Przedmiotem wynalazku jest zespól elektronooptyczny przeznaczony do wytwarzania sku¬ pionej wiazki elektronowej w urzadzeniach elektronowiazkowych, a szczególnie w elektronowym mikroskopie rastrowym.Z monografii: P. W. Hawkes, Elektron optics and electron microscopy, Taylor Francis Ltd, 1972, znane sa zespoly elektronooptyczne przeznaczone do wytwarzania skupionej wiazki elektro¬ nowej w elektronowym mikroskopie rastrowym. Sa to zwykle uklady zlozone z wyrzutni elektro¬ nowej, soczewek elektronowych i ukladów dodatkowych jak np. uklady odchylajace, centrujace, korekcyjne itp. Skupianie wiazki elektronowej na plaszczyznie roboczej polega na odwzorowaniu na tej plaszczyznie zrenicy wyjsciowej wyrzutni elektronowej za pomoca soczewek elektronowych.Srednica zrenicy wyjsciowej stosowanych zazwyczaj wyrzutni termoemisyjnych jest rzedu 10/rni, podczas gdy, ze wzgledu na wymagana zdolnosc rozdzielcza mikroskopu, srednica wiazki elektro¬ nowej w plaszczyznie roboczej powinna byc mniejsza od 10 nm. Oznacza to, ze soczewki elektro¬ nowe zastosowane w ukladzie powinny zapewnic odwzorowanie zrenicy wyjsciowej wyrzutni z powiekszeniem rzedu 10" . Uzyskuje sie to zwykle przez zastosowanie trzech soczewek elektrono¬ wych. Pierwsza z nich liczac od plaszczyzny roboczej, noszaca nazwe soczewki obiektywowej, skupia wiazke elektronowa na tej plaszczyznie i z tego wzgledu jest soczewka o dosc dlugiej ogniskowej umozliwiajacej uzyskanie powiekszenia rzedu 0,1. Dwie pozostale soczewki, noszace nazwe soczewek kondensatorowych, musza zatem zapewnic laczne powiekszenie rzedu 10~3 lub tez mniejsze.Soczewki elektronowe stosowane w znanym zespole elektronooptycznym elektronowego mikroskopu rastrowego sa z reguly magnetycznymi soczewkami oslonietymi, z oslona wykonana z miekkiego materialu magnetycznego. Kazda z tych soczewek sklada sie z zewnetrznej oslony magnetycznej w ksztalcie toroidu i wewnetrznej oslony magnetycznej w ksztalcie tulei, polaczonych ze soba w sposób trwaly lub rozbieralnie. We wnece toroidujest umieszczona cewka magnetyczna, nawinieta na odpowiednim karkasie. W plaszczyznie poprzecznej do osi otworu, w tulei stanowia¬ cej wewnetrzna oslone magnetyczna jest wykonana szczelina, a wzdluz osi tego otworu jest wprowadzana wiazka elektronowa. Pole magnetyczne wytworzone na skutek przeplywu pradu elektrycznego przez uzwojenie cewki magnetycznej jest skoncentrowane w tej czesci otworu w2 141 550 wewnetrznej oslonie magnetycznej, w której zlokalizowana jest szczelina i oddzialywuje na wiazke elektronowa jak soczewka. Szczelina dzieli wewnetrzna oslone megnetyczna na dwa segmenty zwane nabiegunnikami. Bledy obrazu wytwarzanego przez soczewke zaleza od jednorodnosci materialu nabiegunników, symetrii ich ksztaltu i wzajemnego rozmieszenia.W celu zmniejszania bledów obrazu soczewke magnetyczna wyposaza sie w wymienny zespól nabiegunników polaczonych ze soba w jedna calosc za posrednictwem przekladki diamagnetycznej lub paramagnetycznej. Taki zespól wymiennych nabiegunników moze byc wykonany bardziej precyzyjnie i z lepszych materialów, niz pozostale elementy oslony magnetycznej.Dla uproszczenia konstrukcji mikroskopu soczewki kondensorowe czesto sa polaczone ze soba w.sposób trwaly. Uzwojenia cewek magnetycznych tych soczewek laczy sie równiez szere¬ gowo, by umozliwic ich zasilanie z jednego zródla pradu. Taki zespól soczewek jest nazywany podwójnym kondensatorem lub kondensatorem dwusoczewkowym.Niedogodnoscia techniczna znanych rozwiazan zespolów elektronooptycznych jest duza liczba soczewek elektronowych wchodzacych w jego sklad. Powoduje to, ze zespól elektronoopty- czny ma duze rozmiary i duza mase co z kolei obniza jego stabilnosc mechaniczna i niekorzystnie wplywa na zdolnosc rozdzielcza mikroskopu. Komplikujeto równiez obsluge zespolu elektronoop¬ tycznego, jak na przyklad okresowe czyszczenie elementów wewnetrznych, zwieksza koszt jego wykonania jak i koszt wykonania niezbednych zasilaczy soczewek o duzej stabilnosci.Wynalazek dotyczy zespolu elektronooptycznego, skladajacego sie z wyrzutni elektronowej i ukladów dodatkowych oraz co najmniej jednej soczewki magnetycznej. Soczewka ma postac cewki magnetycznej oslonietej przez wykonane z materialu ferromagnetycznego: zewnetrzna magnety¬ czna oslone w ksztalcie toroidu i wewnetrzna magnetyczna oslone w ksztalcie tulei z otworem wzdluz osi symetrii.Istota zespolu elektronooptycznego wedlug wynalazku polega na tym, ze przynajmniej w jednej magnetycznej soczewce wewnetrzna magnetyczna oslona jest przecieta w kierunku poprze¬ cznym do osi symetrii przez co najmniej dwie szczeliny, korzystnie wypelnione przekladkami z materialu nieferromagnetycznego. Odleglosci miedzy sasiednimi szczelinami sa co najmniej kil¬ kakrotnie wieksze od szerokosci tych szczelin i od mierzonych na granicy tych szczelin srednic otworu, wykonanego wzdluz osi symetrii wewnetrznej magnetycznej oslony.Korzyscia techniczna wynikajaca ze stosowania zespolu elektronooptycznego wedlug wyna¬ lazku jest moziwosc zmniejszenia liczby soczewek elektronowych przy zachowaniu wymaganego powiekszenia. Dzieki temu zmniejsza sie masa i rozmiary zespolu elektronooptycznego, a wzrasta stabilnosc mechaniczna jak i upraszcza sie jego obsluga. Nizszy jest równiez koszt wykonania zespolu elektronooptycznego jak i zasilaczy soczewek.Przedmiot wynalazku jest objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedsta¬ wia zespoól elektronooptyczny w przekroju poprzecznym.Zespól elektronooptyczny sklada sie z elektronowej wyrzutni 1, magnetycznej soczewki 2, pelniacej funckje soczewki kondensorowej, magnetycznej soczewki 3, pelniacej funkcje soczewki obiektywowej oraz dodatkowych ukladów 4, takich jak: uklady odchylajace, centrujace czy tez korekcyjne. Magnetyczna soczewka 2, wykonana jest w postaci cewki magnetycznej 5, oslonietej przez wykonane z materialu ferromagnetycznego: zewnetrzna magnetyczna oslone 6 w ksztalcie toroidu i wewnetrzna magnetyczna oslone 7 majaca postac tulei o symetrii obrotowej z otworem 8 wykonanym wzdluz osi tej oslony 7. Wewnetrzna magnetyczna oslona 7, polaczona w sposób rozbieralny z zewnetrzna megnetyczna oslona 6, jest przecieta przez dwie poprzeczne do osi symetrii szczeliny 9, na segmenty, stanowiace nabiegunniki. Nabiegunniki sa polaczone w jeden wymienny zespól miedzianymi przekladkami przylutowanymi w szczelinach 9. Magnetyczna cewka 5 jest wykonana w postaci uzwojenia z miedzianego drutu, nawinietego na karkasie 10.Karkas 10 stanowi jednoczesnie element oslony prózniowej w soczewce i za posrednictwem uszczelek 11 jest polaczony próznioszczelnie z zewnetrzna oslona 6. Korzystnie jest, jesli czesc karaksu 10 stanowi korekcyjnypierscien 12 umieszczony w polowie wysokosci srodkowegonabie- gunnika i wykonany z materialu ferromagnetycznego. Pozostale elementy karkasu 10 powinny byc wykonane z materialu diamegnetycznego lub paramagnetycznego — na przyklad z mosiadzu.Magnetyczna soczewka 3 jest zbudowana zgodnie ze znanymi zasadami i jest wyposazona tylko w jedna szczeline 13.141550 3 Tak zbudowany zespól elektronooptyczny dziala nastepujaco. Wiazka elektronowa wyemi¬ towana i przyspieszona w elektronowej wyrzutni 1 zostaje skierowana do megnetycznej soczewki 2 i biegnie wzdluz osi otworu 8.Przeplyw pradu elektrycznego przez uzwojenie magnetycznej cewki 5 powoduje powstanie pola magnetycznego. Strumien magnetyczny zamyka sie w obwodzie utworzonym przez zewnetr¬ zna oslone 6 i wewnetrzna oslone 7. W rejonie szczelin 9 pole magnetyczne ulega rozproszeniu i wnika do wnetrza otworu 8. Powstaja tu zatem obszary niejednorodnego pola magnetycznego o symterii obrotowej, kazdy obszar oddzialywuje na wiazke elektronowa jak soczewka. Rozklad pola magnetycznego na osi kazdej szczeliny 9 oraz odleglosci ogniskowe, powstalych tu soczewek zaleza miedzy innymi od szerokosci 8 szczelin 9 i srednicy d otworu 8. Jesli stosunek szerokosci szczelin s do srednicy otworu d równa sie jednosci, to minimalna odleglosc ogniskowa f kazdej soczewki, powstalej w rejonie szczelin 9 mozna obliczyc ze znanych z literatury wzorów, po zaadoptowaniu ich do przypadku soczewki wieloszczelinowej f^0,5 [ s2 + 0,45 d2 ] !/2^0,6s, przy natezeniu pradu I, plynacego przez uzwojenie magnetycznej cewki 5, wynoszacym: i= i£ivu n gdzie k — liczba szczelin, n — liczba zwojów uzwojenia cewki, U — napiecie przyspieszajace wiazke elektronowa W tym przypadku minimalne powiekszenie M magnetycznej soczewki 2 wyniesie: m~ *" ^(0,6s)k a-lk"1 a-lk"1 jesli a/s —d, l/s—d, gdzie a — odleglosc zrenicy wyjsciowej elektronowej wyrzutni 1 od pierwszej szczeliny 9, 1 — odleglosc miedzy szczelinami 9.W przykladowej magnetycznej soczewce 2 z dwiema szczelinami 9 przy zachowaniu odleglosci a i 1 wieloktrotnie wiekszych od szerokosci s szczelin mozna uzyskac powiekszenie rzedu 10~3 lub mniejsze, a wiec takie, jakie uzyskuje sie przy zastosowaniu dwusoczewkowego kondensora.Strumien magnetyczny plynacy wzdluz wewnetrznej oslony 7 ma tendencje do rozpraszania sie w kierunku osi otworu 8 takze na odcinku pomiedzy szczelinami 9, co mogloby doprowadzic do powstania dodatkowej, niekontrolowanej soczewki. Aby temu zapobiec karkas 10 ma wlutowany, ferromagnetyczny korekcyjnypierscien 12, który zwieksza efektywna srednice wewnetrznej oslony 7 na danym odcinku. Karkas 10 stanowijednoczesnie element oslony prózniowej, dzieki czemu ma mala srednice wewnetrzna. Pozwala to na zmniejszenie sredniej dlugosci zwoju i mocy pradu zasilajacego magnetyczna cewke 5 o okolo 30% w stosunku do klasycznego kondensatora dwuso¬ czewkowego z wymiennymi nabiegunnikami.Kolejna magnetyczna soczewka 3, przez która przebiega wiazka elektronowa na swej drodze do plaszczyzny roboczej, stanowi rozwiazanie klasyczne zjedna szczelina 13. Jej powiekszenie wynosi okolo 0,1 w zwiazku z czym powiekszenie koncowe jako iloczyn powiekszen obu magnety¬ cznych soczewek 2 i 3, moze byc mniejsze od 10~4. Tegorzedu powiekszenie moznaby uzyskac w zespole elektronoDptycznym wedlug wynalazku stosujac tylko jedna magnetyczna soczewke 2 z trzema szczelinami 9. W tym przypadku nie mozna jednak uzyskac niezaleznej regulacji powiek¬ szenia i polozenia plaszczyzny zogniskowania wiazki elektronowej. Srednice d otworu 8 w rejonie szczelin 9, ich szerokosc s oraz odleglosci 1 miedzy szczelinami nie musza byc jednakowe.4 141550 Zastrzezenie patentowe.Zespól elektronooptyczny, skladajacy sie z wyrzutni elektronowej i ukladów dodatkowych oraz co najmniej jednej soczewki magnetycznej w postaci cewki magnetycznej oslonietej przez wykonane z materialu ferromagnetycznego: zewnetrzna magnetyczna oslone w ksztalcie toroidu i wewnetrzna magnetyczna oslone w ksztalcie tulei z otworem wzdluz osi symetrii, znamienny tym, ze przynajmniej w jednej magnetycznej soczewce (2) wewnetrzna magnetyczna oslona (7) jest prze¬ cieta w kierunku poprzecznym do osi symetrii przez co najmniej dwie szczeliny (9), korzystnie wypelnione przekladkami z materialu nieferromagnetycznego, a odleglosci (1) miedzy sasiednimi szczelinami (9) sa co najmniej kilkakrotnie wieksze od szerokosci (s) tych szczelin (9) i od mierzo¬ nych na granicy tych szczelin (9) srednic (d) otworu (8), wykonanego wzdluz osi symetrii wewnetr¬ znej magnetycznej oslony (7).Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL