DE898215C - Anordnung zur hochaufloesenden Geschwindigkeitsanalyse von Elektronenstrahlen mit magnetischen Linsen - Google Patents

Description

• Anordnung zur hochauflösenden Geschwindigkeitsanalyse von Elektronenstrahlen mit magnetischen Linsen Seit längeren Jahren ist es bekannt, daß schnelle Elektronenstrahlen. beim Durchgang durch Materie diskrete Geschwindigkeitsverluste erleiden, aus deren Verteilung und Größe man Rückschlüsse auf die elementare Zusammensetzung der durchstrahlten Stoffe ziehen kann.- Zum Zwecke der Mikroanalyse mittels der Elektronenspektrographie ist es erforderlich, sehr kleine Geschwindigkeitsverluste der Strahlelektronen im Objekt nachzuweisen, 4 h. einen hoehauflÖsenden Spek trographen zu bauen. Dies ist bekanntlich einerseits mit der verschärften magnetischen Üalbkreismethode möglich, wozu besondere Elektronenstrahlapparaturen mit geknicktem Strahlengang erforderlich sind. Andererseits ist es durch Ausnutzung des großen Farbfehlers elektrostatischer Linsen gelungen, auch mittels Elektronenstrahlengängen, die denen eines Elektronenmikroskops ähneln und in einer elektronenmikroskopischen Apparatur verwirklicht werden können, die erwünschten hochauflösenden Elektronenspektrogramme aufzunehmen.
• Die Erfindung macht es möglich, auch in normalen magnetischen Elektronenmikroskopen die erwähnten Untersuchungen durchzuführen. Das von einer in Ac hsennähe einer Elektronenlinse liegenden Elektronenquelle ausgehende Strahlenbündel wird beJkanntlich auf der anderen Seite der Linse in einen Bildpunkt fokussiert, wenn die Elektronenquelle sich weiter von der Linse befindet als ihr Brennpunkt. Dieser Gaußsche Bildpunkt ist eigentlich die Spitze der zu diesem Strahlenbündel gehörigen Kaustkfläche. Rückt man die Elektronenquelle in den Linsenbrennpunkt, so wandert der Gaußache Bildpunkt (die Kaustikspitze) ins Unendliche. Bringt man aber die Elektronenquelle noch. näher an die Linse heran, so werden die ochsennahen Strahlen überhaupt nicht mehr fokussiert. Die Kaustikfläehe öffnet sich trichterförmig (Fig. i). Legt man irgendwo hinter der Linse eine Auffangebene (Leuchtschirm oder Fotoplatte) senkrecht zur Linsenachse, so entsteht auf dieser Auffangebene der in der Elektronenspektroskopie sogenannte Ringfokus,.- Dieser Ringfokus ist also die Schnittfigur der Kaustikfläche mit der Auffangebene. Man sieht eine kreisförmige Figur mit scharfem Rand. Das Innere dieser Randlinie ist von auftreffenden Elektronen diffus erhellt, das Äußere ist völligdunkel. Theorie und: Experiment ergeben übereinstimmend eine sehr starke Abhängigkeit des Ringgfokusdurchmessers von der Linsenstärke.
• Dieser Effekt läßt sich im normalen. magnetischen Elektronenmikroskop zur Gesehwindigkeitsan.alyse der Elektronen ausnutzen, ohne daß ein Umbau der Apparatur notwendig wäre, abgesehen davon, daß bei hohen Strahlspannungen Polschuhe auszuwechseln sind. Man läßt den. Strahl, wie üblich, geradeaus. durch das Mikroskop fallen und erzeugt mit der Objektivlinse bei herausgenommener Objektivblende einen Ringfokus. Durch Dezentrieren erreicht man, daß ein Ausschnitt aus seinem Rand durch. eine oder mehrere Projektivlinsen nachvergrößert und damit besser beobachtbar wird (Fig. 2). Um hierbei mit der Elektronenquelle nicht zu nahe- an die O:bjektivl.inse heranrücken zu müssen, arbeitet man am besten mit einer Linsenstärke, welche .dicht unter der zum ersten teleskopischen Strahlengang gehörigen liegt. Sollte es bei hohen Strahlspannungen nicht möglich sein, eine normale Objektivlinse so stark zu durchfluten, so kann man an Stelle des üblichen einspaltigen einen zweispaltigen Polschuh setzen. Mit einem solchen ist es nämlich möglich, mit geringerer Amperewindungszahl als bei einem einspaltigen einen teleskopischen Strahlengang zu erzeugen. Mit einer nach diesen Angaben gebauten Versuchsausführung konnte eine Spannungsdifferenz von 5 Volt bei einer Strahlspannung von ioo ooo Volt nachgewiesen werden, d. h. die Anordnung hatte ein Auflösungsvermögen von 5 X io-5. Das: beschriebene Verfahren kann nicht nur zu Analysatorzwecken benutzt werden, sondern auch dazu dienen, die Konstanz der strahlerzeugenden Spannung von Korpuskularstrahlapparaten und die Konstanz der die Linsenfelder erzeugenden Ströme zu prüfen. Verwendet man eine Apparatur als Mikroanalysator, so ist ihr Auflösungsvermögen durch folgende Faktoren bedingt: i. durch. die thermische Geschwindigkeitsinhomogenität der aus der Kathode austretenden Elektronen, :2. durch .die endliche Ausdehnung der Elektronenquelle, d. h. des engsten Strahlquerschnitts im Strahlerzeuger, 3. durch die Inkonstanz der Strahlspannung (B r u m m), q.. durch die Inkonstanz des Objektivspulenstroms. Der zweite dieser Faktoren kann dadurch weitgehend ausgeschaltet werden., daß mittels der Kondensorlinse ein, stark _ verkleinertes Bild des engsten Strahlquerschnitts in der hinteren Brennebene der Kondensorlinse erzeugt wird. Wenn das Objekt ebenfalls in diese !hintere Brennebene des KondensGrs ,gelegt wifd, erreicht man, daß die gestreuten und ungestreuten Strahlen, wirklich vom selben Punkt, nämlich vom hinteren Kondensorbrennpunkt, ausgehen und somit sämtlich genau zu dem in Fi:g. i und 2 gezeichneten Strahlenbündel gehören. Die in diesem Fall auftretende thermische Beanspruchung des Objektes kann dadurch werden, daß man vor dem Kondensur durch eine Sektorblende oder exzentrische Kreisblende einen wesentlichen Teil der Strahlintensität ausblendet. Der Symmetriepunkt der zweispaltigen Analysatorlinse ist im nahezu teleskopischen Strahlengang ebenfalls ein Brennpunkt des Strahlenbündels, so daß von einer Anordnung des Objektes an dieser Stelle eine ähnliche Wirkung zu erwarten ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: n. Anordnung zur hochauflösenden Geschwindiigkei.tsanaly se von Elektronenstrahlen mit magnetischen Linsen, gekennzeichnet durch dtie Anordnung einer Analysatorl.inse im schwach unterteleskopischen Strahlengang zwecks Vereinigung der ochsenfernen Strahlen in einem Kaustikrand.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch !gekennzeichnet, daß die Analysatorlinse zwei Linsenspalten aufweist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, durch elektronenoptische Nachvergrößerung des Kaustikrandes, mit Hilfe einer oder mehrerer Projektivlinsen. gekennzeichnet. q..
4. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in die Analysatorlinse unter einer kleinen Neigung gegen deren Achse zu richten ist, so daß die Kaustik exzentrisch wird und ein Teil des Xaustikrandes in die koaxial mit der Analysatorlinse angeordnete Projektivli:nse fällt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i zur Geschwindigkeitsanalyse von Elektronenstrahlen, welche ein Objekt durchsetzt haben, dadurch gekennzeichnet, daß sich dieses Objekt in dem bildseitigen Brennpunkt einer Kondensorlinse befindet.
6. 6!. Anordnung nach Anspruch i und, 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer thermischen Uberbelastung des Objektes eine exzentrische Kreisblende oder eine Sektorblende vor dem Kondensor einen wesentlichen Teil der Strahlintensität ausblendet.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i, 5 und 6, dadurch .gekennzeichnet, daß sich das Objekt im Symmetriepunkt der zweispaltigen Analysatorlinse befindet.