DE918884C - Elektronenspiegel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur elektronenoptischen Abbildung von Elektronen aussendenden oder reflektierenden Körpern, oder auch von solchen, die mit Elektronen durchstrahlt werden.

Es ist bekannt, die Abbildung mittels Elektronenstrahlen unter Verwendung von elektrischen oder magnetischen Linsen vorzunehmen. Die bisher bekannten Linsensysteme besitzen meist noch den Fehler, daß die von einem Punkt ausgehenden Elektronenstrahlen verschiedener Geschwindigkeit nicht wieder in einem Punkt vereinigt werden. Dieser chromatische Fehler macht sich insbesondere bei größerer Geschwindigkeitsvierteilung der Elektronen störend bemerkbar. Bisher ließ sich dieser Fehler nicht in zufriedenstellender Weise beheben, weil es noch nicht gelungen ist, Elektronensysteme mit zerstreuender Linsenwirkung in praktisch brauchbaren Formen zu schaffen. Die Ausbildung von elefctronenoptischen Sammellinsen dagegen bietet heute keine grundsätzlichen Schwierigkeiten mehr.

Durch das Fehlen von elektranenoptischen Zerstreuungslinsen war daher die Abbildung mittels Elekrronenstrahlen unter Verwendung von Linsen bisher in gewissem Maß beschränkt. Diese Beschränkung läßt sich niun dadurch beheben, daß für die elektronenoptische Abbildung Elektronenspiegel mit mindestens einer die Elektronen auf die Geschwindigkeit Null abbrenisieniden Elektrode (Spiegelelektrode) auf einem gegenüber dem Ort, an. dem die Elektronen die Geschwindigkeit Null haben, negativen Potential verwendet werden, bei denen er-

*) Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. phil. Walter Henneberg f, Berlin-Reinickendorf

fmdungsgemäß- dieser Elektrode eine Lochblende vorgelagert ist, welche so negativ ist oder den Strahlengang in solcher Entfernung umgibt, daß sie van keinen Elektronen getroffen werden kann. Es ist an sich bekannt, Elektronenspiegel durch im Strahlengang befindliche aufgeladene Netze, mit denen optische Linsen oder Spiegel nachgebildet werden, zu bilden. Derartige Spiegel haben aber den Nachteil, daß sie durch Absorption von. Elektronen und wegen des Durchgriffs durch die Netzlöcher den Strahlengang· in unerwünschter Weise beeinflussen. Bei den Spiegeln nach der Erfindung sind dagegen keine die Elektronen absorbierenden und diffus streuenden Elektroden im Strahlengang vorhanden.

Die Elektronenspiegel lassen sich im Gegensatz zu den Elekttoinenliinisen auf einfache Weise sowohl als Sammelspiiegel als auch als Zerstreuuragsspiegel oder als ebene Spiegel ausbilden. Es ist also möglieh, die elektronenoptische Abbildung beispielsweise leiner elektronenemittiereinden Fläche nur unter Verwendung eines oder mehrerer Elektronenspiegel vorzunehmen. In vielen Fällen ist es jedoch von. Vorteil, die Spiegel mit Elektronenlinsen bzw. Liinsensystemien zu kombinieren. Es entstehen auf diese Weise Abbildungssysteme, deren chromatischer Fehler unter Umständen erheblich verringert bzw. praktisch beseitigt ist.

Ein Elektronenspiegel mach der Erfindung kann also aus einer fiächenhaft ausgedehnten, die Elektronen auf die Geschwindigkeit Null abbremsenden Elektrode (Spiegelelektrode) auf einem negativen Potential (negativ hier und im folgendien gegenüber der Elektronenquelle [Glüh- oder Photokathode od. dgl.] oder, falls als Elektronenquelle ein bestrahlter oder durchstrahlter Körper bezeichnet wird [Elektronen reflektierende Platte, durchstrahlte Folie], gegenüber dem Potential des Ortes, an. dem die Elektronen die Geschwindigkeit Null haben) und einer dieser vorgelagerten, den gesamten Elektronenstrahl freigebenden blendenfÖranigen Elektrode bestehen, 'deren Potential weniger negativ oder positiv im oben definierten Sinne ist. Zwischen der (nicht notwendig ebenien) Blende und der Spiegelelektrode bilden sich Potentialflächen aus, an denen die ankommenden Elektronen je nach ihrer Geschwindigkeit früher oder später reflektiert werden. Die Spiegelelektrode kann dabei je nach der geforderten Wirkung dels Spiegels konkav oder konvex gekrümmt oder aber plan sein.

Die Erfindung sei näher an Hand der Zeichnung erläutert.

Abb. ι stellt den idealisierten Fall eines homogenen Verzögerungsfeldes F dar, durch welches die Funktion eines Elektroneinspiegels, hier insbesondere eines ebenen Spiegels, sehr gut veranschaulicht wird. Erreichen Elektronen verschiedener VoItenergie U₁ und U₂ auf dem mit AB bezeichneten Wege das durch die Pofcntäallinien. (Flächen) F dargestellte elektrische Feld, so werden sie Parabeln verschiedener Krümmung beschreiben und bei geringerer Geschwindigkeit U₁ z. B. an der Fläche F₁ reflektiert werden. Bei höherer Geschwindigkeit U₂ dagegen findet -die Reflexion erst an einer Fläche negativeren Potentials, z. B. an der Fläche F₂, statt. Die Folge davon ist, daß der aus Elektronen mehrerer Geschwindigkeiten bestehende Strahl AB in mehrere Teilstrahlen C₁D₁, C₂D₂ usw., entsprechend den Anfangsgeschwindigkeiten der Elektronen, zerlegt wird. Die einheitliche reflektierende Spiegelfläche, wie sie beispielsweise aus der Optik bekannt ist, ist hier also ersetzt durch eine Reihe reflektierender Potentialflächen. Die Potentialfläche, an der z. B. ein Elektronenstrahl der Voltenergie U₁ reflektiert wird, hat dabei das Potential — U₁, bezogen auf das Raumgebiet, in dem die Elektronenges chwindigkeit Zu-J-CZ₁ bestimmt wurde, also das Potential 0 gegenüber dem Ort, an dem Elektronenges chwindigkeit Null ist.

Wie die Gestalt und die Zahl der Elektroden zu wählen sind, hängt von der gewünschten Form des Spiegels ab, z. B. Planspiegel oder Sammelspiegel. In den Abb. 2 bis 5 sind Ausführungsbeispiele des Elektronienspiegels gemäß der Erfindung dargestellt. Die Abb. 2 iind 3 zeigen Spiegel, die vorzugsweise Sammelwirkung besitzen.

Bei der Anordnung gemäß Abb. 2 ist die Spiegelelektrode ι parabolisch gegen den ankommenden Elektronenstrahl gebogen. Sie liegt bei der Verwendung 'einer Anodenspannung von z.B. 75 Volt an einer Spannung von z.B. —2 5VoIt. Vor der Spiegelöffnung ist die blendenförmige Elektrode 2 angebracht. Sie liegt beispielsweise auf Anodenpotential. Die Größe der Blendenöffnung ist so bemessen, daß der Elektronenstrahl A möglichst nicht behindert wird. Der Raum vor der Elektrode 2 ist feldfrai.

Zwischen den Elektroden· 1 und 2 bilden sich, wie in der Abbildung gezeichnet, Potenrialflächen aus, von denen eine dem Elektronenstrahl A einheitlicher Geschwindigkeit als Reflexionsfläclhe dient. Ob der Elektronenspiegel als Sammelspiegel oder aber als ebener oder als Zerstreuungsspiegel wirkt, hängt von der Geschwindigkeit der Elektronen und dem Potential der Elektroden ab. Ist die Geschwindigkeit der Elektronen in bezug auf das Potential der Flächenelektrode 1 groß., so wird eine Reflexion erst, wie gezeichnet, an einer entsprechend der Elektrode gekrümmten Potentialfläche stattfinden. Der Spiegel besitzt in diesem Falle also Sammelwirkung. Bei geringerer Elektronengeschwindigkeit findet die Reflexion etwa schon an der ebenen oder an einer der konvex gekrümmten Potentialfläcben statt. Das Potentialfeld des Spiegels wirkt also dann entweder als ebener Spiegel oder aber als Zersrreuungs'spiegel. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Elektronenstrahlien an den der Elektrode 1 zunächst liegenden Potenüalflächen reflektieren zu lassen. Diese Potentialflächen sind der Form der Elektroden am meisten angepaßt und lassen sich durch 'entsprechende Ausbildung der Elektrode 1 am einfachsten und sichersten festlegen.

Der Raum vor der Lochblende 2 braucht nicht unbedingt feldfrei zu sein. Vielmehr kann die Blende selbst beispielsweise als Beschleunigungselektrode dienen, d.h. als Anode (oder bei Vorhandensein

einer oder mehrerer Voranoden als letzte Anode) ausgebildet sein. Ferner können an Stelle der einen Blende zwei oder mehr vorgesehen sein. Die Form der Potentialfläche läßt sich dann unter Umständen besser beeinflussen.

Soll der Spiegel als Sammelspiegel wirken, so kommen also als Reflexionsflächen nur die Potentialflachen in 'der Nähe der Elektrode in Frage. Daß in größerer Entfernung meist noch anders gekrümmte

ίο Potentialflächen vorhanden sind, ist praktisch ohne Bedeutung, da die Wirksamkeit dieser Flächen wegen der hier noch großen Elektronengeschwindigkeit gegenüber der Wirksamkeit der in der Nähe der Elektroden gelegenen Potentialflächen nur gering ist.

Der in Abb. 3 dargestellte Sammelspiegel besitzt eine Spiegelelektrode 1 in Form einer Kugelkappe. Die Lochblende 2 ist hier nach dem Innern der Kugel zu trichterförmig ausgewölbt. Es wird da-

ao durch eine gute Anpassung auch der entfernteren Potentialflächen an die Kugelform der Elektrode 1 gewährleistet.

Abb. 4 zeigt beispielsweise einen Zerstreuungsspiegel. Die Elektrode 1 ist konvex halbkugelig ge-

a5 wölbt, während die Lochblende 2 als Metalltrichter ausgebildet ist. Die Anpassung der Potentialflächen an die Elektrode 1 wird dadurch erheblich günstiger. Der hier beispielsweise aus Elektronen zweier verschiedener Geschwindigkeiten bestehende Strahlt.

wird in zwei Teilstrahlen (Reflexionsstrahlen) zerstreut.

Abb. 5 stellt beispielsweise einen Planspiegel gemäß der Erfindung dar. Die Flächenelektrode 1 ist wiederum gegenüber der Lochblende 2 negativ aufgeladen. Bei geringen. Elektronengeschwindigkeiten findet die Reflexion jedoch nicht an den nahezu ebenen Potentialflächen, sondern an den entfernter liegenden konvex gewölbten Potentialflächen statt. Das Elektrodensystem wirkt dann als Zerstreuungsspiegel.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Flächenelektrode als massives Blech ausgebildet. Es ist jedoch aucih möglich, in diesem Blech ein oder mehrere Löcher vorzusehen, um den Potentialliniewverlauf in bestimmter Weise zu beeinflussen.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Elektronenspiegel mit mindestens einer die Elektronen auf die Geschwindigkeit Null abbremsendien Elektrode (Spiegelelektrode), auf einem gegenüber der Kathode oder dem Ort, an dem die Elektronen die Geschwindigkeit Null haben, negativen Potential, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Elektrode eine Lochblende vorgelagert ist, welche so negativ ist oder den Strahlengang in solcher Entfernung umgibt, daß sie von keinen Elektronen getroffen werden kann.
2. 2. Elektronenspiegel nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode aus einem massiven Metallblech besteht.
3. 3. Elektronenspiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode gegen, den ankommenden Elektronenstrahlengang eben, konkav, z. B. kugelig oder parabolisch, oder konvex gewölbt ist.
4. 4. Elektronenspiegel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelelektrode ein oder mehrere Löcher besitzt.
5. 5. Elektronenspiegel -nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenelektrode zwecks Anpassung an die Form der Spiegelelektrode ausgewölbt ist.
6. 6. Elektronenspiegel nach Anspruch 5, dadurch gekemnzeichnet, daß die Blendenelektrode als Trichter ausgebildet ist.
7. 7. Elektronenspiegel ,nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet duroh mehrere vorgelagerte Wenden förmige Elek troden.
8. 8. Elektronenspiegel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenelektrode gleichzeitig als Beschleunigungselektrode für den Elektronenstrahl dient.
9. 9. Anordnung zur elektronenoptiscben Abbildung, enthaltend einen oder mehrere Elektronenspiegal nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
10. ι o. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Elektronenspiegeln auch Elektxonenliinsen oder Linsensysteme vorgesehen, sind.
11. 11. Kombination eines oder mehrerer Elektronenspiegel nach Anspruch 1 bis 8 mit einer oder mehreren Elektronenlinsen, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Konstanten der einzelnen Spiegel und Linsen derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Kombination chromatisch korrigiert ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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