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Zur Objektuntersuchung dienender Korpuskularstrahlapparat Bei der
Durchflutung mit Strom bildet sich an (lern einen Spaltrand einer mit Eisen gekapselten
Linsenspule ein magnetischer Nordpol und an dem anderen ein magnetischer Südpol
aus. Wenn man solche gekapselten Spulen mit rotationssymmetrischen Polschuhen versieht,
die der Strahl nacheinander durchsetzt, so erhält man in üblicher Weise magnetische
Polschuhlinsen, die beispielsweise in Elektronenmikroskopen als Abbildungslinsen
zur Anwendung kommen. In ähnlicher Weise werden bei Anwendung von elektrostatischen
Linsen rotationssymmetrische, auf verschiedenem Potential befindliche Blenden als
Linsen angewendet, mit denen strahlsyrncnetrische Felder erzeugt werden. Die Erfindung;
hetrifft solche zur Objektuntersuchung dienende Korpuskularstrahlapparate, bei denen
im Strahlengang hinter dem Objekt zur Objektabbildung dienende Elektronenlinsen
angeordnet sind, mit denen strahlsymmetrische Felder erzeugt werden, und zielt darauf
ab, das Anwendungsgebiet derartiger Apparate nach verschiedenen Richtungen hin zu
erweitern. Erfindungsgemäß sind die Linsen wahlweise durch Ablenksysteme ersetzbar,
die ein zur Strahlachse senkrechtes oberes Feld erzeugen. In einem solchen Feld
wird der Strahl in bekannter Weise seitlich abgelenkt, und man hat nun beispielsweise
die Möglichkeit, bei Anwendung solcher Ablenksysteme an Stelle des Objektivs ein
Elektronenmikroskop als Elektronenspektograph zu betreiben. Eine andere Ausführungsmöglichkeit
der Erfindung besteht z. B. darin, daß man den magnetischen Kondensor des Elektronenmikroskops
dazu benutzt, magnetische Ablenksysteme zu erregen, die zunächst eine Auslenkung
des Strahls aus der optischen Achse und .anschließend daran eine Umbiegung des Strahls
wieder
zur optischen Achse hin erzeugen, so daß der Strahl an der Objektstelle unter einem
kleinen Winkel das Objekt trifft, und man diese Ablenksysteme dazu benutzen kann,
in der üblichen Weise Oberflächenabbildungen von Objekten zu machen.
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Die Erfindung kann man sowohl bei elektrostatischen als auch bei magnetischen
Elektronenlinsen anwenden. Im ersten Falle wird man die Anordnung so wählen, daß
die die Linsen bildenden Elektroden wahlweise durch Ablenkplatten ersetzt werden
können. Die erforderliche Ablenkspannung kann man dabei derselben Spannungsquelle
entnehmen, an der sonst die Linsenelektroden liegen. Wenn es sich um magnetische
Polschuhlinsen handelt, wird man die Erfindung so ausgestalten, daß das rotationssymmetrische
Polschuhsystem der Linse durch zwei je einem Magnetpol zugeordnete ebene lappenförmige
Polschuhe ersetzbar ist, zwischen denen der Strahl verläuft. Auch in diesem Falle
wird somit dasselbe Magnetsystem, welches vorher zur Erregung der Elektronenlinse
diente, nun dazu benutzt, die magnetischen Ablenksysteme zu erregen. Wenn man ein
magnetisches Elektronenmikroskop wahlweise als Elektronenspektrograph betreiblar
einrichten will, kann man gemäß der weiteren Erfindung eine solche Form der Polschuhlappen,
welche die Objektivpolschuhe ersetzen, wählen, daß in dem zwischen ihnen gebildeten
engen Spalt der Elektronenstrahl zunächst zu einem Dreiviertelkreis aufgerollt wird,
daß er dann eine Strecke quer zur urspünglichen Richtung verläuft, und schließlich
noch einmal um einen Viertelkreis umgelenkt wird. Durch die Regelung des Objektivspulenstroms
und Justierung des Kondensors kann man dabei das entstehende Spektrum über die Öffnung
des Zwischenbildschirmes lenken und durch die Projektivlinse in der Endb ldebene
vergrößert abbilden. Es ist auch möglich, zur seitlichen Strahlablenkung dienende
Polschuhe anzubringen, die den Strahl um einen rechten Winkel nach Austritt aus
der Spule umbiegen. In diesem Falle wählt man Ablenkpolschuhe, die sich aus der
Spule heraus in dem Raum hinter der Spule erstrecken.
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Will man ein beispielsweise mit einem Doppelkondensor ausgerüstetes
Elektronenmikroskop so einrichten, daß man mit ihm wahlweise an Stelle der Durchstrahlungsbilder
auch Oberflächenbilder nach dem an sich bekannten Rückstrahlungsverfahren machen
kann, so wird man gemäß der weiteren Erfindung im Magnetkreis des vor dem Objekt
liegenden Kondensors hintereinander zwei je einen senkrechten, vom Strahl durchsetzten
Spalt bildende Polschuhsysteme anordnen, von denen das eine den Strahl aus der Achsrichtung
auslenkt und das andere ihn wieder zurückbiegt, so daß er die Achse an der Objektstelle
unter einem kleinen Winkel von z. B. 8° schneidet.
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Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus den
im folgenden behandelten Ausführungsbeispielen. In Fig. 1 ist zunächst schematisch
ein zweistuüges, mit elektromagnetischen Linsen arbeitendes Elektronenmikroskop
dargestellt, das nach der Erfindung so eingerichtet sein soll, daß man es wahlweise
auch als Elektronenspektrograph oder als Rückstrahlungsmikroskop für Oberflächenuntersuchungen
einrichten kann. Der Strahl-
erzeuger des Mikroskops besteht aus der Kathode
i dem Wehneltzylinder 2 und der .Anode 3. Zur guten Strahlkonzentration ist in diesem
Falle ein Doppelkondensor 4 vorgesehen, der sich zusammensetzt aus einem langbrennweitigen
ersten Kondensor 5 und einem kurzbrennweitigen zweiten Kondensor 6. Die kürzere
Brennweite des zweiten Kondensors ist dadurch erreicht, daß in die Spulenkapsel
hinein in an sich bekannter Weise ein Polschuhsystem 7 einsetzbar ist. Hinter diesem
zweiten Kondensor liegt das zur Durchstrahlung bestimmte Objekt B. Es befindet sich
unmittelbar vor dem wirksamen Linsenbereich der Objektivspule 9, die zur Erzielung
einer kurzen Brennweite ebenfalls finit einem Polschulieinsatzsystem io versehen
ist. Vom Objektiv 9 wird in der Zwischenbildebene i i das erste reelle Bild des
Objekts erzeugt, das seinerseits durch das Projektiv 12 weitervergrößert wird. Auch
dieser zweiten Linse ist ein Polschuheinsatzkörper 13 zugeordnet. Das Projektiv
erzeugt in der Endbildebene 14 ein hoch vergrößertes Bild des Objektes. Bei Elektronenlinsen
der in der Fig. i dargestellten Art, für die also eine eisengekapselte Spule wesentlich
ist, ergibt sich an den einander gegenüberstehenden Teilen der Innenkapsel jeweils
ein Nordpol W und ein Südpol S. Mit diesen Polen stehen die Polschuhe der in die
Spulenkapselung einsetzbaren Systeme 7, 10, 13 unmittelbar in Berührung.
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Um das in Fig. i dargestellte Elektronenmikroskop als Elektronenspektograpli
zu verwenden, wird das Polschuhsystem io des Objektivs durch einen Prismaeinsatz
ersetzt, wie er in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Das Objekt selbst bleibt bei Anwendung
des Prismaeinsatzes an seinem gewöhnlichen Platz, und die Aufgabe des neuen Gerätes
soll es dann sein, die Geschwindigkeitsverluste im Objekt mittels Spektrographie
zu bestimmen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird in eiern Spalt von etwa i mm
Weite der vom Straiilerzeuger herkommende Elektronenstrahl 21 zunächst zu einem
Dreiviertelkreis 22 aufgerollt, verläuft dann bei 23 eine Strecke quer zur ursprünglichen
Richtung und beschreibt schließlich nochmals bei 24 einen Viertelkreis, wobei er
chromatisch aufgespaltet wird. Die Dispersion dieser Anordnung ist doppelt so groß
wie bei einfacher Ablenkung um einen rechten Winkel. Durch Regelung des Objektivspulenstromes
und Justierung des Kondensors kann man das entstehende Spektrum über die Öffnung
des Zwischenbildschirmes lenken und von der Projektivlinse in der Endbildebene 14
vergrößert abbilden. In Fig. 3 ist die konstruktive Ausbildung des Prismaeinsatzes,
der in diesem Falle an Stelle des Objektivpolschuhsystems io zur Anwendung kommt,
im Grundriß und drei Längsschnitten dargestellt. Wesentlich für diesen Prismaeinsatz
sind zwei je einem Magnetpol zugeordnete lappenförmige Polschuhe 31, 32, zwischen
denen der Strahl verläuft.
Es ist auch möglich, Polschuhe anzubringen,
die den Strahl nach Austritt aus der Spulenkapsel um einen rechten Winkel umbiegen.
In diesem Falle erstrecken sich die lappenförmigen ebenen Polschuhe aus dem Bereich
der Spulenkapselung heraus. Wenn man als zweite Kondensorlinse ebenfalls eine Linse
hoher Brechkraft anordnet, so kann man mit dieser ein Schattenbild des Objekts bei
undurchflutetem Prisma erzielen und somit ein Übersichtsbild des Objektes erhalten.
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Das in Fig. i dargestellte Durchstrahlungsmikroskop läßt sich bei
Anwendung der Erfindung auch so umbauen, daß man damit Oberflächenaufnahmen von
Objekten nach dem an sich bekannten Rückstrahlungsverfahren machen kann. Zu diesem
Zweck wird das Polschuhsystem7 des zweiten Kondensors durch eine doppelt umlenkende
Anordnung ersetzt, wie sie in Fig.4 und 5 schematisch angedeutet ist. Für diese
doppelt wirkende Ablenkanordnung ist es wesentlich, daß der Strahl 41 durch ein
erstes Polschuhsystem 42, 43, das aus ebenen Polschuhen besteht, aus der Achsrichtung
ausgelenkt wird, während ein zweites Polschuhsystem 44, 45 dazu dient, den Strahl
wieder derartig zurückzubiegen daß er die optische Achse 46 an der Stelle des Objekts
47 unter einem kleinen Winkel y von z. B. 8° schneidet. Der Schnittpunkt ist bei
kleinen Winkeln vom Winkel unabhängig, so daß man also durch Regelung der Durchflutung
der (lern Polschuheinsatz zugeordneten Spule den Auftreffwinkel des Strahls regeln
kann. Die Flüsse für die erforderliche Ablenkung des Strahls sind so klein, daß
schwache Eisenquerschnitte zur Lenkung des Feldes genügen. In Fig. 5 ist das Polschuhsystem,
welches an die Stelle des normalen Kondensorpolschuhsystems 7 für die Zwecke der
Rückstrahlungsmikroskopie eingesetzt wird, im Grundriß und zwei charakteristischenLängsschnitten
dargestellt, so daß man die in diesem Falle erforderliche Formgebung der den Ablenkspalt
begrenzenden ebenen Polschuhlappen erkennen kann.
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Ein Umlenkung der zuletzt beschriebenen Art kann auch zur Aufnahme
von Stereobildern dienen, zumal es möglich ist, durch Umkehrung des Stromes die
Strahlrichtung zu kommutieren. Man kann die beschriebene Anordnung ferner auch für
Fälle henutzen, in denen man durch Strahlneigung den Auftreffort einer Sonde regeln
will.