigen Ansätzen B. 14 bzw. 16, 21, einander genähert sind.
Die Erfindung sei an Hand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. i -zeigt zunächst ein elektrisches Elektronenmikroskop, dessen Achse vertikal steht. Von oben anfangend befindet sich in einem Isolierzylinder i eine Spitzenkathode 2, die von einem Wehneltzylinder 3 umgeben ist. Davor befindet sich der Anodenzylinder :1 ., der mit einer Blende 5 abgeschlossen ist, die gleichzeitig als Abschluß des Zylinders i und des folgenden Metallzylinders 6 dient. Zwischen dem Metallzylinder 6 und der Blende 5 befindet sich eine hier nicht gezeichnete Gummidichtung, die es gestattet, den bisher beschriebenen oberen Teil von dem unteren Teil zu lösen und beispielsweise die Kathode auszuwechseln. An dem Zylinder 6, welcher in noch näher zu beschreibender Weise den zylindrischen Ansatz 8 mit der Elektrodenlilende g trägt, schließt sich der Isolierzylinder io an, der durch die Elektrode ii abgeschlossen ist. Diese liegt ihrerseits auf einem Isolierzylinder 12, an den sich ein MetaIIzrlinder 13 anschließt, der in ähnlicher Weise wie der bereits beschriebene Zylinder 6 einen rohrförmigen Ansatz 1:I mit einer ihrer Kleinheit wegen nicht erkennbaren Blendenöffnung i 5 trägt. Außer dieser Elektrode ist an dem Zylinder 13 noch ein Ansatz 16 angebracht. der mit einer Blendenöfnung 17 versehen ist. An den Zylinder 13 schließt sich der den Ansatz 16 umgebende Isolierzylinder 18 an. der wiederum von einer Elektrode ig abgeschlossen ist, die auf einem weiteren Isolierzylinder 20 sitzt. Am Rande des Zylinders 2o ist ein rohrförmiger Ansatz 2i mit einer Blende 2 2 befestigt. Die ganze bisher beschriebene Anordnung ruht auf einem Metallzylinder 23, der beispielsweise von einer mit einer Leuchtmasse versehenen Platte 24 abgeschlossen ist. Statt dessen können natürlich auch Vorrichtungen zur photographischen Aufnahme des in der Ebene von 2.I entstehenden Elektronenbildes vorgesehen sein, inbesondere zur Aufnahme im Vakuum (Kontaktpliotograpliie). Mittels eines rohrförmigen Ansatzes 25, der von einem planen Fenster oder aber einer Lupe abgeschlossen sein kann. ist die unmittelbare Beobachtung des Leuchtschirmbildes möglich. Die beim Betrieb des 'Mikroskops erforderlichen Spannungen sind. wenn der Kürze halber die Kathodenspannung mit Null, die Spannung der Anode 4 mit Hochspannung bezeichnet wird. einfach die folgenden: Die Blende g, die gleichzeitig als Objektträger dient, liegt auf Hochspannung, so daß die Elektronen das Objekt mit der für ein hohes Auflösungsvermögen erforderlichen hohen Geschwindigkeit durchdringen. Zusammen mit der Blende i i und der Blende 15 stellt die Blende g eine Einzellinse dar, d. h. 15 liegt ebenso wie 9 an Hochspannung, während ii auf 1u11 liegt. Da die Eingangsöffnung der Einzellinse durch das Objekt abgeschlossen ist. wirkt sie natürlich nicht so wie die bekannte Einzellinse, sondern stellt in Wirklichkeit eine Immersionslinse mit anfänglich verzögerndem Feld dar. Auf gleichem Potential wie die letzte Elektrode 15 dieser ersten Einzellinse liegen die erste (17) und die letzte Elektrode (22) der nun folgenden Einzellinse. deren 'Mittelelektrode ig wiederum auf Null liegt. Man erkennt, daß das beschriebene Elektronenmikroskop einen außerordentlich einfachen Betrieb zuläßt, da praktisch, abgesehen von der Spannung des Wehneltzylinders. nur zwei Spannungen erforderlich sind und daher ein Spannungsteiler vermieden werden kann. Gegebenenfalls kann man die mit Null bezeichneten Spannungen der Blenden ii und i9 durch kleine Zusatzspannungen korrigieren.
Besondere Aufmerksamkeit muß beim Elektronenmikroskop der Möglichkeit einer Justierung der Linsen gewidmet werden. Eine derartige justierungsmöglichkeit muß überdies für den Objektträger vorgesehen sein. wenn man verschiedene Bereiche des Gegen-,;taiids einstellen will. Zu diesem Zweck ist der Ansatz S der Blende g an seinem oberen Ende mit einem Teller 26 versehen, entsprechend der Ansatz 14. an seinem unteren Ende mit einem Teller 27 (man vergleiche auch die Fig. 2, in der dieser Teil des :Mikroskops noch einmal in Ansicht dargestellt ist). Die Teller 26 und 27 sind nun mit den Zylindern 6 und 13, welche einen Teil der Gefäßwand bilden, nicht starr verbunden, sondern ihnen gegenüber verschiebbar oder kippbar angeordnet. Sie lagern auf zwei oder mehreren gegeneinander versetzten Keilen oder Scheiben, von denen die ersteren verschiebbar, die letzteren exzentrisch drehbar sind. Für den Teller 26 sind nach den Figuren zwei Schrauben 28, für den Teller 27 zwei Schrauben 29 vorgesehen. die natürlich nicht. wie es die Fig. i schematisch zeigt, einander gegenüberstehen, sondern um irgendeinen anderen Winkel gegeneinander versetzt sind. Nach Fig. 2 und 3 sind die Schrauben um go° gegeneinander versetzt. während ihnen gegenüber in der Winkelhalbierenden ein Block 34 angebracht ist, der auf einer Scheibe 35 ruht. Beim Drehen der Schrauben 29 wird durch die exzentrischen Scheiben 33 der Teller 27 mehr oder weniger gekippt und damit eine Justierung der Blende -15 vorgenommen. Ähnliches gilt von der Justierung des Tellers 26. Es kann unter Umständen erwünscht sein, wenn nämlich das Gewicht der Elektroden nicht groß genug ist, um eine völlig sichere Lagerung zu bewirken, noch besondere Federn 30 (Fig. i) vorzusehen, welche die Teller auf "die Unterlage drücken.
Den Fig.2 und 3 entnimmt man, daß sowohl die Elektroden als auch Hilfskörper, wie die Scheibe 35, mit Löchern versehen sind (vgl. auch die Löcher 32 in Fig. i). Es wird dadurch ermöglicht, das Entladungsgefäß in hinreichendem Maße zu evakuieren, was allein durch die kleinen Öffnungen der Blenden nicht angängig wäre.
Nach Fig, i ist die Blende 17 auf der den ankommenden Elektronen zugewendeten Seite mit einer Leuchtschicht 31 versehen. Es ist auf diese Weise möglich, den durch die zweite Linse (17, i9, 22) herzustellenden Bildausschnitt vorher einzustellen.
Die zur Einstellung der Elektroden dienenden Schrauben oder Keile können in der üblichen Weise ausgebildet sein. Es ist möglich, statt der Schrauben auch Schliffe zu verwenden; auch können die Schrauben oder Keile in an sich bekannter Weise für Präzisionseinstellungen geeignet sein. Es versteht sich von selbst, daß man bei den Elektroden alle die an sich bekannten Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung von Überschlägen anwenden, also insbesondere scharfe Kanten oder Spitzen vermeiden wird. Die Verbindung der isolierenden Gefäßteile mit den metallischen Gefäßteilen kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Während die Verwendung von Glas als Isolierstoff den Vorteil bietet, daß alle Teile des Gefäßes jederzeit von außen sichtbar sind, hat die Verwendung von Porzellan andere Vorteile her stellungs- und vakuumtechnischer Natur. Natürlich können auch andere Isolierstoffe, insbesondere die keramischen Kunststoffe, verwendet werden. Man erkennt, daß die Verwendung von rohrförmigen Ansätzen für die Elektroden den Vorteil-hat, daß die Isolationswege zwischen den gegenseitig an Hochspannung liegenden Elektroden wesentlich vergrößert werden. So liegt zwischen den an sich benachbarten Elektroden 9 und i i infolge des Zylinders 8 der Isolierzylinder io, der einen beträchtlichen Isolationsweg darstellt (die Zeichnungen stellen maßstabgetreue Wiedergaben eines Ausführungsbeispiels dar).

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektronenoptisches Übermikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß zur vergrößernden Abbildung des Objekts ausschließlich elektrische Linsen hoher Spannungsfestigkeit dienen, bei denen der Isolätionsweg zwischen den aufeinanderfolgenden Linsenelektroden möglichst groß bemessen ist, beispielsweise durch Zwischenfügung von Isolierstoffzylindern, vorzugsweise aus Glas oder Porzellan, und bei denen die beiden Außenelektroden (9, 15 bzw. 17, 22) und die zugehörige Mittelelektrode (i i bzw. 19) im mittleren, die Blendenlöcher -umgebenden Bereich, beispielsweise durch Anbringung von rohrförmigen Ansätzen (8, 14 bzw. 16, -21), einander genähert sind.
2. Elektronenoptisches Übermikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Elektroden zum Zweck der Justierung von außen einzustellen sind.
3. Elektronenoptisches Übermikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit vertikal stehender Achse zu betreibenden Rohr eine oder mehrere der mit rohrförmigen Ansätzen gehalterten Elektroden an verschiebbaren oder kippbaren Tellern (26, 27) angebracht sind, die ihrerseits von zwischen den Isolierzylindern angebrachten Haltern getragen werden.
4. Elektronenoptisches Übermikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller mittels gegeneinander versetzter exzentrisch drehbarer Scheiben kippbar sind.
5. Elektronenoptisches Übermikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teller mittels gegeneinander versetzter verschiebbarer Keile kippbar sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Österreichische Patentschrift Nr. 137 611; Physikalische Zeitschrift. 34. Jahrg., 1933 S. 671/672; Archiv für Elektrotechnik, Bd.28, 1934, S. i bis B.