DE912156C - Blendensystem - Google Patents

Blendensystem

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DE912156C
DE912156C DEA3738D DEA0003738D DE912156C DE 912156 C DE912156 C DE 912156C DE A3738 D DEA3738 D DE A3738D DE A0003738 D DEA0003738 D DE A0003738D DE 912156 C DE912156 C DE 912156C
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DE
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wedges
diaphragm
wedge
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radiation
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DEA3738D
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Dr Med Habil Hellmut Anton
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DR MED HABIL HELLMUT ANTON
Original Assignee
DR MED HABIL HELLMUT ANTON
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/005Diaphragms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

  • Blendensystem Auf zahlreichen Gebieten der experimentellen Physik besteht das Bedürfnis für reelle Blenden zur Aussonderung von Strahlenbündeln, die in einem Querschnitt oder in - allen Querschnitten nahezu punktförmig sind. Besonders in der Übermikroskopie ist der Mangel an solchen Blenden fühlbar geworden.
  • Aus technischen und mechanischen Gründen kann man Lochblenden durch Bohrung bei dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht mit Öffnungen herstellen, die einen Durchmesser von 1/z5 mm wesentlich unterschreiten. Es entspricht dies etwa dem Durchmesser der feinsten zur Zeit herstellbaren Spinndüsen. Gebohrte Blenden weisen ferner das Merkmal auf, daß sie in Richtung der Bohrung räumliche Ausdehnung haben, so daß es mit ihrer Hilfe nicht gelingt, Strahlenbündel abzusondern, die nur in einem Querschnitt sehr gut punktförmig sind, im übrigen aber stark divergieren.
  • Es ist ein Verfahren bekannt, nach dem Lochblenden mit wesentlich kleinerer wirksamer Öffnung hergestellt werden können. Nach diesem Verfahren werden mit Hilfe feiner Nadeln Öffnungen in Metallfolien, vorzugsweise Stanniolfolien, gestochen. Diesem Verfahren sind nach unten Grenzen gesetzt durch die Unmöglichkeit, Nadelspitzen von erheblich kleinerer Größenordnung als i bis wenige Mikron Durchmesser herzustellen, die genügend stabil sind. Auch die nach diesem Verfahren hergestellten Lochblenden haben in Richtung der Öffnung eine räumliche Ausdehnung, die erstens durch die Dicke der zur Verwendung gelangenden Folie, ferner aber auch durch die bei der Herstellung der Öffnung verdrängten Masseteilchen bedingt ist. Bei dem Arbeiten mit solchen aus dünnen Folien hergestellten Blenden ist der geringen mechanischen Festigkeit der Folien wegen große Sorgfalt erforderlich. Ein weiterer erheblicher Nachteil dieser Blenden ist der, daß Teile der Spaltöffnung durch kleinste Staubteilchen u. dgl. häufig verdeckt werden.
  • Es ist auch aus der Patentschrift bekanntgeworden, zur Einengung und Richtung von Strahlenbündeln natürlich vorkommende oder chemisch erzeugte ausgewählte und vermessene Öffnungen zu verwenden. Nähere Vorschläge zur praktischen Verwirklichung dieses Gedankens wurden jedoch nicht gemacht.
  • Es ist bekannt, daß es mit Hilfe feiner Spalte gelingt, enge Strahlenbündel abzusondern, und es ist dem Physiker geläufig, daß solche Spalte in befriedigender Güte durch Gegenüberstellung zweier Schneiden, beispielsweise von zwei der bekannten, zu sogenannten Sicherheitsapparaten gehörigen Rasierklingen, hergestellt werden können. Spaltbreiten unter i bis wenige Mikron sind allerdings auch auf diesem Wege kaum zu erzielen, da es einesteils nach bekannten Verfahren nicht gelingt, Schneiden herzustellen, die hierfür voll befriedigen, und andererseits auch kein Verfahren bekannt ist, mit Hilfe dessen es möglich ist, zwei Schneiden in dem erforderlichen geringen Abstand einander genau gegenüber anzuordnen. Es ist ferner bekannt, daß man durch Kreuzung von zwei solchen Rasierklingenspalten, bei denen jedes der beiden den Spalt begrenzenden Klingenpaare in einer Ebene liegt, ein Blendensystem herstellen kann, das es ermöglicht, aus der Strahlung einer beliebigen Strahlenquelle ein Bündel annähernd quadratischen Querschnittes auszusondern. Da die Schneiden der Rasierklingen so gestellt sind, daß sie zwar in einer Ebene parallel zu den die Klinge begrenzenden Flächen liegen, aber die durch sie parallel zu diesen Flächen gelegte Ebene einen Abstand, der ungefähr der halben Dicke der Klinge entspricht, von diesen Flächen aufweist, liegen zwei auf diese Weise hergestellte, miteinander gekreuzte Spalte mindestens um eine Klingendicke voneinander entfernt. Bei einer Klingendicke von 1/2o mm und einer Spaltbreite von i ,u haben die beiden gekreuzten Spalte also bereits einen Abstand voneinander, der 5omal so groß ist als die Spaltbreite. Es gelingt demgemäß nicht, mit einem solchen Spaltsystem Strahlenbündel abzusondern, die in einem Querschnitt nahezu punktförmig sind, im übrigen aber stark divergieren.
  • Es ist aber bekannt, daß es durch die Kombination zweier solcher aus je vier Rasierklingen hergestellter Spaltsysteme, die im Strahlengang hintereinander angeordnet sind, gelingt, ein nahezu in allen Querschnitten punktförmiges Bündel (Nadelstrahl) aus der Strahlung einer Strahlenquelle auszusondern. Natürlich sind den nach diesem Verfahren. hergestellten Nadelstrahlen bezüglich ihres Querschnittes nach unten Grenzen gesetzt durch die geringste auf diesem Wege zu verwirklichende Spaltbreite, die oben zu etwa i ,u angenommen wurde.
  • Es ist aber auch ein Verfahren bekannt, daß die letztgenannte Aufgabe in wesentlich vollkommenerer Weise löst. Nach diesem bekannten Verfahren werden zwei zueinander senkrechte Systeme in den Strahlengang eingeschaltet, welche je aus zwei hochpolierten Platten, die aus einem die betreffende Strahlenart absorbierenden Material hergestellt sind, bestehen, zwischen denen eine nicht absorbierende sehr dünne Schicht eingeschlossen ist, derart, daß das Strahlenbündel in der Schnittlinie der beiden Ebenen der Zwischenschichten verläuft. Der Wirkungsmechanismus dieser bekannten Anordnung ist also so, daß durch das erste System ein Strahlenbündel von bandartiger Beschaffenheit ausgesondert wird, aus dem das zweite System wiederum ein Strahlenbündel mit annähernd quadratischem Querschnitt aussondert. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnung ist der bei der Verwendung eines Elektronenstrahlenbündels darin zu suchen, daß sich Ladungen auf den die Spalte begrenzenden Planplatten ansammeln können. Für die Gewinnung von nur in einem Querschnitt punktförmigen, im übrigen aber stark divergierenden Bündeln ist auch dieses Verfahren selbstredend nicht geeignet.
  • Die Erfindung löst einerseits die Aufgabe der Darstellung von Strahlenbündeln aus einer beliebigen Strahlenquelle, die in einem Querschnitt nahezu punktförmig sind, d. h. in diesem einen Durchmesser von bis unter 5 mu haben, im übrigen aber stark divergieren, und andererseits von solchen Strahlenbündeln, die in allen Querschnitten nahezu punktförmig sind, d. h. einen Durchmesser von bis unter 5 mu haben, wie sie oben als Nadelstrahl bezeichnet worden sind.
  • In gleicher Weise wie das obengenannte bekannte Verfahren zur Aussonderung eines in allen Querschnitten punktförmigen Bündels mit Hilfe von vier Planplatten ist auch das Verfahren nach der Erfindung auf die Tatsache gegründet, daß es bei der Verwendung geeigneter Materialien, beispielsweise von homogen geschmolzenem Quarz, gelingt, mit bekannten Verfahren Ebenheiten herzustellen, die, abgesehen von dem unvermeidlichen geringen Randabfall, keine Abweichung von der idealen Ebene um mehr als 1/ioo Lichtwellenlänge etwa zeigen.
  • Zum Unterschied von dem bekannten Verfahren werden jedoch nicht vier Planplatten zu einem Blendensystem vereinigt, sondern vier Keile, deren in der Keilkante zusammenstoßende Flächen hochgradig eben (hochpoliert) sind und die aus die betreffende Strahlenart absorbierendem Material hergestellt sind (i und 2 bzw. 3 und q. in Abb. i).
  • Es werden dadurch zwei Spalte gebildet, daß die Schneiden je zweier Keile einander in bekanntem Abstand gegenübergestellt sind. Die beiden so entstehenden Spalte werden gekreuzt zueinander im Strahlengang angeordnet, und zwar erfindungsgemäß so, daß je eine der zwei die Schneide jedes der vier Keile begrenzenden Flächen in einer Ebene liegen. Der wirksame Querschnitt des Blendensystems nach der Erfindung liegt also ebenfalls in einer Ebene. Dieser Kern des Erfindungsgedankens ist in Abb. i dargestellt. Zum Unterschied von allen bekannten reellen Blenden zur Aussonderung enger Strahlenbündel hat der wirksame Querschnitt des beschriebenen Blendensystems keine räumliche Ausdehnung in Richtung des Strahlenganges.
  • Das Blendensystem nach der Erfindung stellt in seiner einfachsten Ausführungsform mithin eine ideale Lochblende dar, deren Öffnung quadratischen Querschnitt hat.
  • In Abb.3 ist eine beispielsweise Ausführungsform einer nach diesen Gesichtspunkten konstruierten Blende dargestellt, und zwar zeigt Abb. 3 a diese Blende von vorn, Abb. 3 b von oben. i, 2, 3 und 4 bezeichnen die die Spalte begrenzenden Keile.
  • Es sind verschiedene Möglichkeiten der Anordnung je zweier Keile in meßbarem Abstand voneinander, wie sie zur Durchführung des Erfindungsgedankens erforderlich ist, denkbar. Beispielsweise können je zwei Keile durch eine Brücke in Form eines schmalen, einseitig ebenen Streifens, dessen Ebene quer zum Strahlengang steht, starr miteinander vereinigt werden. Praktisch ließe sich eine solche Anordnung bei den geringen in Frage kommenden Spaltbreiten allerdings nur schwer verwirklichen. Das gleiche gilt für geeignete Mikrometeranordnungen, an deren Verwendung gedacht werden könnte.
  • Die Erfindung besteht daher auch darin, einen absolut zuverlässigen Weg für die Einstellung und Einhaltung der Spaltbreite aufzuzeigen.
  • Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist in Abb. 2 dargestellt. In Abb. 2 a insbesondere stellt 7 eine einseitig hochgradig ebene Platte dar. Auf dieser Platte ist ein Quader 5, der zweckmäßig aus dem gleichen Material wie der Keil 3 hergestellt ist und der auf der dem Keil zugekehrten Fläche und der der hochgradig ebenen Platte zugekehrten Fläche ebenfalls hochgradig eben ist, so angeordnet, daß die Schneide des Keiles und die Kante, an der die beiden hochgradig ebenen Flächen des Quaders miteinander zusammenstoßen, sich decken. Die Schneide, die mit der Quaderkante zur Deckung gebracht wird, ist aber wesentlich, in der Regel um ein Mehrfaches länger als die Quaderkante. Unter Zuhilfenahme der Platte 7 als Richtplatte ist es in dieser Weise möglich, 3 und 5 starr miteinander zu vereinigen, wobei Gewähr dafür gegeben ist, daß Quaderkante und Schneide des Keiles zusammenfallen. Die Vereinigung ist auf verschiedene Weise, beispielsweise durch Kittung, Lötung oder auch Verschraubung, wie in Abb. 2 a in beispielsweiser Darstellung durch 8 angedeutet, möglich. In Abb. 21) ist gezeigt, wie zwei nach dem in Abb. 2 a beschriebenen Verfahren hergestellte Quaderkeilelemente 3-5 und 4-6 unter Verwendung einer meßbar dicken Substanzmenge 12, vorzugsweise einer Folie, die in Abb. 2 b im Schnitt gezeigt ist, starr miteinander vereinigt werden. Diese Abb. 2 b wird durch die Abb. 3 a unter anderem ergänzt. In Abb. 3 a sind die Quader 5 und 6 von einer anderen Seite dargestellt. Auch hier ist die Substanzmenge 12 wieder im Schnitt zu sehen. In Abb. 3 a wird gezeigt, daß die Dicke der Substanzmenge 12, 13 direkt die Spaltbreite bestimmt. Bei der Vereinigung zweier Schneiden zu einem Spalt nach dem in Abb. 2 b dargestellten Verfahren zur Herstellung eines Blendensystems nach Abb. 3 und 3 a ist dafür Sorge zu tragen, daß die die Keile begrenzenden Flächen, auf denen die Quader angebracht sind, zum mindesten aber die Schneiden in einer Ebene liegen. Das gelingt wieder unter Verwendung einer einseitig hochgradig ebenen Platte als Richtplatte, und zwar besonders leicht, wenn man die nach dem weiter unten (Abb. 5) beschriebenen Verfahren hergestellten Quader und die jeweils einen Spalt begrenzenden Keile so anordnet, daß die Kanten der Keile mit zwei Quaderkanten zusammenfallen, die bei dem Schleif- und Polierverfahren nach Abb. 5 nebeneinander und in der gemeinsam geschliffenen und polierten Ebene lagen.
  • Als Substanzmenge (i2 und 13 in Abb. 3 a), deren Dicke die Spaltbreite bestimmt, gelangen erfindungsgemäß vorzugsweise dünne Metallschichten, die sogar als frei tragende Folien in beliebiger Stärke bis weniger als 5 mu gleichmäßig und lochfrei, beispielsweise durch bekannte Verfahren der Kathodenzerstäubung, hergestellt werden können und deren Dicke genau gemessen werden kann, zur Verwendung. Es ist selbstredend auch möglich, die Vereinigung je zweier solcher Keile auf dem beschriebenen Wege in völlig analoger Weise mit Hilfe von zwei Quadern und von zwei Folien vorzunehmen, d. h. einen beiderseits geschlossenen Spalt herzustellen.
  • Erfindungsgemäß kann das Blendensystem der Abb. 3a so ausgeführt werden, daß jedes der beiden Spaltsysteme in Richtung des Spaltes verschoben werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, jeweils einen besonders geeigneten wirksamen Querschnitt auszuwählen und hierdurch Stellen, die z. B. durch Staubteilchen u. dgl. zufällig überdeckt sind, sicher zu vermeiden. In anderen Fällen kann es allerdings umgekehrt gerade erwünscht sein, den einmal ausgewählten Querschnitt festzuhalten, was in einfacher Weise durch starre Vereinigung der beiden Spaltsysteme, beispielsweise durch Verkittung, möglich ist.
  • In Abb.4 ist eine weitere Ausführungsform eines Blendensystems nach der Erfindung dargestellt, die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß die die Spaltbreite bedingenden Folien 12 und 13 nicht als planparallele Plättchen ausgeführt sind, sondern in Richtung des Spaltes keilförmig verjüngt sind. Hierdurch wird es möglich, durch Verschiebung des einen Spaltsystems gegen das andere den wirksamen Querschnitt in weitesten Grenzen in einfachster Weise zu ändern. Bei den im Verhältnis zu den in Frage kommenden außerordentlich kleinen Spaltbreiten der Blende beiläufig fünf Größenordnungen längeren freien Keilabschnitte sind die wahren Größenverhältnisse in der Abb. q. natürlich ungeheuer stark verzerrt. Die die Spalte begrenzenden Keile sind mit außerordentlich großer Annäherung parallel zueinander. Daraus ergibt sich, daß der wirksame Querschnitt der in Abb. 4. dargestellten Anordnung ebenfalls mit weitgehender Annäherung ein Rechteck darstellt.
  • Die Herstellung der abstandhaltenden keilförmigen Schichten, wie sie für die Anordnung nach der Abb. q. erforderlich sind, gelingt beispielsweise nach dem bekanntenVerfahren der Kathodenzerstäubung, wenn man während des Zerstäubungsvorganges einen an sich bekannten Schirm zwischen der zu desintegrierenden Kathode und der zu bestäubenden Fläche sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit so bewegen läßt, daß er zunächst nur den Teil der zu bestäubenden Fläche freigibt, der die dickste Metallauflage erhalten soll, und dann fortlaufend mehr. Die kürzeste Zeit werden dann die Teile exponiert, die die dünnste Metallauflage erhalten sollen. Alle Teile, die gleich dicke Metallauflagen erhalten sollen, werden gleich lange exponiert; Teile, die beispielsweise doppelt so dicke Metallauflagen erhalten sollen, doppelt so lange.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der der Abb. 4. zugrunde liegende Erfindungsgedanke des divergierenden Spaltes auch auf anderem Wege verwirklicht werden kann, beispielsweise durch Wahl anderer Abstandshalter. Auch ist es möglich, den einen Spalt nach der Abb. 3 zu gestalten, den zweiten jedoch nach der Abb. ¢, wodurch sich die Vorzüge der Anordnung nach Abb.3 mit denjenigen der Anordnung nach der Abb. 4. teilweise vereinigen lassen.
  • In der Abb. 6 a ist noch einmal ein Querschnitt des Systems nach der Anordnung der Äbb. i dargestellt. In Abb. 6 b ist eine Modifikation dieses Systems im gleichen Schnitt gezeigt, die dadurch von der Anordnung nach Abb. i unterschieden ist,-daß zwischen den vier die Schneiden begrenzenden Flächen, die in der Anordnung nach der Abb. i in einer Ebene liegen, eine dünne Folie 21 eingefügt ist, beispielsweise eine dünne, durch Kathodenzerstäubung hergestellte Metallfolie oder in einer anderen Ausführungsform eine an sich bekannte, ebenfalls sehr dünne, geschichtete Sekundärernissionskathode etwa vom Typ Cs-Cs20-Ag. Da diese Folien außerordentlich dünn gewählt werden können, beispielsweise bis herunter zu wenigen Millimikron, liegen die vier die Schneiden begrenzenden Flächen praktisch noch genügend genau in der gleichen Ebene. Die Ausführungsform mit der Metallfolie ergibt aber bei Verwendung mit Elektronenstrahlen eine sehr bequeme Möglichkeit zur Erzeugung einer punktförmigen Röntgenstrahlenquelle, wobei die der Elektronenstrahlenquelle abgewandte Seite der Folie als Röntgenstrahlenquelle dient. Die Elektronenstrahlen können dabei in bekannter Weise vorkonzentriert auf die Folie geleitet werden. Die Ausführungsform mit der Sekundäremissionskathode bietet besondere Vorteile für die Verwendung in Anordnungen, in denen kleine Strahlungsintensitäten mit Hilfe des an sich bekannten Prinzips der Sekundärelektronenvervielfachung dargestellt werden sollen. Es ist bekannt, daß die Grenzempfindlichkeit von Sekundärelektronenvervielfachern durch die Größe des Dunkelstromes der Auffangkathode bedingt ist. Der Dunkelstrom einer Sekundäremissionskathode hängt nun aber bekanntermaßen außer von der Art der benutzten Photoschicht und ihrer Temperatur von der Größe ihrer emittierenden Fläche ab. Der Wärmestrom wurde beispielsweise bei Photokathoden des obengenannten Typs mit nachfolgendem Vervielfacher zu etwa 2 X io-13 Amp./cm2 bei 20° bestimmt. Besonders bei den bekannten Sekundärelektronenvervielfachern, bei denen die Absaugung der Sekundärelektronen auf der Rückseite der bestrahlten Fläche erfolgt, ermöglicht das Blendensystem nach der Erfindung in der Ausführungsform nach der Abb. 6b mit zwischengeschalteter Sekundäremissionskathode die Verwirklichung um mehrere Größenordnungen kleinerer Auffangkathoden als nach dem bisherigen Stand der Technik. Hierdurch wird erfindungsgemäß der Dunkelstrom erheblich herabgesetzt, ohne daß es erforderlich ist, die Photokathode und die ersten Verstärkerstufen in bisher .bekannter Weise in flüssige Luft zu bringen.
  • Bei den vorstehenden Ausführungen wurde stillschweigend vorausgesetzt, daß es gelingt, die zur praktischen Verwirklichung des Blendensystems erforderlichen Keilflächen, Quaderkanten und Ebenheiten mit ausreichender Genauigkeit herzustellen. Das war nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich. Bei der Herstellung von Planflächen durch Schliff nach dem bekannten Dreiplattenverfahren zeigen die so hergestellten Platten bekanntermaßen stets einen unvermeidlichen geringen Randabfall. Aus diesem Grunde war es auch bisher nicht möglich, selbst aus Glas oder Quarz oder ähnlichen Substanzen Keile bzw. Schneiden herzustellen, die in dem Grade ideale Keile sind, wie es für die Durchführung des Erfindungsgedankens er- . forderiich ist. Bei Herstellung von Schneiden und Quadern aus Metall, beispielsweise nach dem bekannten Verfahren, wird die Verwirklichung bester Kanten auch noch durch den unvermeidlichen, auf der Schneide beim Schleifen und Polieren entstehenden Grat erschwert. Diese Schwierigkeit läßt sich bei der Herstellung der Keile und Quader erfindungsgemäß dadurch umgehen, daß der Schleif-und Polierprozeß in der in Abb. 5 dargestellten Weise durchgeführt wird. In Abb. 5 a insbesondere ist das Verfahren der Herstellung der Keile aufgezeigt, in Abb.5b dasjenige für die Herstellung der Quader. Die Herstellung der Keile geht hiernach so vor sich, daß zunächst eine Anzahl planparalleler Platten, von denen in Abb. 5 a fünf dargestellt sind (14, 15, 16, 17 und 18), hergestellt wird, die in bekannter Weise so behandelt werden, daß sie beiderseits hochgradig eben sind. Nunmehr werden diese Platten, wie in Abb. 5 a dargestellt, gegeneinander etwas verschoben aufeinandergelegt und durch eine später wieder lösbare Vorrichtung, die in Abb. 5 a durch i9 und 2o angedeutet ist, so fest aufeinandergepreßt, daß sie beim weiteren Arbeitsgang als eine Einheit behandelt werden können. 20 mag eine zwingenartige Klammer darstellen, i9 dagegen eine Lötstelle, die nach Anlegung der Zwinge hergestellt wurde. Glas- und Quarzkeile können ebenfalls durch Lötung verbunden werden, wenn an den Verbindungsstellen vor Ausführung der Lötung bzw. vor Herstellung der hochgradig ebenen Flächen in bekannter Weise Platin eingebrannt wird. Nach der Vereinigung wird der ganze Plattensatz in Richtung des Schnittes x-y der Abb. 5 a angeschliffen und die Ebene, durch die der Schnitt x-y verläuft, in bekannter Weise hochgradig eben gemacht, wobei sie wie eine Planplatte im Dreiplattenverfahren behandelt wird. Nachdem dieser Arbeitsgang erledigt ist und die Ebene, durch die der Schnitt x-y gelegt ist, sich bei der Prüfung als ausreichend eben erwiesen hat, werden die Verbindungen i9 und 20 gelöst, wobei die Lötstelle beispielsweise durch Abschleifen oder auch auf chemischem Wege u. a. entfernt werden kann. Die Keile 14 und 18 der Abb. 5 a, die schlechte Schneiden haben wegen des unvermeidlichen Randabfalles, Schleifgrates usw., werden verworfen. Die Keile 15, 16 und 17 dagegen sind bestens für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens geeignet.
  • In völlig analoger Weise werden die erforderlichen Quader nach Abb. 5 b hergestellt. Hier werden Quader 1q.' und 17' verworfen, während 15' und 16' voll geeignet sind.
  • Als Material für die Herstellung der beschriebenen Anordnungen sind grundsätzlich alle Werkstoffe geeignet, die hochpoliert werden können, z. B. Metalle, glasartige Substanzen und in besonderem Grade homogen geschmolzener Quarz. Unter den Metallen eignen sich in ersterLinie dieEdelmetalle, beispielsweise Gold. Vor allem, wenn äußerst kleine wirksame Querschnitte der Blendensysteme erwünscht sind, ist homogen geschmolzener Quarz in besonders hohem Maße geeignet.
  • Aus diesem Material lassen sich Platten herstellen, deren Ebenheitsgrad größer ist, als daß die Abweichung von der idealen Ebene beim gegenwärtigen Stand der Technik gemessen werden könnte, wobei eine Abweichung um 1/10o Lichtwellenlänge etwa als die untere Grenze der Meßbarkeit angesehen werden kann.
  • Außer der homogenen Struktur des geschmolzenen Quarzes scheint für die besondere Eignung desselben der gegenüber Glas etwa i 5mal kleinere Ausdehnungskoeffizient von Bedeutung zu sein.
  • Ein Nachteil des Quarzes, der ihn zunächst für den vorliegenden Zweck wenig geeignet erscheinen ließ, ist darin zu erblicken, daß er in besonders hohem Grade für Ultraviolettlicht und auch für Röntgenstrahlen mit Ausnahme der weichen Strahlen durchlässig ist. Es ist aber möglich, in an sich bekannter Weise das Absorptionsvermögen des Quarzes für verschiedene Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen, erfindungsgemäß dadurch zu vergrößern, daß ihm in von der Herstellung des Bleiglases bekannter Weise Bleiverbindungen zugesetzt werden, die Blendenteile also aus bleihaltigem Quarzglas hergestellt werden. Das gleiche Ziel kann auch durch andere bekannte Zusätze, beispielsweise solcher färbender Art, zu der Quarzschmelze erreicht werden.
  • Bei der Aussonderung von Strahlen, die elektrische Ladung tragen, wie beispielsweise Elektronenstrahlen, kann sich die Ansammlung von Ladungen auf der Blende selbst störend bemerkbar machen. Sofern die Blende aus Metall hergestellt ist, können diese Ladungen abgeleitet werden, wenn das Blendensystem erfindungsgemäß mit einer Ableitung zur Erde versehen wird. Sofern die Blendenteile aus Glas oder Quarz hergestellt sind, ist eine Ableitung dieser Ladungen erfindungsgemäß dann ebenfalls möglich, wenn der Glas- bzw. Quarzschmelze in an sich bekannter Weise Substanzen, beispielsweise Metalle, zur Erhöhung der Leitfähigkeit zugesetzt werden.
  • Bei der Verwendung von Elektronenstrahlen kann es unter Umständen zweckmäßig sein, die Blende selbst als Anode zu verwenden. Andererseits ist es bei der Aussonderung von Elektronenstrahlen mittlerer bis hoher Geschwindigkeit auch möglich, die Verengerung des ausgesonderten Strahlenbündels dadurch gerade besonders zu fördern, daß die Blende negativ aufgeladen wird.
  • In Abb. 7 ist die Verwendung eines Blendensystems nach der Erfindung zur Abbildung eines mikroskopischen Objekts nach dem Prinzip der Zentralschattenprojektion dargestellt. 2q. stellt das Blendensystem dar, von dessen wirksamem Querschnitt ein aus der Strahlung 32 einer beliebigen Strahlenquelle ausgesondertes Strahlenbündel, beispielsweise ein Bündel von Ultraviolettstrahlen, Röntgenstrahlen oder Elektronenstrahlen, ausgeht. 25 ist das auf einer Trägerfolie 26 in bekannter Weise aufgebrachte Objekt, von dem auf der Auffangfläche 27 ein vergrößertes Schattenbild entsteht. Dieses Verfahren der Darstellung von Objektstrukturen in Zentralschattenprojektion ist für die Verwendung von Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen bekannt. Die in der Abb. 7 gezeigte Anordnung unterscheidet sich jedoch von den bekannten Anordnungen durch Verwendung der reellen Blende nach der Erfindung in einer der beschriebenen Ausführungsformen zur Herstellung des in einem Querschnitt punktförmigen Strahlenbündels. Bei dem bekannten Verfahren dagegen gelangt eine punktförmige Elektronenquelle, die mit elektronenoptischen Hilfsmitteln hergestellt wurde, zur Anwendung. Diesem bekannten Verfahren ist das in Abb.7 dargestellte Verfahren unter anderem deswegen überlegen, weil es hier nicht erforderlich ist, die für die Einhaltung der Schärfe und Einstellung der Elektronensonde bei dem bekannten Verfahren erforderliche Konstanz der Hochspannung einzuhalten bzw. ständig zu überwachen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß es bei der Anordnung nach der Abb. 7 im Gegensatz zu der bekannten Anordnung auch möglich ist, Elektronenstrahlen niederer Geschwindigkeit zur Objektdurch- Strahlung zu verwenden. Die Sichtbarmachung des auf der Auffangfläche 27 erzeugten Schattenbildes kann nach irgendeinem bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise photographisch oder mit Hilfe eines Elektronenbildzerlegers oder eines Elektronenstrahlabtasters oder einer anderen integrierenden Vorrichtung.
  • In der Abb. 8 ist die Verwendung einer Kombination von zwei der beschriebenen Blendensysteme zur Aussonderung eines in allen Querschnitten engen Bündels (Nadelstrahl) aus der Strahlung einer beliebigen Strahlenquelle dargestellt, wie es für solche Verfahren elektronenmikroskopischer, röntgenmikroskopischer und lichtmikroskopischer Darstellung von Objektstrukturen erforderlich ist, bei denen ein Objekt mikroskopischer Größenordnung mit Hilfe eines extrem fadenförmigen, in allen Querschnitten einheitlichen und nahezu punktförmigen Bündels beliebiger Strahlung abgetastet wird.
  • Nach diesen Verfahren ist es bei der Verwendung einer Strahlung, die nicht elektrisch ablenkbar ist, wie beispielsweise Röntgen- oder Lichtstrahlen, erforderlich und bei Verwendung von Elektronenstrahlen zur Abtastung manchmal zweckmäßig und vorteilhaft, zur Erzielung der Abtastung entweder das Objekt oder statt dessen die Blende, mit deren Hilfe das Strahlenbündel abgesondert wird, zu bewegen. Sofern der Querschnitt des zur Abtastung verwandten Bündels sehr klein ist, d. h. also, insbesondere wenn ein hohes Auflösungsvermögen des Rastermikroskops verlangt wird, sind hierzu außerordentlich geringe, genau vorgeschriebene Verschiebungen des Objekts oder der Blende erforderlich, von deren einwandfreier Ausführung die Qualität des Bildes in hohem Grade abhängig ist.
  • In der Patentschrift 485 155, S. 3, Z. ii bis 35, ist ein Verfahren beschrieben, bei dem das Objekt an dem kurzen Arm eines doppelarmigen Hebels frei, aber fest aufgehängt ist, während an dem langen Arm dieses Hebels ein Mechanismus von bisher erreichbarer Genauigkeit angreift. Die Aufläge des Hebels soll dabei in bekannter Weise durch Schneiden, Spitzen, Kugeln oder mehrere dieser Elemente kombiniert genau genug erfolgen, so daß die Genauigkeitsgrenze nur durch die Genauigkeitsgrenze des Antriebsmechanismus, multipliziert mit dem relativen Verhältnis der Hebelarme, bedingt sein würde. Hierdurch soll die für die Bewegung ultramikroskopischer Teilchen erforderliche Genauigkeit erzielt werden.
  • Bei dieser bekannten Anordnung werden an die Lagerung des zweiarmigen Hebels bzw. an die hierfür erforderlichen Elemente hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der Erzeugung des feinen Nadelstrahles und der Erzielung der erforderlichen Relativbewegung zwischen Objekt und Strahlenbündel in sehr viel einfacherer und absolut zuverlässiger Weise.
  • Zu diesem Zweck wird gemäß Abb. 8 durch ein Blendensystem nach der Erfindung 24 in irgendeiner der beschriebenen Ausführungsformen aus der Strahlung 32 einer beliebigen Strahlenquelle zunächst ein in einem Querschnitt nahezu punktförmiges, im übrigen aber stark divergierendes Bündel ausgesondert, aus dem mit Hilfe eines weiteren erfindungsgemäßen Blendensystems ein Strahlenbündel ausgesondert wird, das hinter diesem Blendensystem in allen Querschnitten nahezu punktförmig ist, d. h. nicht mehr divergiert, und so mithin einen Nadelstrahl bildet, der dann zur Abtastung des Objekts 25, das in bekannter Weise auf einer Trägerschicht 26 angebracht ist, verwandt wird. Erfindungsgemäß wird ferner bei dieser Anordnung zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Objekt und abtastendem Nadelstrahl nur die Blende 24 allein bewegt, während Objekt und Blende 28 fest stehen. Bezeichnet man den Abstand des Objekts 25 von der Blende 28 mit g, den Abstand der Blende 24 von der Blende 28 dagegen mit s, so bedingt eine Verschiebung der Blende 24 um D lediglich eine Verschiebung des abtastenden Strahlenbündels auf dem Objekt um Das Verhältnis kann aber sehr klein gewählt werde. Hieraus ergibt sich, daß kleinen Verschiebungen des abtastenden Strahles auf dem Objekt wesentlich größere Verschiebungen der Blende 24 entsprechen, die technisch sehr viel leichter zu verwirklichen sind als die bei Bewegung des Objekts und feststehendem Strahlenbündel erforderlichen, außerordentlich geringen Objektverschiebungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren der Abtastung ist selbstverständlich gleicherweise anwendbar für rastermikroskopische Anordnungen, bei denen es sich um eine Darstellung nach dem Prinzip der Streuung oder Absorption handelt. Die Darstellung des durch das Objekt hindurchgegangenen Strahlenanteils insbesondere kann nach irgendeinem bekannten Verfahren erfolgen.
  • In Abb. 8 bezeichnet 35 bzw. 35a das in der Trägerschicht 26 erzeugte, zur Darstellung der Objektstruktur verwandte Luminiszenzlicht.
  • In Abb. 9 ist schließlich noch dargestellt, daß es in anderen Anordnungen von Rastermikroskopen auch möglich ist, mit Vorteil noch mehr als zwei Blendensysteme nach der Erfindung hintereinander zu verwenden.
  • Von dem wirksamen Querschnitt eines Blendensystems nach der Erfindung 24 geht hier wiederum ein Strahlenbündel 34 aus, aus dem mit Hilfe eines weiteren Blendensystems 28 ein Nadelstrahl ausgesondert wird. Dieser trifft auf das Objekt 25. Es sei angenommen, daß es sich um ein Elektronenstrahlenbündel handelt, das im Objektpunkt mehr oder minder stark gestreut wird. Durch ein weiteres Blendensystem nach der Erfindung 30 wird aus dem gestreuten Anteil in an sich bekannter Weise ein zentraler Anteil ausgesondert und fällt auf die Fangelektrode 3I, wo er Sekundärelektronen auslöst. Die Fangelektrode 31 kann nach einer oben beschriebenen Anordnung erfindungsgemäß auch im Blendensystem 30 selbst untergebracht sein. Ein weiteres Blendensy stem 29 mit größerem wirksamem Querschnitt als 2,4 und 28 dient zur Voraussonderung eines Bündels aus der Strahlung 32 der Elektronenstrahlenquelle. Es wird mit Vorteil verwandt, um eine zu starke Erwärmung der Blendensysteme 2.4 und 28 zu verhüten. Bei der Anordnung nach Abb. 9 wird, wie dargestellt, das Objekt selbst bewegt oder das abtastende Bündel nach Passieren der Blende 28 durch elektrische oder magnetische Felder über das Objekt geführt.
  • Die dargestellten Verwendungsmöglichkeiten des Blendensystems nach der Erfindung zeigen nur beispielsweise Möglichkeiten, die sich erheblich vermehren ließen. Beispielsweise ist es auch möglich, bei einem bekannten Verfahren rastermikroskopischer Darstellung, bei dem ein abtastender Elektronenfleck durch elektronenoptisch verkleinerte Abbildung einer reellen Blendenöffnung gebildet wird (v. A r d e n n e), an Stelle der bekannten Blendenöffnung mit Vorteil ein Blendensvstem nach der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
  • Die Erzeugung einer punktförmigen Röntgenstrahlenquelle beispielsweise ist auch möglich ohne Verwendung einer Metallfolie nach Abb. 6b in der Blende. Es wird dann zunächst ein Elektronenstrahlenbündel erzeugt, das in bekannter Weise auf eine Antikathode geleitet wird, wo es Röntgenstrahlen erzeugt. Die Antikathode kann in bekannter Weise mit einer Kühlvorrichtung versehen sein. Von Vorteil ist es, wenn sie einen sogenannten, an sich bekannten Strichfokus aufweist, der beispielsweise bei der Anordnung nach Abb. 8 nahezu in Richtung des Nadelstrahles verläuft.
  • Es soll auch schließlich noch darauf hingewiesen werden, daß die erfindungsgemäße Verwendung eines Spaltes, der insbesondere nach dem in Abb. 2 a und 21) dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren gebildet ist, an Stelle bisher bekannter Spaltanordnungen ebenfalls Vorteile bietet, beispielsweise für Zwecke des Lichttonverfahrens oder ähnliche Zwecke.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Blendensystem zur Einengung eines Strahlenbündels, bestehend aus zwei gekreuzten Systemen aus je zwei Keilen aus die betreffende Strahlenart absorbierenden Stoffen, die in den Strahlengang eingeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile auf den beiden Flächen, die in der Keilkante zusammenstoßen, hochgradig eben (hochpoliert) sind und einander unter Einhaltung eines beliebig gewählten Abstandes so gegenübergestellt sind, daß die einander zugekehrten Flächen der vier Keile in einer Ebene liegen. z. Blendensystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Einhaltung des Abstandes je zweier Keile mit Hilfe von zwei oder vier hochpolierten Quadern gewährleistet ist, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Keile hergestellt sind und von denen je einer bzw. zwei mit einem Keil so vereinigt sind, daß die Keilkante mit einer Kante des Quaders bzw. mit je einer Kante der Quader räumlich zusammenfallen, so daß bei der Gegenüberstellung der Keile sich auch jeweils zwei bzw. zweimal zwei Quaderflächen gegenüberstehen, deren Abstand und damit auch der Abstand der beiden Keile durch Einfügung meßbar dicker Substanzmengen, vorwiegend durch Kathodenzerstäubung hergestellter Metallfolien, zwischen den einander gegenübergestellten Quaderflächen eingehalten wird, wobei das bzw. die Quaderpaare neben bzw. zwischen sich einen Abschnitt frei lassen, in dem sich ausschließlich die Keile gegenüberstehen. 3. Blendensystem nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Systeme zueinander verschieblich angeordnet sind. q.. Blendensystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der den Abstand der Keile bedingten Substanzmengen in Richtung des wirksamen Spaltes des betreffenden Systems keilförmig verjüngt ist, so daß die beiden den wirksamen Spalt begrenzenden Keile zueinander konvergent verlaufen. 5. Blendensystem nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß das System aus Metall hergestellt ist oder aus homogen geschmolzenem Quarz oder Glas, dem in bekannter Weise in der Schmelze Substanzen zugesetzt sein können, die die Strahlendurchlässigkeit verändern oder die elektrische Leitfähigkeit erhöhen. 6. Blendensystem nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus Metall oder leitfähigem Material hergestellt ist und mit einem Anschluß zum Anlegen von Spannungen oder Ableiten von Ladungen versehen ist. 7. Abänderung des Blendensystems nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden das Blendensvstem bildenden Keilsystemen parallel zu den @vier sich berührenden Keilflächen eine dünne Folie, beispielsweise eine durch Kathodenzerstäubung hergestellte Metallfolie, oder eine an sich bekannte, ebenfalls sehr dünne Sekundäremissionskathode, beispielsweise des Typs Cs-Cs2 O-Ag, eingefügt ist. B. Kombination von zwei Blendensystemen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Blendensysteme im Strahlengang räumlich hintereinander angeordnet sind, so daß mit ihrer Hilfe ein in allen Querschnitten enges Bündel (Nadelstrahl) aus der Strahlung einer beliebigen Strahlenquelle ausgesondert «-erden kann. 9. Kombination von zwei Blendensystemen nach Anspruch 8, insbesondere zur Erzeugung eines in allen Querschnitten nahezu punktförmigen Bündels (Nadelstrahl) einer beliebigen Strahlung zur rastermikroskopischen Abtastung von Objekten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Relativbewegung des ausgesonderten Strahlenbündels zum Objekt lediglich das der Strahlenquelle zunächst angeordnete Blendensystem bewegt wird, während das dem Objekt direkt benachbarte Blendensystem und das Objekt selbst feststehen. io. Kombination von mehr als zwei Blendensvstemen nach Anspruch i bis g, deren wirksame Öffnungen, die verschieden groß sein können, in einer Achse liegen. i i. Abänderung des Blendensystems nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die alleinigeVer-Wendung des halben Systems, also lediglich eines Spaltes. 12. Verfahren zur Herstellung der für die Blendensysteme nach Anspruch i bis i i benötigten Keile und Quader, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangenden Keile und Quader zwischen mindestens zwei weiteren Keilen bzw. Quadern geschliffen und poliert werden.
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