SU1236568A1 - Сканирующее устройство дл воспроизведени изображени образца - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам . Цель изобретени  - упрощение устройства достигаетс  обеспечением сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклон ющей системы (ОС) зонда и исключени  специальной ОС сдвига с относительно мощным прецизионным усилителем. Сканирующее устройство содержит источник 1 зар женны.х частиц, электронно-оптическую систему 2 формировани  электронного зонда 3, катушки 4 и 5 ОС зонда и объектодержатель 6. Схема визуализации изображени  содержит детектор 7 и усилитель 8 сигналов изображени , соединенный с модул тором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, соединенный через усилители 11 и 12 развертки с катушками 13 и 14 ОС ЭЛТ 9, блок 15 управлени  увеличением, соединенный с входами 16 и 17 усилителей 18 и 19 развертки зонда, каждый из которых имеет блок 20 усилени  и резистор 23 отрицательной обратной св зи. Дл  достижени  цели в усилители 8 и 19 введены управл емый усилитель 21 и сумматор 22. Устройство также содержит формирователи 24 и 25 сдвига растра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. сл to со О5 ел 05 00

Description

Изобретение относитс  к электронной микроскопии, в частности к растровым электронным микроскопам и микроанализаторам.

Цель изобретени  - упрош,ение устройства , достигаемое за счет обеспечени  сдвига растра по образцу непосредственно с помощью отклон ющей системы зонда и исключени  специальной отклон ющей системы сдвига с относительно мощными прецизионными усилител ми.

На фиг. 1 показана обща  структур- на  схема устройства; на фиг. 2 - схема формировател  сдвига растра.

Сканирующее устройство воспроизведени  изображени  образца содержит (фиг. 1) источник 1 зар женных частиц, электронно-оптическую систему 2 формировани  электронного зонда 3, катущки 4 и 5 отклон ющей системы зонда и объекто- держатель 6. Схема визуализации изображени  содержит детектор 7 и усилитель 8 сиг- налов изображени , выход которого соединен с модул тором электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 9, синхрогенератор 10, выходы которого через усилители 11 и 12 развертки электронного луча соединены с катушками 13 и 14 отк.юн ющей системы ЭЛТ 9. Схема включает также блок 15 управлени  увеличением , выход которого соединен с управл ющими входами 16 и 17 двух усилителей 18 и 19 развертки зонда. Каждый из этих усилителей содержит блок 20 усилени , управл емый усилитель 21, сумматор 22 и резистор 23 отрицательной обратной св зи (ООС). При этом первый вход блока 20 усилени  соединен с выходом синхрогенера- тора 10, а второй вход - с выходом управл емого усилител  21, первый вход которого соединен с выходом сумматора 22, а его второй вход  вл етс  управл ющим входом 16 усилител  18 развертки зонда.

Выход блока 20 усилени  через катущку 1 отклон ющей системы зонда соединен с первым выводом резистора 23 и первым вхо- дом суматора 22, второй вход которого соединен с выходом формировател  24 сдвига растра. Аналогичным образом второй формирователь 25 сдвига растра соединен с сумматором другого усилител  19 развертки зонда, Формирователь сдвига 24(25) может быть выполнен по схеме (фиг. 2), содержащей генератор 26 импульсов, соединенный через ключ 27 с реверсивным счетчиком 28, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразовател  (ЦАП) 29, выход которого  вл етс  выходом форми- ровател  сдвига растра. Управл емый усилитель 21 может быть выполнен по схеме перемножающего дополнительного ЦАП.

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент усилени  усилителей с ООС описываетс  выражением

KEF f4- BKl

(1)

где КЕ-коэффициент усилени  усилител 

при отключенной ООС; В - коэффициент передачи напр жени 

цепи ООС.

Применительно к усилител м развертки зонда, при условии, что нагрузкой усилител   вл етс  резистор ООС, выражение дл  коэффициента усилени  напр жени  развертки ., которое поступает с синхрогенерато- ра 10 на вход блока 20 усилени , описываетс  следующим образом.

К,

КБУ-КОС

(г)

J+ КС-КУУ-КБУ-КОС где КБУ - коэффициент передачи блока усилени ;

Кос-коэффициент передачи выходного напр жени , усилител  18 через катущку 4 отклон ющей системы зонда на резистор 23 ООС; KC - коэффициент передачи сумматора 22;

КУУ - коэффициент передачи управл емого усилител  21.

Выражение дл  коэффициента усилени  напр жени  сдвига, поступающего на второй вход сумматора 22 с формировател  24 сдвига , описываетс  следующим образом:

,, Kc lJ/yKsy Кос

1+ КС-КУУ-КБУ-КОС

(3)

Таким образом, если на вход блока 20 усилени  поступает напр жение UP развертки с синхрогенератора 10, на второй вход сумматора 22 поступает напр жение Uc, пропорциональное величине перемещени  растра по образцу с формировател  сдвига 24, величина тока в катущках 4 и 5 отклон ющей системы зонда описываетс  выражением

i - П1

lot-lu l+K -Kyr-KEy-K.

, ir Кс К: 7 Ябу Код 1

. . ,, и . .V/ й

1+Кс-Куу-Кв -Кос Rot

(4)

где Roc - величина сопротивлени  резистора ООС.

При условии КУУ КБУ Кос . 1 и Кс«; 1, выражение (4) с больщой точностью - можно преобразовать в следующее:

Uc

(5)

Up 1

Ros . Roc

Из выражени  (5) следует, что в усилителе 18 развертки зонда производитс  сум.ми- рование двух напр жений и преобразование суммы в отклон ющий ток развертки. Первое слагаемое определ ет размер растра на образце и характеризуетс  обратной зависимостью от коэффициента передачи управл емого усилител  КУУ, а второе слагаемое определ ет смещение растра на образце и пр мо пропорционально напр жению сдвига Uc. Изменение увеличени  за счет изменени  К.УУ не влечет за собой смещение растра. Следовательно, катушки 4 и 5 отклон ющей системы зонда совмещают функции развертки и дополнительного отклонени  зонда, что и позвол ет исключить отклон ющую систему сдвига.

Изменение увеличени  в предлагаемом устройстве сводитс  не к установке коэффициента усилени  мощного усилител  путем переключени  ключей во входной цепи и цепи ООС, а к изменению коэффициента усилени  маломощного управл емого усилител  21. Возможность управлени  сдвигом маломощным сигналом позвол ет исключить мощные прецизионные усилители сдвига и упростить схему визуализации.

Как следует из формулы (5), точность установки заданного размера растра на образце и стабильность установленных размеров определ етс  точностью установки и стабильностью коэффициента усилени  КУУ управл емого усилител  21. Точности и стабильности можно добитьс , если управл емый усилитель 21 выполн ют по схеме перемножающего ЦАП. Коэффициент перемножающего ЦАП пропорционален коду на его цифровых входах

КУУ a-N,

где а - коэффициент пропорциональности;

N - значение кода на цифровых входах в дес тичной форме.

Поскольку КУУ определ ет размер растра на образце, то, использу  значение кода на входе ЦАП и введ  поправки, св занные с рабочими режимами микроскопа, можно просто индицировать увеличение устройства.

При проведении исследований оператору желательно иметь оперативную информацию о месте нахождени  растра на образце.

Если растр по образцу перемещать дискретно с заданным шагом, это позвол ет разбить весь образец на зоны, каждую из которых можно характеризовать координатами и, определив начало координат, с точностью до одного щага знать местонахождение растра на образце. Это можно осуществить , если в предлагаемом устройстве формирователи 24 и 25 сдвига выполнить по схеме, содержащей ЦАП, двоичный реверсивный счетчик, ключ и генератор импульсов.

При этом с выходов счетчика снимаетс  информаци  о координате растра.

Сформированный электронно-оптической системой 2 зонд 3 отклон етс  с помощью усилителей 18 и 19, развертки зонда и кату- щек 4 и 5 отклон ющей системы по сигналам синхрогенератора 10, образу  на поверхности образца растр квадратной или пр моугольной формы. Синхронно с зондом 3 с помощью усилителей II и 12 развертки электронного луча и катушек 13 и 14 отклон ю

15

щей системы ЭЛТ 9 по сигналам синхрогенератора 10 отклон етс  электронный луч, образу  растр на экране трубки. Возникающий при зондировании образца эффект (вторичные, отраженные, поглощенные электроны , катодолюминесценци  и т.п.) воспринимаетс  детектором 7 и преобразуетс  в сигнал изображени , который через усилитель 8 сигнала изображени  поступает на модул тор ЭЛТ, образу  видимое, уве10 личенное изображение образца.

Установка величины увеличени  производитс  через блок 15 управлени  увелич- нием путем установки соответствующего коэффициента усилени  управл емых усилителей 21 в цепи ООС усилител  18 развертки зонда и такого же управл емого усилител  в цепи ООС усилител  19. Выбор участка визуализации образца или его панорамный обзор производитс  по сигналам с формирователей 24 и 25 сдвига, поступающим

2Q на второй вход сумматора 22 в цепи ООС усилител  18 и на второй вход аналогичного сумматора в цепи ООС усилител  19. Через усилители 18 и 19 посредством отклон ющей системы зонда производитс  дополнительное его отклонение и соответствующий

25 сдвиг растра по образцу.

Если формирователь сдвига выполнен по схеме (фиг. 2),сигнал сдвига формируетс  следующим образом.

Оператор, замыка  ключ 27, посылает необходимое число импульсов с генератора

26 в реверсивный двоичный счетчик 28. Число этих импульсов определ ет число щагов перемещени  растра, а преобразование этих импульсов в ступенчатый сигнал сдвига осуществл етс  в ЦАП 29. При этом на выходах счетчика 28 имеетс  информаци  о коорди нате растра на образце, которую можно вывести на цифровые индикаторы. В случае получени  панорамных снимков оператор должен переключить растр по одной из координат на его линейный размер. Дл  этого

40 необходимо послать в счетчик определенное число импульсов, соответствующее величине такого перемещени .

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   45 1. Сканирующее устройство дл  воспроизведени  изображени  образца, содержащее источник зар женных частиц, электронно-оптическую систему формировани  электронного зонда, катущки отклон ющей системы зонда и объектодержатель, а также схему визуализации изображени , включающую детектор и усилитель сигналов изображени , выход которого соединен с модул тором электронно-лучевой трубки, синхрогене- ратор, выходы которого через усилители

   55 развертки электронного луча соединены с катушками отклон ющей системы трубки, блок управлени  увеличением, выход которого соединен с управл ющими входами двух

   50

   5

   усилителей развертки зонда, блок усилени  каждого из которых первым входом соединен с выходом синхрогенератора, а выходом через соответствующую катушку отклон ющей системы зонда - с первым выводом резистора отрицательной обратной св зи, второй вывод которого соединен с общей щиной усилител  развертки зонда, и два формировател  сдвига растра, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  устройства, каждый усилитель развертки зонда снабжен последовательно соединенными сумматором и управл емым усилителем, причем первый вход сумматора соединен с первым выводом резистора отрицательной обратной св зи, второй вход сумматора соединен с выходом соответствующего формировател  сдвига растра, второй вход управл емого уси26

   -

   Фиг. 2

   лител  служит управл ющим входом усили тел  развертки зонда, а выход управл емого усилител  соединен с вторым входом блока усилени .
2. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что управл емый усилитель выполнен по схеме перемножающего цифроаналогового преобразовател .
3. 3.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что формирователь сдвига растра содержит

   генератор импульсов, ключ, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь , причем выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а выходы счетчика соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразовател , выход которого  вл етс  выходом формировател  сдвига растра.

   2(25)

   29

   -

   -J

   А

   -

   2В