EP0554814A1

EP0554814A1 - Elektrostatischer Deflektor mit allgemein zylindrischer Grundform

Info

Publication number: EP0554814A1
Application number: EP93101475A
Authority: EP
Inventors: Harald Prof. Ibach; Dieter Bruchmann; Sieghart Dr. Lehwald
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1993-01-30
Publication date: 1993-08-11
Anticipated expiration: 2013-01-30
Also published as: EP0554814B1; US5357107A; DE59310175D1; DE4239866A1

Abstract

Ein elektrostatischer Deflektor mit allgemein zylindrischer Grundform für die Energieselektion geladener Teilchen wird hinsichtlich seiner Fokussierungseigenschaften durch Kombination einer von der ideal-zylindrischen Grundform abweichenden Ausbauchung der zylindrischen Hauptablenkplatten mit stirnseitigen Ablenkplatten (1,2) auf einem repulsiven Potential für eine fokussierende Wirkung senkrecht zur Dispersionsebene optimiert. Die allgemein zylindrischen Hauptablenkplatten (3,4) können alternativ in zumindest 3 Abschnitte (5-7,8-10) senkrecht zur Zylinderachse zerteilt und mit unterschiedlichem Potential beaufschlagt sein. Der mittlere Radial-Abstand zwischen den (ausgebauchten oder unterteilten) Hauptablenkplatten (3,4) ist vorzugsweise zumindest gleich dem halben Abstand zwischen den stirnseitigen Ablenkplatten (1,2) und so bemessen, daß bei Beaufschlagung der letzteren mit einem geeigneten Potential eine näherungsweise sphärische Krümmung der Äquipotentialflächen um den Mittelstrahl und damit eine stigmatische Fokussierung erreicht wird. Die Eingangs- und/oder Ausgangsblende (11,12) ist zweckmäßigerweise gekrümmt und das gleiche gilt für den Eingangs- und/oder Ausgangsspalt des Deflektors. Der Ablenkwinkel ϑ des Deflektors wird wie üblich im Bereich von 100 bis 150° gewählt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Deflektor mit allgemein zylindrischer Grundform für die Energieselektion geladener Teilchen, zwischen dessen entsprechend gestalteten Ablenkplatten beidseits des Mittelstrahls ein gegenüber dem Feld der ideal-zylindrischen Grundform derart zu den Platten hin zunehmend abgeschwächtes Ablenkfeld herrscht, daß der Winkelfehler wenigstens 2. Ordnung in der Dispersionsebene verschwindet.
Zur Energieselektion geladener Teilchen, wie z.B. von Elektronen, werden vorzugsweise elektrostatische Ablenksysteme eingesetzt. Ihre Wirkungsweise beruht auf der unterschiedlichen Ablenkung von Teilchen verschiedener Energie und der dadurch ermöglichten Ausblendung von Teilchen unerwünschter Energie. Als vorteilhafte elektrostatische Energiefilter haben vor allem der Zylinderspiegel, der sphärische Deflektor und der zylindrische Deflektor in der Technik weite Verbreitung gefunden, obwohl grundsätzlich auch ebene Ablenkplatten vorgesehen werden können. Theoretisch wurde auch der toroidale Deflektor untersucht (Hermann Wollnik, Optics of Charged Particles, S. 119, Academic Press, Orlando, 1987).
Alle vorstehend genannten Energiefilter zeichnen sich bei geeigneter Dimensionierung durch Winkelfokussierung mindestens erster Ordnung in den Energiedispersionsebenen aus. Je nach gewählter Geometrie des Filters bilden diese Dispersionsebenen eine Schar von Ebenen, die parallel zueinander, wie beim zylindrischen Deflektor, oder zueinander geneigt sind, wie beim toroidalen und sphärischen Deflektor oder beim Zylinderspiegel. Der sphärische Deflektor und der Zylinderspiegel weisen die besonders vorteilhafte stigmatische Fokussierung auf.
Die Winkelfokussierung erlaubt den fokussierenden Transport von geladenen Teilchen aus einem von Null verschiedenen Raumwinkel durch das Energiefilter. Die Größe des verarbeitbaren Raumwinkels ist aber begrenzt durch Bildfehler, insbesondere Winkelfehler. Diese führen dazu, daß sich die Energiefilterwirkung bei Beaufschlagung mit Teilchen aus einem größeren Raumwinkelbereich verschlechtert. In der Regel muß deshalb der erfaßte Raumwinkel durch Aperturen begrenzt werden. In Analogie zur Lichtoptik kann man auch von einer Begrenzung der Lichtstärke durch die Bildfehler sprechen.
Für zylindrische, toroidale und sphärische Deflektoren ist der kleinste nichtverschwindende Winkelfehler in der Dispersionsebene von zweiter Ordnung im Winkel, wohingegen für den Zylinderspiegel bei geeigneter Auslegung ein winkelfehler erst in dritter Ordnung auftritt. Bezüglich des Winkelfehlers ist also der Zylinderspiegel günstiger zu bewerten als die Deflektoren. Andererseits erlauben Deflektoren die Verwendung von Ein- und Ausgangsspalten, wobei die Energiefilterwirkung in erster Näherung unabhängig von der Spalthöhe ist. Beim Zylinderspiegel hingegen müssen radialsymmetrische Lochblenden als Ein- bzw. Ausgangsspalte verwendet werden. Je nach Anwendungsbereich wird daher entweder Zylinderspiegeln oder Deflektoren der Vorzug gegeben.
Für den sog. elektrostatischen Toroidkondensator mit allgemein zylindrischer Grundform wurde daher bereits eine Korrektur des Winkelfehlers zweiter Ordnung in den Dispersionsebenen durch geeignete gegenläufige Krümmung der Ablenkplatten senkrecht zu den Dispersionsebenen vorgesehen (DE-PS 26 20 877). Bei dieser Anordnung wird eine axiale Krümmung des Potentialverlaufs im Bereich des Mittelstrahls ausgeschlossen (R_e = ∞). Dies bedeutet, daß der beschriebene Deflektor für ein Strahlenbündel um den Mittelstrahl keine fokussierende Wirkung senkrecht zur Dispersionsebene hat. Der Nachteil dieses Konzepts besteht also in einer Begrenzung des nutzbaren Raumwinkels, insbesondere bleibt der Mangel nichtstigmatischer Fokussierung wie beim bekannten Toroiddeflektor oder zylindrischen Deflektor erhalten. Auch war bislang nicht geklärt, inwieweit Randfehler durch Ein- und Austrittsblenden die angegebene Möglichkeit zur Eliminierung des Winkelfehlers zweiter Ordnung beeinträchtigen, da die Berechnungen analytisch sind und von einem ideal toroidalen Feld ausgehen.
Eine Übertragung der beschriebenen Möglichkeit, den Winkelfehler zu eliminieren, auf den sphärischen Deflektor, würde zum Verlust der stigmatischen Fokussierung bei diesem Typ führen, da die stigmatische Fokussierung des sphärischen Deflektors aus der sphärischen Symmetrie desselben resultiert, wohingegen eine sinngemäße Übertragung der beschriebenen Anordnung auf denselben eben eine Abweichung von der sphärischen Symmetrie und damit den Verlust der stigmatischen Fokussierung mit sich bringen würde.
Ziel der Erfindung ist daher ein elektrostatischer Deflektor mit Energiefiltererwirkung und hohem nutzbaren Raumwinkel bzw. vorzugsweise stigmatischer Fokussierung und zumindest zweiter Ordnung verschwindendem Winkelfehler in zumindest einer Dispersionsebene.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen elektrostatischen Deflektor der eingangs genannten Art erreicht, der gekennzeichnet ist durch zusätzliche stirnseitige Ablenkplatten auf einem repulsiven Potential für eine fokussierende Wirkung senkrecht zur Dispersionsebene.
Das in der Dispersionsebene beidseits des Mittelstrahls zunehmend abgeschwächte Ablenkfeld kann durch eine bikonvexe Krümmung bzw. "Ausbauchung" der allgemein zylindrischen Ablenkplatten (die nachfolgend als "Hauptablenkplatten" bezeichnet werden) in der rz-Richtung oder durch eine Unterteilung derselben senkrecht zur Zylinderachse in zumindest 3 Abschnitte erreicht werden, die - auf unterschiedliches Potential gebracht - für einen entsprechenden Verlauf des Ablenkfeldes sorgen. Ggf. können Ausbauchung der Platten und Unterteilung derselben kumulativ vorgesehen werden.
Im nachfolgenden Text werden die beiden Hauptablenkplatten - auch wenn sie in mehrere "Plattenstücke" zerteilt sind - der Einfachheit halber als "zwei Hauptablenkplatten" bezeichnet.
Die stirnseitigen Ablenkplatten sollen vorzugsweise einen zu einer stigmatischen Fokussierung der geladenen Teilchen führenden Durchgriff des Feldes auf den Mittelstrahl ermöglichen.
Dies wird erreicht durch einen mittleren Radial-Abstand zwischen den Hauptablenkplatten, der zumindest gleich dem halben Abstand zwischen den stirnseitigen Ablenkplatten und so bemessen ist, daß bei Beaufschlagung der stirnseitigen Ablenkplatten mit einem Potential geeigneter Stärke eine näherungweise sphärische Krümmung der Äquipotentialflächen um den Mittelstrahl resultiert.
Erfindungsgemäß wird die Krümmung der Äquipotentialflächen innerhalb des Deflektors im wesentlichen unter Verwendung der vier Ablenkplatten durch einen zumindest teilweisen Raumabschluß bei ausreichendem Felddurchgriff auf den Bereich des Mittelstrahls erreicht. Dabei wird die im allgemeinen geometrisch einfache Grundform der Ablenkplatten derart verändert, daß sich unter Erhaltung der Winkelfehler-Eliminierung in der Dispersionsebene eine Fokussierung senkrecht zur Dispersionsebene oder sogar eine stigmatische Fokussierung ergibt.
Die Gestalt der stirnseitigen Ablenkplatten ist der Funktion entsprechend beliebig wählbar; besonders übersichtlich ist eine ebene und parallele Ausführung derselben.
Der resultierende Deflektor, der zur Erleichterung des Verständnisses als von allgemein zylindrischer Grundform definiert ist, bildet mithin einen mit vier Platten arbeitenden Deflektortyp, der nicht eigentlich einer der eingangs genannten sphärischen, zylindrischen oder toroidalen Deflektorformen zuzuordnen ist.
Eine optimale Wirkungsweise (Fokussierung und Lichtstärke) desselben ergibt sich durch zielgerichtete Abstimmung der Einflußgrößen

Verhältnis des Radialabstandes der Hauptablenkplatten zum Abstand der stirnseitigen Ablenkplatten;
Form der Ausbauchung der Hauptablenkplatten und/oder Plattenunterteilung und Potentialbeaufschlagung derselben;
Abstand der Hauptablenkplatten im Verhältnis zum Plattenradius;
Größe der Lücke zwischen den Hauptablenkplatten und den stirnseitigen Ablenkplatten.

Eine solche Optimierung kann durch entsprechende Berechnung des Feldverlaufs mit Variation und Anpassung der Einflußgrößen im bestehenden Rechenprogramm erzielt werden, das als Variable auch den im allgemeinen im Bereich von 100 bis 150° liegenden Ablenkwinkel ϑ des Deflektors umfaßt. Dieser Winkel ϑ wird bei der Optimierung so variiert, daß die gewünschte Fokussierung in der Radialebene am Ausgang des Deflektors erreicht wird.
Zwar wurde bereits von K. Jost (J. Phys. E: Sci. Instr. 12 (1979) S. 1006 ff.) erörtert, daß eine stigmatische Fokussierung auch unter Verwendung nichtsphärischer Ablenkplatten erreicht werden kann, wenn diese durch ein Paar stirnseitiger Ablenkplatten parallel zur Dispersionsebene des Mittelstrahls ergänzt werden. Durch Anlagen eines gegenüber E₀ negativen (bzw. positiven) Potentials an diesem zusätzlichen Plattenpaar kann die Fokussierung senkrecht zur Dispersionsebene des Mittelstrahls unter gleichzeitiger Abschwächung (Verstärkung) der Fokussierung in der Dispersionsebene verstärkt (abgeschwächt) werden, so daß bei einem bestimmten Ablenkwinkel stigmatische Fokussierung erreicht wird. Ein entsprechender Analysator dieser Art mit Hauptablenkplatten, die eine Kugelform näherungsweise realisieren, wurde von Jost angegeben. Numerisch wurde die Wirkung solcher zusätzlichen Ablenkplatten systematisch von H. Ibach untersucht (H. Ibach "Electron Energy Loss Spectrometers", Springer Series in Optical Sciences, Bd. 63 S. 36, Springer-Verlag 1991), und es wurde gezeigt, daß stigmatische Fokussierung auch unter Verwendung von zylindrischen Hauptablenkplatten erreicht werden kann. Bei diesen systematisch untersuchten Anordnungen wird jedoch der bekannte, den sphärischen und zylindrischen Deflektoren eigene Winkelfehler 2. Ordnung in der Dispersionsebene nicht eliminiert.
Erst durch die erfindungsgemäße Kombination des durch ausgebauchte oder unterteilt-potentialbeaufschlagte allgemein zylindrische Hauptablenkplatten erzeugten Ablenkfeldes mit dem ausreichenden Zugriff eines repulsiven Potentials stirnseitiger Ablenkplatten wird sowohl eine Korrektur des Winkelfehlers als auch eine Fokussierung senkrecht zur Dispersionsebene und damit eine wesentliche Erhöhung des erfaßbaren Raumwinkels (in der Terminologie optischer Systeme "höhere Lichtstärke") erzielt.
Da der quadratische Winkelfehler ein negatives Vorzeichen hat, Strahlen mit größerem Winkel also zu stark in radialer Richtung abgelenkt werden, wird diese Eliminierung durch eine zunehmende Abschwächung des Feldes in der Dispersionsebene beidseits des Mittelstrahls erreicht. Diese Abschwächung kann analog zur DE-PS 26 20 877 durch Ausbauchungen der Hauptablenkplatten senkrecht zur Dispersionsebene des Mittelstrahls erreicht werden. Die notwendige Form und Stärke dieser Ausbauchungen, mit denen gerade eine Eliminierung des Winkelfehlers zweiter Ordnung in der Dispersionsebene erzielt wird, wird zweckmäßigerweise durch numerische Simulation der Teilchenbahnen nach bekannten Verfahren ermittelt. Dies gilt besonders dann, wenn Randfeldstörungen durch metallische Ein- und Ausgangsblenden vorhanden sind. In analoger Weise wird die geeignete Potentialbeaufschlagung für zerteilte Hauptablenkplatten ermittelt.
Die Form der Ausbauchungen der "inneren" sowie der "äußeren" Hauptablenkplatte sind prinzipiell unabhängig voneinander ebenso wie deren Verlauf zu den Stirnseiten hin. Besonders einfach realisierbar ist jedoch eine allseits symmetrische Ausführung dieser Platten.
Für die Form und Potentialbeaufschlagung der Hauptablenkplatten gilt folgendes:
Das ideal zylindrische Feld ist das Feld zwischen zwei konzentrischen metallischen Zylindern mit unbegrenzter Ausdehnung entlang der Zylinderachse. Betrachtet man ein geladenes Teilchen der Ladung e, das sich auf einem Kreis zwischen den Zylindern senkrecht zur Achse der Zylinder (im folgenden z-Achse genannt) bewegt, so ist seine Energie E₀ durch

gegeben. Dabei ist ΔV die Spannung zwischen den Zylindern, und R₂ und R₁ sind die Radien des äußeren und inneren Zylinders. Teilchen, die an einem Punkt die Kreisbahn mit dem Radius r₀ unter einem (kleinen) Winkel α in der Kreisebene (im folgenden r, ϑ-Ebene genannt) schneiden, schneiden diese Kreisbahn ein zweites Mal nach einem Ablenkwinkel von
$ϑ_{f} = π/√2 ≈ 127,3°$
. Setzt man an die beiden Schnittpunkte Blenden, so kann Energiefilterung für Teilchen in einem bestimmten Winkelbereich von α erzielt werden. Bezeichnet man die Abweichung von einem vorgegebenen Sollradius r₀ an der Eingangsblende mit y₁ und an der Ausgangsblende mit y₂, so gilt die Abbildungsgleichung

wobei δE die Abweichung von der Energie E₀ ist. Für kleine Winkel α werden also Teilchen mit δE = 0 perfekt auf die Ausgangsblende abgebildet, wobei die Größe des Bildes der Eingangsblende gleich der Größe der Eingangsblende selbst ist. Vorteilhafterweise wird man Eingangs- und Ausgangsblende als Spalt gestalten und die Breiten s dieser Spalte gleich wählen. Die Ausdehnung der Spalte parallel zur Zylinderachse ist, solange diese nicht zu groß wird (H. Ibach, a.a.0., S. 27 ff.), von untergeordneter Bedeutung für die Energieauflösung. Wie aus Gleichung (2) leicht ermittelbar, ist die Basisbreite ΔE_B der transmittierten Energiedurchlaßkurve gegeben durch (H. Ibach, a.a.0., S. 17)

mit α_m dem maximalen Winkel α. Zweckmäßigerweise wird man diesen Winkel α_m auf den Wert begrenzen, bei dem gerade noch Teilchen der Energie E₀ durchgelassen werden. Dafür folgt aus (2)

Ein- und Ausgangsspalt des Zylindrischen Deflektors werden zweckmäßigerweise durch metallische Werkstoffe realisiert, die notwendigerweise Äquipotentialflächen darstellen. Dadurch wird der Ablenkwinkel, bei dem Winkelfokussierung erster Ordnung eintritt, vermindert.
Die vorstehend erläuterten Fokussierungseigenschaften setzen nicht unbedingt die Existenz einer realen Ein- und/oder Ausgangsblende voraus, vielmehr gelten die erläuterten Bedingungen auch dann, wenn der Deflektor z.B. als Teilelement in einer zusammengesetzten Anordnung zur Fokussierung geladener Teilchen ohne Zwischenschaltung gesonderter Blenden vorgesehen wird.
Die für angemessen - um die Schar der Mittelwertstrahbahnen herum beidseits konvex - ausgebauchte Äquipotentialflächen geeignete Formgebung der Ablenkplatten kann auch mit zylindrischen Ablenkplatten angenähert werden, die senkrecht zur z-Achse jeweils wenigstens drei Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen. Dabei muß die innere zylindrische Ablenkplatte in Richtung der Zylinderachse zu den Zylinderstirnseiten hin jeweils zunehmende Krümmungsradien aufweisen und die äußere Ablenkplatte abnehmende Krümmungsradien aufweisen. Besonders einfach ist eine Ausführung, bei der die einzelnen Abschnitte jeweils konstante Radien haben. Die beschriebene Krümmung der Äquipotentialflächen in der rz-Ebene läßt sich auch dadurch erzielen, daß man zylindrische Ablenkplatten der bekannten Art verwendet, diese jedoch entlang der z-Achse in wenigstens drei Abschnitte unterteilt und die verschiedenen Abschnitte mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt.
Ganz allgemein ist schließlich auch eine freie Gestaltung der Ablenkplatten möglich, wobei sich die optimale Formgebung ausgehend von einer einfachen geometrischen Grundform durch numerische Berechnung von Teilchenbahnen nach bekannten Verfahren ergibt. Eine Möglichkeit, solche optimale Formgebung zu finden, besteht z.B. darin, daß man die Ablenkplatten der gewählten Grundform in den numerischen Rechnungen in zahlreiche Sektionen unterteilt und dann in der Berechnung der Teilchenbahnen diese mit verschiedenen Spannungen beaufschlagt. Die für eine korrigierte Fokussierung errechnete Potentialverteilung an den Plattensektionen liefert eine Schar von Äquipotentialflächen mit zunehmender Abschwächung des Ablenkfeldes zu den Ablenkplatten hin. Wählt man nun als Form für die Realisierung von metallischen Ablenkplatten zwei beliebige äußere Äquipotentialflächen dieser Äquipotentialflächenschar und beaufschlagt man diese Ablenkplatten mit einer je nach Teilchenart und -energie zu wählenden Spannungsdifferenz, so resultiert das gewünschte Abbildeverhalten gemäß der Erfindung.
Die erwähnte Randabschwächung des Ablenkfeldes in der Dispersionsebene kann auch durch Ausbauchungen der Zylinderflächen in den Dispersionsebenen verstärkt werden. Dabei können die Zylinderflächen parallel zur Zylinderachse Abschnitte aufweisen, deren Krümmungsradien sich voneinander unterschieden.
Allgemein wird vorzugsweise eine zur mittleren Dispersionsebene spiegelsymmetrische Kontur der Ablenkplatten vorgesehen.
In Verbindung mit den vorstehenden Eigenheiten kann eine gekrümmte Eingangs- und/oder Ausgangsblende nützlich sein sowie ggf. gekrümmte Ein- und/oder Ausgangsspalte.
Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben; es zeigen im einzelnen:

Figur 1: einen Deflektor mit vier Ablenkplatten, Eingang- und Ausgangsblende;
Figur 2: eine zu Fig. 1 alternative Querschnittsform der Hauptablenkplatten;
Figur 3: die Querschnittsform einer Annäherung der Ablenkplatten des 4-Platten-Typs durch nur 2 Hauptablenkplatten, die der Hüllkurve errechneter Äquipotentialflächen entspricht, die gemäß Fig. 1 erzielt werden;
Figur 4: einen Deflektor mit zerteilten Hauptablenkplatten;
Figur 5: die Ergebnisse einer numerischen Simulation von Teilchenbahnen in einem Deflektor gemäß Fig. 1;
Figur 6: einen Querschnitt durch einen Deflektor gemäß Fig. 1 mit Äquipotentialflächen;
Figur 7: eine numerische Simulation von Teilchenbahnen in einem Deflektor gekrümmten Hauptablenkplatten gemäß DE-PS 26 20 877, aber ohne stirnseitige Ablenkplatten;
Figur 8: Querschnittsvarianten zu Fig. 2, unterschiedlicher Potentialbeaufschlagung; und
Figur 9: eine Deflektor-Variante mit Ausbauchung in der Dispersionsebene.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen bewirken die stirnseitigen Ablenkplatten (Deckelplatten) 1 und 2 durch Anlegen einer geeigneten Spannung im Zusammenwirken mit den weiteren Ablenkplatten 3 und 4 bzw. 5 - 10 die stigmatische Fokussierung des Spaltes der Blende 11 auf den Spalt der Blende 12. Zur Erzielung eines ausreichenden Durchgriffs des Feldes der Deckelplatten wird der Abstand zwischen den Ablenkplatten 3 und 4 bzw. 5 - 7 und 8 - 10 vorzugsweise nicht kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen den Deckeln 1 und 2 gewählt, um eine stigmatische Fokussierung zu erzielen. Der Ablenkwinkel in der Dispersionsebene beträgt bei den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 1 und 4 145°. Der optimale Wert für den Ablenkwinkel hängt von dem Verhältnis der Radien der Ablenkplatten 3 und 4 bzw. 5 - 7 und 8 - 10 ab, sowie ferner von dem Abstand zwischen den Deckelplatten 1 und 2 und muß durch numerische Simulation ermittelt werden. Die zur Eliminierung des Winkelfehlers wenigstens zweiter Ordnung notwendige Abschwächung des Ablenkfeldes beiderseits des Mittelstrahls wird im Ausführungsbeispiel 1 durch die gegenläufige Krümmung der Ablenkplatten 3 und 4 senkrecht zur Dispersionsebene erreicht. Die Radien dieser Krümmungen müssen ebenfalls durch numerische Simulation berechnet werden. Eine vergleichbare Wirkung kann auch durch eine Segmentierung der Ablenkplatten 3 und 4 in je drei Teile 5 - 7 und 8 - 10 erreicht werden. Die Segmente müssen dann mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden, und zwar so, daß die Potentialverteilung ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wird. Ersichtlich wird dazu die Spannung an 8 und 10 negativer als die Spannung an 9 und die Spannung an 5 und 7 positiver als die Spannung an 6 zu wählen sein. Die Segmentierung der Ablenkplatten hat den Vorteil einer größeren Flexibilität bei der Einstellung optimaler Fokussierungsbedingungen und der Elimination des Winkelfehlers. Dem steht als Nachteil eine größere Komplexität der Spannungsversorgung gegenüber.
Für einen Deflektor gemäß Fig. 1 wurden die Teilchenbahnen (Elektronenbahnen) durch numerische Simulation ermittelt. Fig. 5a zeigt einen Schnitt in der zentralen Dispersionsebene und Elektronenbahnen, die mit den Winkeln α = -10, -5, 0, +5 und +10 Grad in den Deflektor eintreten. Fig. 5b zeigt die Projektion der Teilchenbahnen senkrecht zur Dispersionsebene für die Einschußwinkel β = -2, -1, 0, +1 und +2 Grad. Ersichtlich wird eine Fokussierung sowohl bezüglich des Winkels α in der Dispersionsebene als auch bezüglich des Winkels β senkrecht zur Dispersionsebene, also eine stigmatische Abbildung erzielt. In Fig. 5c ist die Austrittsposition als Funktion des Eingangswinkels α in der Dispersionsebene dargestellt. Die Abbildung demonstriert die fast winkelfehlerfreie Abbildung. Die Form der Äquipotentialflächen, die zu dem in Fig. 5 beschriebenen Ergebnis führen, ist in einem Querschnitt senkrecht zur Dispersionsebene in Fig. 6 dargestellt. Es ist offensichtlich, daß die gleichen Abbildungseigenschaften auch zu erzielen wären mit einer Anordnung von nur zwei Ablenkplatten, die in ihrer Formgebung den gezeigten Äquipotentialflächen entsprechen.
Fig. 7 zeigt schließlich die Ergebnisse einer numerischen Simulation eines Deflektors entsprechend DE-PS 26 20 877, d.h. ohne zusätzliche stirnseitige Abdeckplatten. Wie in Fig. 5 zeigt 7a einen Schnitt in der zentralen Dispersionsebene und Elektronenbahnen, die mit den Winkeln α = -6, -3, 0, +3 und +6 Grad in den Deflektor eintreten. Fig. 7b zeigt die Projektion der Elektronenbahnen senkrecht zur Dispersionsebene für Einschußwinkel β = -2, -1, 0, +1 und +2 Grad. In 7c ist wieder die Austrittsposition als Funktion des Eingangswinkels α in der Dispersionsebene dargestellt. Ersichtlich gelingt die Winkelfehlereliminierung nicht ganz so gut wie bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1. Auch erzwingt die Vorschrift für winkelfehlerfreie Abbildung nach DE-PS 26 20 877 ein Verhältnis der Hauptkrümmungsradien, das näher an 1 liegt als beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Dadurch können Deflektoren entsprechend DE-PS 26 20 877 schon aus geometrischen Gründen keinen größeren Winkel α verarbeiten, ohne daß eine Berührung der Ablenkplatten durch die Elektronen eintritt. Wie 7b zeigt, weist der Deflektor ferner keine Fokussierung senkrecht zur Dispersionsebene auf.
Insgesamt weist also der erfindungsgemäße Deflektor deutliche Vorteile gegenüber allen bisher bekannten Deflektortypen auf.
Die gezeigten Anordnungen gemäß Fig. 8 sind symmetrisch konzipiert, und die Radien der einzelnen Abschnitte sind jeweils abschnittsweise konstant. Das Kreuz markiert das Zentrum der Teilchenbahnen. Die Deckelplatten 1 und 2 werden auf Potentiale gebracht, die dem arithmetischen Mittel der an den Ablenkplatten 3 und 4 vorgesehenen Potentiale entsprechen (Fig. 8a) bzw. abweichend davon auf ein negativeres Potential (Fig. 8b). Die gepunkteten Linien markieren die Äquipotentialflächen.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die innere Ablenkplatte 3 und äußere Ablenkplatte 4 in ihrer Form zwei in Fig. 8b gezeigten Äquipotentialflächen entsprechen. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Ablenkplatten in Ebenen senkrecht zur Zeichenebene jeweils eine konstante Krümmung. Das Kreuz markiert das Zentrum der Teilchenbahnen. Die Äquipotentialflächen sind durch gepunktete Linien markiert.

Claims

Elektronischer Deflektor mit allgemein zylindrischer Grundform für die Energieselektion geladener Teilchen, zwischen dessen entsprechend gestalteten Ablenkplatten beidseits des Mittelstrahls ein gegenüber dem Feld der ideal-zylindrischen Grundform derart zu den Platten hin zunehmend abgeschwächtes Ablenkfeld herrscht, daß der Winkelfehler wenigstens 2. Ordnung in der Dispersionsebene verschwindet,
gekennzeichnet durch
zusätzliche stirnseitige Ablenkplatten auf einem repulsiven Potential für eine fokussierendende Wirkung senkrecht zur Dispersionsebene.
Elektrostatischer Deflektor nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine bikonvexe Krümmung bzw. Ausbauchung der allgemein zylindrischen Ablenkplatten (Hauptablenkplatten) in rz-Richtung und/oder eine Unterteilung derselben senkrecht zur Zylinderachse in zumindest 3 Abschnitte und Mittel zur gesonderten Potentialbeaufschlagung der einzelnen Abschnitte.
Elektrostatischer Deflektor nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
einen mittleren Radialabstand zwischen den (ausgebauchten oder unterteilten) Hauptablenkplatten, der zumindest gleich dem halben Abstand zwischen den stirnseitigen Ablenkplatten und so bemessen ist, daß bei Beaufschlagung der stirnseitigen Ablenkplatten mit einem Potential geeigneter Stärke eine näherungsweise sphärische Krümmung der Äquipotentialflächen um den Mittelstrahl erreicht wird.
Elektrostatischer Deflektor nach Anspruch 2 oder 3,
gekennzeichnet durch
ebene stirnseitige Ablenkplatten.
Elektrostatischer Deflektor nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
zueinander parallele stirnseitige Ablenkplatten.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderradius der Hauptablenkplatten in Richtung der Zylinderachse abschnittsweise verändert ist.
Elektrostatischer Deflektor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius der einzelnen Plattenabschnitte jeweils konstant ist.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine zusätzliche Ausbauchung der Hauptablenkplatten in den Dispersionsebenen.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine zur mittleren Dispersionsebene spiegelsymmetrische Kontur der Hauptablenkplatten.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine der durch vier Ablenkplatten gemäß Anspruch 1 optimierten Feldverteilung angenäherte Ablenkplattenkontur von nur zwei Ablenkplatten.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangsblende und/oder die Ausgangsblende gekrümmt ist.
Elektrostatischer Deflektor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingangs- und/oder der Ausgangsspalt eine Krümmung aufweist.