DE855287C

DE855287C - Linsen und Linsensysteme fuer elektronenoptische Abbildung

Info

Publication number: DE855287C
Application number: DEP13564A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Phil Scherzer
Original assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Current assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-11-10

Description

Linsen und Linsensysteme für elektronenoptische Abbildung Es ist bekannt, daB sich die heute üblichen elektrischen und magnetischen Elektronenlinsen weder sphärisch noch chromatisch korrigieren lassen, solange die angewandten Felder raumladungsfrei und zeitlich konstant sind. Durch diesen Umstand werden die Leuchtfleckschärfe der Braunschen Röhren, die Bildschärfe der Fernsehröhren und das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops erheblich beeinträchtigt. Zur Beseitigung dieses MiB-standes sind bisher nur zwei Wege in Betracht gezogenworden: dieAnhäufung korrigierenderRaumladungen im Strahlengang der Elektronen und die rasche zeitliche Änderung der abbildenden Felder. Beide Wege führen auf erhebliche technische Schwierigkeiten. Die Ansammlung von Raumladungen erfordert zusätzliche Elektronenquellen und zusätzliche konzentrierende Felder und beeinträchtigt überdies den Strahlengang durch die innere Struktur und die Instabilität der Ladungswolke. Die Korrektur durch zeitlich veränderliche Felder verlangt Frequenzen über iooo MHz, die sich nur schwer mit der erforderlichen Stärke und Stabilität herstellen lassen.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur sphärischen und chromatischen Korrektur der Elektronenlinsen weder Raumladungen noch zeitlich veränderliche Felder erforderlich sind, sondern daB es genügt, beim Bau der Linsen in geeigneter Weise von der bisher für die elektronenoptische Abbildung als unerläBlich betrachteten Rotationssymmetrie abzugehen. Denken wir uns beispielsweise, wie in Fig. i angedeutet, eine elektronenoptische Abbildung durch nichtrotationssymmetrische Felder in der Weise vorgenommen, daß @dasZwischenbild einen Astigmatismus erster Ordnung aufweist, so treten statt der bei rotationssymmetrischen Feldern üblichen Zwischenbildebene zwei Teilbildebenen auf, deren eine die waagerechte, die andere die senkrechte Bildlinie enthält. Wird der Strahlengang in der unmittelbaren Nachbarschaft einer solchen Bildlinie durch ein zusätzliches Feld beeinflußt, so kommt nur der Teil des Feldes zur Wirkung, der in der durch die optische Achse und die Bildlinie ausgespannten Ebene gelegen ist, weil ja neben der Bildlinie keine aus der O,bjektivmitte kommenden Elektronen vorhanden sind. Soll das zusätzliche Feld die Abbildungsfehler beseitigen, so brauchte also bei seiner Gestaltung nur auf den in der genannten Ebene liegenden Teil des Feldes Rücksicht genommen zu werden. Unter diesen vereinfachten Umständen ist sowohl die Beseitigung der sphärischen als auch der chromatischen Aberration wie auch beider gemeinsam möglich.
Betrachten wir beispielsweise das auf die Kathode als Nullpunkt bezogene Potential Es beschreibt in der Nähe der optischen Achse ein ladungsfreies statisches Feld, das bei hinreichend großem bin der xz-Ebene so stark chromatisch überkorrigiert ist, daß es den chromatischen Fehler ,der übrigen Teile des Mikroskops für diese Ebene aufhebt. Wird ein solches Feld in der Umgebung der waagerechten Bildlinie von Fig. i angeordnet und ein um 9o0 gedrehtes entsprechendes Feld in der Umgebung der senkrechten Bildlinie, so ist damit der chromatische Fehler in den beiden in Fig. i gezeichneten Hauptschnitten beseitigt. Wegen der Linearität (der Bahngleichungen für achsennahe Elektronen ist damit die Korrektion auch für alle übrigen von der Objektmitte und ihrer Nachbarschaft ausgehenden Bahnen gesichert.
In ganz entsprechender Weise läßt sich die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Vergrößerung und die sphärische Aberration der Strahlen durch Eingriffe in der Nähe der Teilbildebenen beseitigen. Die dazu erforderlichen unrunden, also nicht rotationssymmetrischen Felder lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten durch Elektroden der in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Art erzeugen.
Das Objekt, das das astigmatische Bild entwirft, kann entweder eine einzelne astigmatische Linse sein oder aus zwei räumlich getrennten Zylinderlinsen mit zueinander senkrechten Zylindermantellinien bestehen. Dasselbe gilt für das Projektiv, das die beiden Teilbilder zum astigmatischen Bild vereinigt, und für etwa vorhandene Zwischensysteme, die etwaige weitere Zwischenbilder erzeugen.
Die Durchrechnung der Strahlengänge zeigt, daß die Beschränkung der korrigierenden Felder auf die Umgebung der Bildlinien nicht unbedingt erforderlich ist, sondern daß auch an anderer Stelle des Strahlenganges gelegene geeignete Abweichungen von der Rotationssymmetrie die gewünschten Korrekturen herbeiführen können. Die Ergebnisse sind nicht an rein elektrische Linsen gebunden, sondern lassen sich auch auf maigneti@sche und kombinierte Linsen übertragen. Ebenso zeigt die Rechnung, daß die Korrekturmöglichkeit der sphärischen Aberration nicht auf die Aberration dritter Ordnung beschränkt ist, sondern .daß durch unrunde Felder auch Strahlen, die in erheblichem Abstand von der optischen Achse verlaufen, zizm Gaußschen Bildpunkt geführt werden können. Die Feinheit der für Abtastzwecke und für die Schattenmikroskopie benötigten Elektronensonden, die Leuchtfleckschärfe der Braunschen und Fernsehröhren und das Auflösungsvermögen der Mikroskope lassen sich damit um ein bis zwei Zehnerpotenzen verbessern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Linsen und Linsensysteme für elektronenoptische Abbildung, dadurch gekennzeichnet, daß die abbildenden Felder nicht rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse sind.
2. Abbildungssysteme nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abweichungen von der Rotationssymmetrie die chromatische und/oder die sphärische Aberration und/oder andere (Abbildungsfehler beseitigt werden.
3. Abbildungssysteme nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung mit einem oder mehreren astigmatischen Zwischenbildern erfolgt.
4. Abbildungssysteme nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierenden Felder am Ort der Zwischenbilder wirksam sind.
5. Abbildungssysteme nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne räumlich getrennte Zylindlerli@nsen mit zueinander senkrechten Zylindermantellinien Verwendung finden.
6. .Abbildungssysteme nach Anspruch,i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht rotationssymmetrischen Felder vom elektrischen; und oder magnetischen Typ sind.
7. Abbildungssysteme nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht rotationssymmetrischen Felder zur Erzeugung des Leuchtflecks von Braunschen Röhren oder Fernsehröhren verwendet werden. B. Abbildungssysteme nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB die nicht rotationssymmetrischen Felder zur Erzeugung des Leuchtzentrums für schattenmikroskopische Aufnahmen Verwendung finden. g. Abbildungssysteme nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht rotationssymmetrischen Felder der Schaffung einer Elektronensonde für Abtastzwecke dienen.