DE848099C - Einrichtung zum Analysieren von Elektronen verschiedener Geschwindigkeit - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Analysieren von Elektronen verschiedener Geschwindigkeit

  1)ie 1i()11(- ()ualität mit 1-lilfe eines l'.lektronen-

  inikriskops hergestellter Bilder wurde ldsher nur

  dadurch ermöglicht, daß man sich int Gegensatz zu

  tkm ixt cler Lichtmikroskopie LTI>lichen streng auf

  achsetniahe Strahlen Aschrä nkte. Damit sich der

  ()ffnungsfchler nicht auszuwirken vermag, dürfen

  sich dir l:lektr(»ien hei den derzeitigen hlektronen-

  itl@jektivei@ stur wenige l lundertstelmillinleter von

  der optischen Achse entfernen, (L 11. die dingseitige

  Üffnung darf nicht mehr als io-= betragen.- Etwas

  größere, achsenfc-i-ilei-e Bereiche \\-erden dagegen bei

  den elcktroilenoptischen I'rojektiven benutzt, bei

  denen sich infolge der l'arallelitä t der Strahlen, die

  bildseitige Apertur de, Objektivs beträgt nämlich

  etwa 1o-1, nur der Verzeichnungsfehler auswirkt.

  Ilei der uiliitiltrrtgsgc-m;ißett Einrichtung wird der

  l.lcl<tronenstrahl iin Gegensatz ztt <lern ltisher in

  der lilektronenmiknrkopie Gebräuchlichen in (hu

  Außenzone eitler Elektronenlinse eingeschossen.

  Zur Hrleichwrtmg des Orstänchtisses der Wir-

  ktltlgswCise einer solchen l"itlriclltttttg seien clie

  dabei auftretenden Vorgänge 2111 Hand. der I# ig. r

  erläutert: Hin sehr feiner, streng numuwhroma-

  tischer und exakt parallel zur optischen --1,cltse ver-

  laufender Teststrahl wird von der Mitte zum I?lek-

  tn>denrand I>arallel zu sich selbst verschoben.

  F ig. i zeigt die Bahnen des Elektronenstrahles

  für vier verschiedene abstände r von der optischen

  Achse cler Linse. I:in Teststrahl. der exakt nlit der

  optischen Achse zusainntenfä 11t, wird durch die

  Linse nicht abgelenkt. Er trifft vielmehr in der

  \-ei-Iiüigei-ttng der optischen Achse auf den Leuclit-

  schirm. Durch Parallelverschieben des in die Linse

  eingeschlossenen Strahles, Beispielsweise in die

  Stellung 1. wird auf dem Leuchtschirm eine Alt-

  lenkung #) im gegenläutigen Sinn hervorgerufen.

  Der Strahl i schneidet die optische Achse einmal.

  Vergrößert man den Abstand r von der optischen

  .ochse weiter, so nimmt di.e Altlenkung zunächst

  weiter zu, hei noch größer werdendem Abstand r

  jedoch wieder alt. Es ergibt sich beispielsweise für

  die Stellung 2 der in Fig. t mit 2 bezeichnete

  Strahlverlauf, für den die :luslenktmg Et auf dem

  I_etrclitscltirm kleiner ist als beispielsweise für den

  Strahl i. Wenn man den Altstand r noch weiter ver-

  größert, so gelangt man schließlich ztt einer

  Stellung, in der der Iflektronenstrahl den L.eucht-

  schirrn wieder genau iin Durchstoßpunlrt der olt-

  thdteti Achse trifft. Vergrößert man den Abstand r

  über diesen Wert hinaus, so schneidet der Elek-

  tronenstrahl, der nunmehr nach der entgegen-

  gesetzten Seite hin aasgelenkt wird, die optische

  Achse zweimal, wie dies heisltielsweise für die

  Stellung 3 durch den Sold 3 in Fig. i angedeutet

  ist. Auch diese Aaslenkung erreicht bei fort-

  schreitender Vergrößerung des Achsenalstandes r

  einen Maximalwert, d. lt. für noch größere Achsen-

  altstä nde r erhält man wieder kleinere Aus

  ienkungen () auf dem Leuchtschirm, so Beispiels- l

  weise für die Stellung d den Strähl 4. Fährt man in

  diesem Sinn fort, so trifft bei einer bestimmten

  Stellung der Elektronenstrahl erneut im zentralen

  Durchstoßpunkt der optischen Achse auf den Leucht-

  schirm auf. Der Elektronenstrahl bewegt sich bei j

  noch weiterer Vergrößerung des Abstandes r nun- j

  mehr nach der entgegengesetzten Seite über den j

  Durchstoßpunkt hinaus.

  Die für die verschie(lenen Achsenabstände r sielt

  ergehenden Aaslenkungen `t sind auf der rechtest

  Seite der Uig. i schematisch wiedergegeiten. Wie

  man sieht, lr",si(lelt der llektn»tenstralh auf (Im

  Leuchtschirm mit wachsendem Achsenabstand r hin

  arid her, und dabei konvergieren die für eine solche

  Schwingung notwendigen Schritte in Richtung der

  y-Achse in den äußeren Zotten der Linse sehr

  schnell nach Null. Bei noch weiterer :\1n äheruli<@

  des eingeschossenen Elektroncnstraliles an den (li#e

  Linse begrenzenden Rand der Elektrode tritt

  schliel3lich eine Spiegelung des Elektronenstrahles

  stach rückwärts ein. Die Luise wird also bei dem in

  der Uigur als Sperrgrenze r - r. bezeidmeten

  Achsenaltstand des eingeschossenen

  zum Elektrotlenspiegel.

  \-ersuche halten gezeigt, daß der Auftmgpmtkt

  fies Elektronenstrahles auf den Leuchtschirm ist

  gleicher Weise hin und her pendelt, wenn bei fest-

  gehaltener Strahlspannung und festem von Null

  N-erschiedenem Achsenabstand r des eingeschossenen

  Strahles (las l?lektrodenpotential in der Linse stetig

  verändert wird.

  Schießt matt eistest kreisrund ausgeblendeter),

  »iügliclist inonochroniatischen I?lel:trstnenstralil von

  etwa Wo mm Durchmesser in eine 1_inse und wählt

  dalwi (las I_insenltotential derart, daß schon die

  achsennahen Strahlen etwa wie der Strahl 3 in

  Fig. i ;Waben, so erhält man für kleine Werte

  des Aclisenaltstati(les r eilt vcrgrö l.iertes Schatten-

  ! hild der Blende, nämlich eitre kreisrunde Scheibe.

  " Mit wachsendem Altstand r v(rn der optischen Achse

  j entsteht auf <lern Leuchtschirm eitre immer läng-

  lichere, ellipsenähnliche Figur. bi', schließlich die

  I?lektronen (1e1 vor<lercn l@an<lcs der endlich aus-

  gedehnten Blende die maximale Ausletfkung er-

  reichen und bei weiterem \-erschicltcn des I?lek-

  tronenstraldes in achseufernere Zonen der Rücklauf

  des Bildes dieses ()ltjektteils heginlt. Schließlich

  erhält man eine Figur, die eitre dünne Spitze auf-

  weist, die ganz mtgcw@il;tllicli ctiil)findlich geg-#ni

  kleinste radiale \-erschichtnigen des Elektronen-

  strahles ist. Radiale \-crschiel»tlgen tun i;tooo intn

  führen zu einer erheblichen \'erä nderung des bis

  zur Unkenntlichkeit verzerrtest Bildes (ler kreis-

  runden Blende. Auch hei kleinsten Potential-

  änderungen der Mittelelektrode (Ir Linse sind

  solche Veränderungen festzustellen. Bei eitler

  Strahlspannung von =5 k\' führen IhnsWal-

  \ -er, ändel -migen (Ir \littcleldctr<t(lc der Linse tttit

  beispielsweise l.5 \, Zu ungcv,öhlliclt auffä lligell

  Formveränderungen des verzerrten Blcldenltildes.

  Eine solche kleine Zusatzspannung genügt lteispiels-

  weise, um die: crwähtltc Spitze des Bildes um

  tneltrere Zentimeter zu vergi-iißerit bzw. zu ver-

  kleinern.

  Die gleiche 1?rscltcinung wird auch lteoltachtet.

  wenn statt der Linsenspanwtng die Strahlspannun,g

  geändert wird. Bei einer Strah1slrumung von 25 kV

  und festgehalterter I_iasenslrtttnung genügt bereits

  eine Änderung (ler Strahlspanmmg uni etwa t V.

  um derart krasse \er<in(lcruttgcrt des verzerrten

  Blendenbildcs hervorzurufen. Das 11)t eitlen) Strahl

  von Elektronett, die citiett licsclttvincli`lceitsverlust

  voti i e\T erlittest hah,ele erzeugte Bild tniterscheidet

  sich daher selbst bei einer Strahl-eschwindigkeitvon

  etwa 2j lt\r in anffülliger Weise voll denn Bild, (las

  mit einem Strahl von 1?lci.:tr<»tcit erzielt wttr(le. die

  keinen solchen (@csdiwitt(ligl.:eitsverlttst erlitten

  haben. Diese 1?rsclicinunt; wird hei der erhiidungs-

  g enu iii.icii P, inrichtung z11111 Analysieren N-on I.lelc-

  trodett verschiedener Geschwindigkeit ausgenutzt.

  Bei ilit- sind Mittel v(trgcseliett. durch die die 1?Ich-

  tronen als feiner Strahl ist die Außenzone einci-

  Elektrolienlinse ciligeschossein und stach (lese Durch-

  laufen der Linse aufgefangen wer(leti. Diu^ Lage

  der Auftreffpunkte der- Elektronen auf der Auf-

  fatigvori-iclituiig, ltcisl»elsweise eitlem I.eticltt-

  schirm, hängt dann ist (ler gcschil(lerten \\-eise vors

  fier Geschwindigkeit (ler hetregettdett j?lektronen alt.

  Uni mit der erfndungsgemsißett Einrichtung eist

  den mit Prismen in der Optik cntworfelten Spektren

  ähnliches Bild zu erlmhetr cmpti,#Nt es sielt, sticht

  wie bei dein zuvor beschriebenen Versuch einte

  Lochblende, sondern einen feilten Spalt als Stralil-

  begrenzungsblende isld an Stelle der rotati(»is-

  symmetrischen Linse eitre zur Spaltrichtung par-

  allele Zylinderlinse zu verwenden, so daß ein niomo-

  chromatischer I?lektr(meststrahl (letz Spalt auf (lein

  Leuchtschirm als feine Linie abbildet. Sehr

  scharfe, den gewohnten Spektren ä lmliche UM-

  crll;ilt 111a11. \\c»11 111,111 slic Sltalt\vcitc 1i111- etwa

  deich ; r( w:1111. Enthäh der Strahl lilektronen

  verschie(Iciier Gescltwindigkeit# so beobachtet man

  ein der (iescltwindi@@l<citsvertcilung entsprechendes

  Sliuhtrut». Di(' VIIIt)t'Indlichkcit ist so groll. (1,11.i

  sclllst t @cscll\\ itt(likcitsvcrluste yon weniger als

  t c\' 1>c1 Str,ltlsll,nnutlge» von über 20 kV bei Ver-

  \\-clt(@utt rill;: gcȟgctl<1 feinen Spaltes noch licoh-

  ,clttet wur(lctt k@itlnctl. I )a (las litiietifi.@rinige Bild

  (ICs @1(;lltc@ sielt bei :111durttn,g der @trahlspattnun`g

  11111 (lull glciclictl I;c'trag yersrhieht wie durch einen

  (@csdt\\ itt(ligkcits@, (rlust. (1e11 die I:lektrotletl des

  Stralllus \m- der 1_111s( crfahretl, ist es in eilifaclistei-

  \\"cisr 111iilicl1. 1)risI)iulsweise (In rch Stil fetIweis^

  :\11(1e1-1111< (lcr @tr,lllsl(,»tnttlg 11111 kleine 1ietrügc,

  z. Il. \ ()t i s) ztt l cl `-, alif ciller photographischcll

  Schicht 11,1!.1l (1.11l Bild des Geschwitldigkeits-

  spel<tr11111s (lcr I.lcktr(muu (iescllwitldigkeits-

  vcr@us@c» @()ii 1o zti ioXentsprechende Eich-

  »lari;ctl zu sut;:e11. \1a11 kaiiii daher finit (1"i- er-

  das (ieschwilidig-

  i:(itssl@(k@r»»1 der 1';lcl.;tr(mc» cill('s Strahles ,;matt

  ,ttallcsscll 1111(i (l;tr;il#cr hinaus, z.13. durch l,'hotcr

  mctricr('11 (1('r ;cllwür-r.ttn@r der ph(>to,graphischell

  Schicht, die sl(cktr,lc l:»crgicyc!-teilung der @aeh-

  tr(llicil (1('s Strahles crmittullt.

  1"i,'. 2 z(#is,t ill <ch;inatischer Darstellung eil:

  .\usfüllrttllsl:cisl@iel dci- I#.itii-ichtung gemäß der

  I':r1i11(lnll@.

  Dur (lllrclt (1i(# ()nulle i C'rZCLlgte

  2 durchsetzt (las ()lijckt 3, von dein durch

  (11c ()1 (1('ktll'llil@e auf duI" lileltlle 5 eilt Bild ellt-

  \v(@rfctl-\\-ir(l. Pi(#se I>leildr weist einen feinen Spalt

  rLUt. (Icr I"lchtr(ntcll in die .\ul,ic»z(mc der Analy-

  s,t(@rliti@c (, ciittrctctl l;ißt. Die @vli»(lcrli»se (i ist

  (lal)ei l(ar;tll('1 zur Nichtung des Spaltes der Strahl-

  1!cgr.ttzull@@;l(@ctt(@c ; abgeordnet. plan kallll auch

  (1c11 f( 111c'» I';ld<tn@llc»,ar,lll mit Hilfe einer zu-

  s:itzlicllcll I,Icktn(1!@tllitlse ei-zuiigcil, die vorztigs-

  \\(#isc cillc katlt@,(lc»suiti@ru Sti-<tlill)cgr(#iizti»gs-

  1(@c!I(@e attf die ()1(jd,:tdtrtlc der :\tt,lys,t(>rlinse ah-

  bildet. 1a ctitl(ildllt sich, die Strahlbegrenzungs-

  blcndc. @@(#:@('1@c11('»f;Lll: ztigluicli niit der zusützlicli@°li

  Linse, ill 1((#z11" auf die Alialvsatorlinse parallel zu

  sielt s('ll(st ycr si llid@l"r ,»-ru(Lrdllen. Es ist ferlici-

  yol-tcilli,f t. Allal\ s,t(,rli»sc und \-orrichttnlgun

  ziiin .\t@sl@lcil(ictl (los- feinen I':lehtr(1»c»str,hlcs aus

  eitlem ,gri@l'@crcll iiiiioliii(,geii(#li Strahl relativ zueiii-

  ander ycrscltidll"r :liiztl()1-(Itiell.

  I@('i (lein d,restclltcll Ausführun<gsheispiel sind

  hinter (1c1- All;:i@ sat(irlin;c z\\-ci abschaltharc Pro-

  7. y(!r@@cscltcll. Die beschriebene Viiii-ich-

  tung, die noch durch eifite Kamera ergänzt sein

  kaini. :tollt s()iiiit eilt I#:I(#ktroncnüllcrmikroskolt finit

  eitlem im lail(lsciti`ell Strahlcn,ga»g angebrachten

  clcktr(lstatisclicll :\tt,lys,t(lr dar. Auf der

  der I\I;L1;17C'Il () kann null eitlen Leuchtschirm

  'tl1ln-iligen. der (lic yistielle Beobachtung des üher_

  inikroskopischctl liil(les hz\\. des voll einem Teil

  (lcsscll(ctl etltw<(rfcltc» clektrolleiloptischen Ge-

  scll\\ 111 (ligkc#itsspuktrt1111s gestattet. 1)1e Klappen o

  <lic».rlt rtl,t;l('icli dazu. (lic auf den] 11111 die Achse 11

  drehbaren 1'lattrnhalter 1 o angebrachten photo-

  graphischen Schichten vor vorzeitiger Einwirkung

  durch die Elektronen zu schützen.

  \ \'enn die erfindungsgemäße Einrichtung zum

  Analysieren der Elektronen verschiedener Ge-

  scli\\-indigkci-, im hildseitigen Strahlengang eines

  Elektronenmikroskops angebracht ist, kann je nach

  (lern @-erwuudun(.;sz\veck die Analysatorlinse vor

  der Allllildtitigsel!c°tle des Elektronenmikroskops

  oder, gcgeli(ne»falls zugleich mit Vorrichtungen

  zum Ausblenden und 1?rzettgen des feinen llek-

  tronenstrahles, zwischen Objektiv und Projektiv

  des l@lcktrone»mikroskops vorgesehen werden.

  Zur I:rliiilititig des :\tifl<isuligsvermf>gens kiinnen

  mehrere Eirichtungen gemäß der Erfindung derart

  hintereinander angeordliet werden, daß sie von den

  zu alialysier enden Klektronen nacheinander durch-

  laufen werden.

  1)1e erlin(ltingsgein<iße Einrichtung läßt sich finit

  Gsteln Erfolg zur I:lenlentanalyse des ini Elek-

  tronenül>erinikroskop mittels eines Elektronen-

  strahles niiigliclist homogener Geschwindigkeit

  (hirchstrahlten Objektes durch Ermittlung der Ge-

  schwindigkc'itsverteiltlng der I?lektronen in der

  Bildebene des Elektroneinnikroskops anwenden.

  Dahei wird jeweils nur die außerordentlich kleine

  Masse von etwa 10-t5 g analysiert, deren Bild voni

  "@nalvsatorsllalt durchgelassen wird.

  Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ferner

  zum Aussortieren von Elektronen gleicher Ge-

  schwindigkeit aus eitlem Elektronen verschiedener

  Geschwindigkeit enthaltenden Strahl dienen.

Claims (1)

1. PATEVTA\SPRCCIIE: t. Einrichtung z11111 Analysieren voll I?lel<- tronen verschiedener Gesch-,vindigkeit, dadurch gekennzeichnet, (1a13 Mittel vorgesehen sind, durch die die 1?lel;trollcu als feiner Strahl in die Atißelizolie einer Elektronenlinse eingeschossen und nach dein Durchlaufen der Linse auf- gefangen \ycrden. 2. Linrichttnig nach Anspruch t, dadurch ge- keniizuicliiiet, daß ein feiner Spalt als Strahl- hegrenzungslllende und eine zur Spaltrichtung parallele lyliii(lerlitise verwendet wird. 3. l:inric htung nach Anspruch 2, dadurch ge- kemizdcllnet, daß der Elektronenstrahl parallel zur optischen Mittelebene der zylindrischen Ilektronenlinse eingeschossen wird. 4. Einrichtung nach Anspruch t oder folgen- (Ieii, cladtirch gekennzeichnet, daß der feine lacktronenstrahl mit Hilfe einer -zusätzlichen Elcktr(nwnlhlse erzeugt wird, die vorzugsweise eine kathodenseitige Strahll>egrenzungsldende auf die Objektehen( der Analvsatorlinse ah- bildet. . I':iiii-ichtun- nach Anspruch i oder folgen- den, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl- lu#,gi-(#tiztiiigsl)leii(le, gegebenenfalls zugleich finit der zusätzlichen Linse, in hezug auf die Analy- satorliiise parallel zu sich selbst verschiebbar angeordnet ist. h. Einrichtung nach Anspruch t oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorlinse und Vorrichtungen zum Ausblenden eines feinen Elektronenstrahles aus einem größeren inliomogenen Strahl relativ zueinander verscliiehbar angeordnet sind. 7. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden zum Analysieren der Elektronen verschiedener Geschwindigkeit im bildseitigen Strahlengang eines Elektroneniibermikroskops, dadurch gekennzeichnet, claß die Analysatorlinse vor der Abbildungsebene des Elektronenübermikroskops angeordnet ist. B. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden zum Analysieren der Elektronen verschiedener Geschwindigkeit im bildseitigen Strahlengang eines Elektronenübermikroskops, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysatorlinse gegebenenfalls zugleich mit den Vorrichtungen zum Ausblenden und Erzeugen' des feinen Elektronenstrahles zwischen Objektiv und Projektiv des Elektronenüberniikroskops vorgesehen ist. y. Anordnung zinn Analysieret von Elektronen verschiedener Geschwindigkeit, dadtircli gekennzeichnet, Ball nielirere 1?inriclitungen nach Anspruch i oder folgenden lnntereinandcr derart angeordnet sind, <laß sie von den zii analysierenden Elektronen durchlaufen werden. i o. Anwendung der Kinriclitung nach Ansprucli i oder folgenden zur 1?lenientanalyse des im Elektronenübermikroskop mittels eines Elektronenstraliles ini>gliclist lioinogener Elektroiiengesehwindigkeit durclistralilten Objektes durch Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen in <lei- Bildebene des Elektronenübermikroskops. i i. Amvendting der l:inriclitung nach Anspruch i oder folgeirden ztini Aussortieren voll Elektronen gleicher Gescli« indigkeit aus einem Elektronen verschiedener Geschwindigkeit entlialtenden Strahl.