DE887387C - Elektronenmikroskop - Google Patents

Description

• Elektronenmikroskop Bei elektronenoptischen Einrichtungen kommt es vielfach darauf an, einen Elektronenstrahlerzeuger zu besitzen, bei dem die Elektronenstrahlen von einer möglichst punktförmigen Stelle ausgehen. Diese Aufgabe besteht z. B. dann, wenn man eine konvergente Durchstrahlung von Objekten imÜbermikroskop durchführen will. Hier muß man eine Kathode von äußerster Kleinheit besitzen, die von einer nahezu punktförmigen Stelle in einem nicht zu kleinen Winkel strahlt. Nur bei einer solchen Kathode treffen den einzelnen Objektpunkt nahezu nadelförmige Strahlen, die alle in die Objektivblende konvergieren und auf dem Objekt einen größeren Bereich durchstrahlen, als es der Objektivblende entspricht. Zur Lösung der oben geschilderten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Spitzenkathode im Bestrahlungsapparat des Elektronenmikroskops verwendet. Eine solche Kathode, also beispielsweise eine Wolframspitzenkathode, erfüllt alle die oben gestellten Bedingungen und bringt fernerhin noch den Vorteil, daß die sonst nötige Heizquelle fortfallen kann. Ferner kann man die Anordnung auch so durchbilden, daß eine besondere Steuerelektrode und zugehörige Steuerspannung nicht erforderlich ist.
• Für die praktische Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man kann beispielsweise die Spitzenkathode in einem auf gleichen Potential befindlichen Halter anordnen, der so ausgebildet ist, daß er die seitlich von der Spitze zur Anode gehenden Feldlinien abschirmt. Eine besonders gute Abschirmwirkung erzielt man auch dann, wenn eine auf negativem Potential befindliche Hilfselektrode angewendet wird.
• Die Anwendung einer Spitzenkathode im Bestrahlungsapparat eines Elektronenmikroskops ist für die verschiedensten Anwendungsformen von Elektronenmikroskopen von Bedeutung. Man kann eine solche Spitzenkathode beispielsweise anwenden bei Elektronenmikroskopen, bei denendervonderKathode ausgehende Elektronenstrahl mit Hilfe einer Kondensorlinse gesammelt wird und zur Durchstrahlung eines Objektes dient, das mit Hilfe einer oder mehrerer Elektronenlinsen abgebildet wird. Man kann die Erfindung auch anwenden bei einer Anordnung, bei welcher die von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahlen das unmittelbar vor der Kathode angeordnete Objekt durchstrahlen und es auf einem im Strahlengang dahinter befindlichen Leuchtschirm oder einer fotografischen Platte abbilden. Wenn es darauf ankommt, eine besonders feine Elektronenstrahlquelle zu haben, kann man die von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahlen auch durch eine oder mehrere elektronenoptische Verkleinerungslinsen zu einem sehr feinen Elektronenstrahlpunktvereinigen, hinter oder vor dem im Strahlengang das abzubildende Objekt angeordnet ist. Im letzten Fall dient eine sehr feine Blende in Höhe des Strahlpunkts zur Kontrasterzeugung des Bildes.
• Die Figuren zeigen eine Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
• Fig. i bis 3 zeigen zunächst Anordnungen einer Spitzenkathode, und die Fig. 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Elektronenmikroskopen.
• In Fig. x ist mit i eine Spitzenkathode bezeichnet. Diese wird von einem Halter 2 gehalten; der Kathode gegenüber steht eine Anode 3, durch deren Blende 4 der Kathodenstrahl hindurchtritt, um auf das nicht dargestellte Objekt zu fallen. Aus den in der Figur eingezeichneten Feldlinien erkennt man, daß bei dieser Konstruktion noch verhältnismäßig viele Feldlinien seitlich von der Spitze der Kathode aus zur Anode hin verlaufen. Eine Anordnung, bei der die Feldlinien stärker nach der Seite der Blende 4 hin zusammengefaßt werden, ist in Fig.2 dargestellt. Diese Wirkung ist hier durch eine besondere Formgebung des Halters 6 der Spitzenkathode erreicht. Eine noch stärkere Konzentrierung der Feldlinien in Richtung auf die Blende 4 hin erzielt man, wenn gemäß Fig.3 eine Steuerelektrode mit negativer Vorspannung angewendet wird.
• Fig. 4 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein Elektronenmikroskop, bei welchem das Objekt durchstrahlt und mit Hilfeeiner Objektivlinse abgebildet wird. Mit ii ist die Spitzenkathode des Elektronenstrahlers bezeichnet. Von dieser Kathode geht ein Elektronenstrahl mit der Strahlerapertur 2a, aus. Der Elektronenstrahl wird mit Hilfe einer Kondensorspule 12 gesammelt und durchtritt die Objektblende 13, welche das Objekt trägt. Im Strahlengang dahinter angeordnet ist eine Objektivspule 14, welche mit einer besonderen Objektivblende 15 versehen ist. Bei 16 ist ein Leuchtschirm zur Erzeugung eines Zwischenbildes angedeutet.
• Der Kathodendurchmesser ist mit dk , der Durchmesser des Objektfeldes mit do, der Durchmesser der Objektivblende mit dB bezeichnet. Unter Berücksichtigung der im Ausführungsbeispiel eingetragenen Abstände soll sein Wie aus der Figur erkennbar ist, fällt der Konvergenzpunkt der von der Kondensorspule 12 zusammengefaßten Elektronenstrahlen in die Öffnung der Objektivblende 15.
• Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, kann man bei der beschriebenenAnordnung als Strahlerzeugungsquelle mit Vorteil eine Spitzenkathode verwenden. Der Krümmungsradius einer Spitzenkathode (Wolframeinkristall) beträgt ro-4 mm, also ist dk = 2 - io 'mm. Die fehlerfreie Apertur a. der Magnetobjektive beträgt heute etwa io- 3. Bei der Obj ektivbrennweite f o = 5 mm müßte daher die Objektblende einen Durchmesser haben doB = 2aofo = 2 - i0- 3 - 5 = o,oimm. Man muß daher für die Abbildung der Kathode in die Objektivblendenöffnung eine Vergrößerung wählen. Beträgt die Strahlerapertur der Spitzenkathode a, = o,2, so ist der Apertur des durchstrahlenden Bündels beim Durchtritt durch die Objektivblende Das durchstrahlte Objektfeld hat die Größe: während die Objektivblende nur die Größe dorr =-o,oi mm hatte.
• Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Elektronenstrahl 21, welcher von einem Bestrahlungsapparat 22 ausgeht, mit Hilfe zweier elektronenoptischer Verkleinerungslinsen 23, 24 zu einem sehr feinen Elektronenstrahlpunkt 25 zusammengefaßt wird, hinter oder vor dem im Strahlengang das zu vergrößernde Objekt 26 angeordnet ist, In Höhe des Strahlpunktes ist zur Kontrasterzeugung eine feine Blende 28 vorgesehen. Bei dieser Anordnung ist bei 27 der Leuchtschirm bzw. die fotografische Platte angeordnet.
• Eine sehr einfache elektronenoptische Vergrößerungseinrichtung, bei der ebenfalls eine Spitzenkathode zur Anwendung kommen kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Hier dienen die von der Spitzenkathode 31 strahlenförmig ausgehenden Elektronenstrahlen zur unmittelbaren Durchstrahlung eines Objekts 32, das auf einem Leuchtschirm 33 bzw. an dessen Stelle tretenden fotografischen Platte abgebildet wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Spitzenkathode im Bestrahlungsapparat.
2. 2. Elektronenmikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die Spitzenkathode in einem auf gleichem Potential befindlichen Halter sitzt, der so ausgebildet ist, daB er die seitlich von der Spitze zur Anode gehenden Feldlinien abschirmt.
3. 3. Elektronenmikroskop nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die seitlich von der Kathodenspitze zur Anode gehenden Feldlinien durch eine auf negativem Potential befindliche Hilfselektrode abgeschirmt werden. .
4. 4. Anwendung der in einem der Voransprüche gekennzeichneten Spitzenkathode bei Elektronenmikroskopen, bei denen der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl mit Hilfe einer Kondensorlinse gesammelt wird und zur Durchstrahlung eines Objektes dient, das mit Hilfe einer oder mehrerer Elektronenlinsen (Objektivlinse, Projektionslinse) abgebildet wird.
5. 5. Anwendung der in einem der Voransprüche gekennzeichneten Spitzenkathode bei einer Anordnung, bei der die von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahlen das unmittelbar vor der Kathode angeordnete Objekt durchstrahlen und es auf einem im Strahlengang dahinter befindlichen Leuchtschirm (oder einer fotografischen Platte) abbilden.
6. 6. Anwendung der in einem der Voransprüche gekennzeichneten Spitzenkathode bei einem Elektronenmikroskop, bei welchem der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl durch eine oder mehrere elektronenoptische Verkleinerungslinsen zu einem sehr feinen Elektronenstrahlpunkt vereinigt werden, hinter oder vor dem im Strahlengang das abzubildende Objekt angeordnet ist.