DE895635C

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Publication number: DE895635C
Application number: DE1953S0022478
Authority: DE
Priority date: 1931-05-31
Filing date: 1953-09-24
Publication date: 1953-11-05
Also published as: FR737716A; DE906737C; NL57032C; NL43263C; US2058914A; NL49378C

Description

Da die Elektronenstrahlen im feldfreien Raum ähnlich den Lichtstrahlen geradlinig verlaufen, kann man sie zur vergrößerten Abbildung von Gegenständen benutzen. Die Elektronenstrahlen können dabei von dem vergrößert abzubildenden Gegenstand direkt ausgehen oder von ihm reflektiert werden oder den Gegenstand durchdringen. Um nun mit Hilfe von Elektronenstrahlen einen Gegenstand vergrößert abzubilden, ist es bekannt, das Elektronenstrahlenbündel durch eine Magnetspule hindurchtreten zu lassen. Die Strahlen werden durch das magnetische

Feld der Spule zu der mit der ßpulenachse zusammenfallenden ßtrahlenachse gedrängt, so daß die Strahlen in einem Brennfleck bzw. in einem Brennpunkt zusammenlaufen. Die Magnetspule wirkt also für die Elektronenstrahlen ebenso wie eine Konvergenzlinse in der Optik. Es ist weiter bekannt, daß ein elektrostatisch aufgeladener Ring ebenso wie eine Striktionsspule einen divergierenden Elektronenstrahl wieder vereinigt. Statt des magnetischen Feldes kann man daher für die elektronenoptische vergrößerte Abbildung auch ein elektro-

.**J Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Reinhold Rüdenberg, Cambridge, Mass. (V. St. A.)

statisches Feld in der Weise benutzen, daß man das Elektronenstrahlenbündel mit einer elektrostatisch aufgeladenen Blende umgibt, die z. B. die Form einer Platte besitzt, durch deren öffnung das Elektronenstrahlenbündel hindurchtritt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur vergrößerten Abbildung von Gegenständen mittels Elektronenstrahlen und mittels derartiger den Gang der Elektronenstrahlen beeinflussender elektrostatischer oder elektronenmagnetischer Felder (Elektronenlinsen). Erfindungsgemäß sind mehrere die Elektronenstrahlen beeinflussende Elektronenlinsen zu einer die Vergrößerung der Abbildung nach Art eines Mikroskops oder Fernrohres steigernden Wirkung zusammengesetzt. Da, wie geschildert, die elektromagnetische Elektronenlinse und die negativ aufgeladene elektrostatische Elektronenlinse der Konvergenzlinse in der Optik entsprechen, während die positiv aufgeladene elektrostatische Elektronenlinse der Divergenzlinse in der .Optik entspricht, so kann man durch Zusammenstellen derartiger Linsen alle in der Optik bekannten Vorrichtungen, die auf konvergenten oder divergenten Strahlenbündeln beruhen, für Elektronenstrahlen nachbilden. Es ist also möglich, auf diese Weise ein Mikroskop oder Fernrohr aufzubauen, das direkte oder reflektierte Elektronenstrahlen aufnimmt. Durch die Zusammensetzung mehrerer Elektronenlinsen nach Art der Linsen eines Mikroskops oder Fernrohres wird eine besonders starke Vergrößerung der Abbildung des Gegenstandes ermöglicht. Dies ist gerade bei der -Abbildung mittels Elektronenstrahlen besonders vorteilhaft, da solche mit Elektronenstrahlen arbeitende Mikroskope oder Fernrohre eine in der Größenordnung beträchtlich stärkere Vergrößerung zulassen als die optischen Instrumente, deren Auflösungsvermögen durch die Wellenlänge des Lichtes eingeschränkt ist. Diese Einschränkung fehlt bei Linsen, die mit Elektronenstrahlen arbeiten.

Da die Ablenkung jedes einzelnen Elektrons von seiner Geschwindigkeit' abhängt, so erhält man nur dann einen scharfen Brennpunkt, wenn man mit Elektronenstrahlen gleicher Geschwin-

digkeit arbeitet. Es empfiehlt sich daher, das Strahlenbündel homogen zu machen, bevor man den zu vergrößernden Gegenstand dem Strahl aussetzt. Die Homogenität des Strahles kann man auf bekannte Weise erzielen, z.B. indem man den Strahl durch mehrere auf gleichem Potential befindliche Geschwindigkeitsblenden schickt. Es läßt sich jedoch auch für das Erzielen der Homogenität die Linsenwirkung radial wirkender magnetischer oder elektrostatischer Felder ausnutzen.

In Fig. ι ist eine derartige Anordnung dargestellt. Von der Kathode k einer Kathodenstrahlröhre geht ein divergentes und inhomogenes Strahlenbündel aus. Dieses Bündel wird durch eine elektrostatische Blende a_x aufgefangen und infolge der negativen Aufladung dieser Blende nahezu parallel gerichtet. Die ebenfalls negativ aufgeladene Blende a₂ konzentriert das Strahlenbündel. An der Brennstelle o¹, die den Strahlen des Bündels mit gewünschter Geschwindigkeit entspricht, ist eine Lochblende^ c angeordnet. Die Blende c kann aufgeladen oder auf Nullpotential gehalten sein. Da das Strahlenbündel auch Strahlen anderer Geschwindigkeit enthält, würde sich beim Fehlen der Blende c k&n scharfer Brennpunkt 0 ausbilden; vielmehr würden die einzelnen zu den Strahlen verschiedener. Geschwindigkeit gehörenden Brennpunkte längs einer größeren Strecke der Strahlenachse verteilt sein. Durch die enge Lochblende c werden jedoch sämtliche Strahlen abgefangen, deren Brennpunkt an einer anderen Stelle also bei 0 liegt. Infolgedessen tritt durch die Blende c ein divergentes Bündel, das nur oder vorwiegend Strahlen einer bestimmten Geschwindigkeit enthält.

Das die Blende c verlassende divergente homogene Strahlenbündel wird durch' eine weitere Blende a₃ parallel gerichtet. Hinter der Blende a₃ wird der zu vergrößernde Gegenstand d in den Strahlengang gebracht und durch eine vierte geladene Blende a₄ vergrößert. Die Blenden ^₁ und a₂ könnten auch durch eine Blende ersetzt werden.

Hinter der Blende a₄ werden nun gemäß der Erfindung weitere Blenden angeordnet, die zusammen mit der dann als Objektiv wirkenden 9c Blende a₄ eine mikroskop- oder fernrohrähnliche Vergrößerung ergeben. Ein Beispiel dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Der homogene, parallel gerichtete Elektronenstrahl fällt durch den zu beobachtenden Körper d. Er geht dann durch eine Reihe von Divergenzblenden b_v b₂, b_s, b_i hindurch. Die erste Blende b_x vergrößert den Strahlenquerschnitt auf einen bestimmten Wert, die zweite Blende b₂ wirkt auf einen kleinen Teil des vergrößerten Strahlenquerschnittes ein und ver- io< größert diesen wiederum usw. Auf diese Weise erhält man eine kaskadenartige Vergrößerung. Nimmt man an, daß alle Blenden den gleichen Vergrößerungsfaktor haben, so ist die durch η Blenden erzielte Vergrößerung gleich der n-ten 10; Potenz des Vergrößerungsfaktors. Durch derartige Kaskadenanordnungen lassen sich starke Vergrößerungen erzielen, ohne daß das Feld der einzelnen Blenden eine unbequeme hohe Feldstärke haben muß. n<

Ähnliche Ergebnisse lassen sich auch mit Konvergenzblenden oder mit Anordnungen erzielen, die sowohl Konvergenz- oder Divergenzblenden enthalten.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele 11; eignen sich in erster Linie für das Vergrößern von Schattenbildern. Der zu vergrößernde Gegenstand d (Fig. ι und 2) kann z. B. aus einer zu beobachtenden dünnen Schicht bestehen, die den Elektronenstrahl mehr oder weniger geschwächt 12c hindurchläßt. Anordnungen nach der Erfindung sind jedoch auch für Fälle anwendbar, in denen der zu beobachtende Gegenstand selbst Quelle von Elektronenstrahlen, entweder direkt erzeugten oder auch reflektierten Strahlen oder Sekundär- 12; strahlen ist. Es ist auch in diesen Fällen möglich,

Mikroskope und Fernrohre im Sinne der Erfindung auszuführen.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur vergrößerten Abbildung von Gegenständen mittels Elektronenstrahlen und mittels den Gang der Elektronenstrahlen beeinflussender elektrostatischer oder elektromagnetischer Felder (Elektronenlinsen), dadurch gekennzeichnet, daß mehrere die Elektronenstrahlen beeinflussende Elektronenlinsen zu einer die Vergrößerung der Abbildung nach Art eines Mikroskops oder Fernrohres steigernden Wirkung zusammengesetzt sind.

2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kombination mehrerer Elektronenlinsen das Strahlenbündel sammelnde und das Strahlenbündel zerstreuende Linsen vorhanden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl vor dem Auftreffen auf den zu vergrößernden Gegenstand, z. B. durch magnetische oder elektrostatische Felder homogen gemacht wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Divergenz oder Konvergenz erzeugende Elektronenlinsen hintereinander so angeordnet sind, daß sie eine kaskadenartige Steigerung der Vergrößerung ergeben (Fig. 2).

Angezogene Druckschriften:
Petersen, Forschung und Technik, 1930, S. 28 ff.;
Archiv für Elektrotechnik, Bd. 18,1927, S.583ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen