WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«Лекция 12. Виды аберраций в электронных линзах План лекции: Виды аберраций в электронных линзах. Геометрическая аберрация. Сферическая аберрация. Кома. Астигматизм. Дисторсия. Хроматическая ...»

Лекция 12. Виды аберраций в электронных линзах

План лекции: Виды аберраций в электронных линзах. Геометрическая аберрация. Сферическая

аберрация. Кома. Астигматизм. Дисторсия. Хроматическая аберрация. Дифракция Френеля. Действие пространственного заряда в электронных пучках. Методы корректировки пучка заряженных

частиц.

Виды аберраций в электронных линзах. До сих пор, говоря об изображениях, создаваемых

электронными линзами, мы предполагали все траектории з.ч. параксиальными, что приводило к возможности получения неискаженных изображений.

1. На самом деле все траектории, кроме одной, совпадающей с осью Z, будут в той или иной степени непараксиальными и, следовательно, получаемые с их помощью изображения не будут совпадать с изображениями, построенными на основе теории параксиальных лучей. В этом случае появляются искажения изображения – так называемые геометрические аберрации.

Геометрическая аберрация. Представим себе линзу (рис. 12.1) в виде некоторой эквивалентной плоскости Л, в которой преломляются электронные лучи. При этом радиальный размер линзы всегда бывает ограничен некоторой величиной d, так называемой апертурой линзы.

Тогда параксиальные лучи 1 и 2, исходящие из некоторой точки А с координатой rA в плоскости предмета, должны собраться в некоторой точке A/ в плоскости параксиального изображения (плоскости Гаусса). Если же наряду с этим из точки А исходят лучи, неудовлетворяющие Рис. 12.1. Схема возникновение условиям параксиальности, например лучи 3 и 4, геометрической аберрации то их траектории не будут соответствовать результатам теории первого порядка. Эти лучи не / падают в точку А, а отклоняются от нее на некоторую величину r, которая, очевидно, и может считаться мерой геометрической аберрации.



При этом считается, что аберрация положительная, если r 0, т. е. непараксиальный луч преломляется сильнее, чем следует из теории первого порядка, и, наоборот, отрицательной, если r 0.

Геометрические аберрации электронных линз, как правило, положительны. Анализ результатов расчетов величин аберраций показывает, что геометрическая аберрация пропорциональна Rл3, где Rл – расстояние от оси линзы до точки пересечения луча с плоскостью изображения точки А/.

2. Следует также иметь в ви

–  –  –

Рис. 12.5. Схема образования Рис. 12.6. Влияние дисторсии на искажение изображения: а – подисторсии душкообразная; б – бочкообразная; в – сложная (анизотропная) В результате объект, имеющий вид прямоугольной сетки, будет изображен линзой в виде фигуры, представленной на рис. 12.6, а. Возникнет так называемая подушкообразная дисторсия.

Отметим, что в отличие от предыдущих случаев, где речь шла об искажении изображения точки объекта, в данном случае аберрация заключается в искажении масштаба изображения различных участков объекта.

Если бы аберрация была отрицательной, то очевидно, что линейное увеличение, даваемое линзой, с удалением от оси должно было бы уменьшаться. В результате объект, имеющий вид прямоугольной сетки, изобразился бы в виде фигуры, представленной на рис. 12.6, б и возникла бы так называемая бочкообразная дисторсия.

В любом случае дисторсия зависит от размеров объекта и пропорциональна rz3.

Отметим, что пять видов геометрических аберраций, свойственных электростатическим электронным линзам, в принципе присутствуют все одновременно (рис.12.6, в). Степень искажения изображения за счет той или иной аберрации зависит от характера используемых электронных пучков, от того, где в наибольшей степени в плоскости объекта или плоскости линзы их непараксиальность проявляется наиболее сильно. И лишь в одной точке объекта, лежащей на оси, как должно быть ясно из сказанного выше, все аберрации, кроме сферической, исчезают.

3. Кроме того, полагалось, что скорости всех з.ч. одинаковы. На самом же деле в пучке всегда имеет место некоторый разброс з.ч. по скоростям. А так как оптическая сила электронных линз зависит от скорости з.ч., то изображения, получаемые в реальных немонокинетических (пучки, в которых з.ч. имеют разную энергию в интервале значений от Е1 до Е2) или по аналогии со световой оптикой немонохроматических пучках, будут также искажаться. Вследствие немонохроматичности пучков з.ч. появляется так называемая хроматическая аберрация. Кроме того, ионы и электроны, создавая пространственный заряд, взаимодействуют друг с другом (это не учитывалось ранее), что может служить дополнительным источником искажений изображения.

Хроматическая аберрация. Причиной хроматической аберрации является разброс з.ч. по скоростям, обусловленный, в первую очередь, разбросом начальных скоростей и приобретенной в результате ускорения энергией. Согласно выражениям для фокусных расстояний электростатической и магнитной линз, в случае увеличения скорости з.ч. линзы становятся слабее. Следовательно, параллельный, даже параксиальный пучок з.ч., состоящий из з.ч. с несколько различными скоростями (например, 12 на рис.

9.42), не сойдется в одной точке на оси – фокусе линзы, а образует ряд фокусов, каждый из которых соответствует определенной скорости электронов. В любой плоскости, перпендиРис. 12.7. Схема образование кулярной оси Z, вместо точки получается круг рассеяния диахроматической аберрации метром d, тем больший, чем больше разброс электронов по скоростям в пучке.

Диаметр круга может быть определен в виде:

где U – потенциал, соответствующий разбросу з.ч. по скоростям в пучке.

Размер круга и, следовательно, хроматическая аберрация могут быть уменьшены путем уменьшения апертуры линзы или увеличением ускоряющего напряжения. Снижение величины U возможно, если использовать для получения пучков электронов низкотемпературные катоды, т.е.

уменьшать начальную энергию электронов.

В случае использования магнитных линз должна наблюдаться дополнительная хроматическая аберрация от угла поворота.

Дифракция Френеля. Как указывалось, уменьшение апертуры электронных линз приводит к уменьшению как геометрических, так и сферической аберраций. Однако, как известно, электроны обладают волновыми свойствами, и эти свойства могут в определенных условиях оказаться определяющими.

Рис. 12.8. Дифракционные полосы или эффект дифракция Френеля Например, если длина волны становится соизмеримой с размерами апертуры, то начинает заметно проявляться дифракция электронных волн, которая подобно дифракции световых лучей определяет предел разрешающей способности оптической системы.

Однако если для световых лучей длина волны измеряется величинами порядка 100 нм, то для сравнительно медленных электронов, прошедших разность потенциалов U =100В, = 0,122 нм.

Особенностью дифракции Френеля является то, что она возникает в результате взаимодействия цилиндрической волны пучка электронов со сферической волной, возникшей в результате взаимодействия пучка электронов с атомами образца.

На рис. 12.8 представлен случай возникновения дифракционных полос в результате наложения цилиндрической волны пучка электронов на плоскую волну рассеяния от края образца.

Действие пространственного заряда в электронных пучках. Взаимодействие з.ч. в пучке, как правило, одного знака приводит к расширению пучков, т. е. к появлению искажений в электронных изображениях. Например, точка объекта, испускающая электроны, отображается не в виде точки, а в виде пятна с размытыми контурами.

Влияние пространственного заряда сказывается тем сильнее, чем больше величина тока пучка и чем меньше скорость з.ч., или чем меньше разность потенциалов, пройденная з.ч. Последнее означает, что чем ниже скорость з.ч., тем больше время её пролета в рабочем объеме прибора и тем сильнее сказывается эффект взаимодействия между з.ч.

Мерой взаимодействия между з.ч. принято считать так называемый фактор пространственного заряда или первеанс, численно равный P = IU–3/2, где I – ток пучка, U – пройденная ими разность потенциалов.

Практически в большинстве «классических» электронно- и ионно-лучевых приборов, где обычно используются пучки з.ч., первеанс не превышает величин порядка 109 А/В3/2.

Методы корректировки пучка з.ч. Вследствие сложной взаимосвязи оптической силы электронной линзы с аберрациями различного вида для их компенсации используют корректирующие системы – стигматоры. Принцип работы стигматоров основан на локальном искажении поля (магнитного или электрического) с целью минимизации искажения изображения. Так, в качестве стигматоров могут применяться квадрупольные линзы со сферическими электродами (рис. 12.9).





Принцип работы такой линзы состоит в следующем. Предположим, что пучок элекРис.12.9. Схема действия электростатического тронов, имеющий круглое сечение, попадает в квадруполя на пучок з.ч.

электростатическое поле, создаваемое с помощью четырех сферических электродов. Под действием электрического поля электроны будут притягиваться к сферическим электродам, находящимся при положительном потенциале (+), и отталкиваться от сферических электродов, находящихся при отрицательном потенциале (–).

Следовательно, в квадруполе имеются плоскости собирающего и рассеивающего действия: для электронов, двигающихся в плоскости Xx’, квадруполь ведет себя подобно рассеивающей линзе, а для электронов, двигающихся в плоскости YY’, он подобен собирающей линзе; для электронов, идущих в промежуточных плоскостях, эти два влияния складываются или, точнее, компенсируют друг друга.

Одиночный квадруполь не может создавать изображение точечного объекта в виде точки, так как он формирует линию. Чтобы получить точечное изображение, применяют две или более (например, четыре, шесть и т.д.) последовательно установленные квадрупольные линзы, суммарное действие которых позволяет получить точечное изображение.

В настоящее время в электронных микроскопах применяются преимущественно магнитные квадрупольные линзы, которые могут иметь от четырех до двенадцати полюсов. Изменяя ток в отдельных обмотках полюсов, можно существенно скомпенсировать искажения изображения, возникшие в результате аберраций электронной линзы. Использование электростатических и магнитных квадруполей ограничено достаточно сложной их настройкой, поскольку траектория электронов

Похожие работы:

«ПУБЛИЧНЫЙ ДОКЛАД о состоянии и результатах деятельности системы образования Находкинского городского округа за 2014 – 2015 учебный год г. Находка 2015 год 1. Введение Публичный доклад управления образования администрации Находк...»

«Муниципальное учреждение "Институт муниципальных проблем" К.В. ХАРЧЕНКО СОЦИОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ТЕХНОЛОГИИ Белгород 2008 ББК 60.5 Х 22 Р е ц е н з е н т ы: кандидат социологических наук, доцент Л.М. Бакшеева кандидат социологических наук, доцент О.В. Быхтин заместитель главы администрации – руководитель аппарата администраци...»

«Положение об использовании дистанционных образовательных технолоДата:25.02.09 гий. Выпуск 1 Изменений 0 Экземпляр №1 Лист 1/11 ФГОУ ВПО РГАЗУ УТВЕРЖДЕНО решением Ученого совета университета от " 25 " _февраля 2009 г. Ректор РГАЗУ Дубовик В...»

«Ледовская Наталья Николаевна О КАЧЕСТВЕННОЙ ПРИРОДЕ СЛОВ И ИХ СПОСОБНОСТИ К ГРАДУИРОВАНИЮ (НА МАТЕРИАЛЕ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА) Статья посвящена содержательно-формальной категории качество, рассматриваемой в неразрывной связи с категорией количество. Автор акцентирует внимание на качественной природе слов сквозь призму ген...»

«УДК 792.2 (470.41-25)(091) Ю.А.Благов КАЗАНСКИЙ РУССКИЙ ДРАМАТИЧЕСКИЙ ТЕАТР В ПРОЦЕССЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗ ЧАСТНОЙ АНТРЕПРИЗЫ В РЕПЕРТУАРНЫЙ СОВЕТСКИЙ ТЕАТР (1919-1939 ГГ.). Статья

«  Порицание по вопросам разногласий  [  Русский–Russian–   ]    Мухаммад Салих альМунаджид   Перевод: Арсен Шабанов Проверка: Абу Абдурахман Дагестани 2010  1431   " "     : : 1341 – 0102   Допускается ли порицание в рамках тех вопросов, относительно...»

«АНАЛИЗ РЫНКА АКЦИЙ: АНАЛИЗ РЫНКА АКЦИЙ СНГ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ БАНКОВСКИЙ СЕКТОР российски операторов оссийских Сравнение российских операторов связи с крупнейшими операторами крупнейшими оп...»

«ЕДИНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА В СФЕРЕ ЗАКУПОК Руководство пользователя Обязательное общественное обсуждение закупок Версия 6.4 Листов: 83 Москва Наименование ПС: ППО ЕИС Стр. 2 Код документа: Аннотация Настоящий документ представляет собой руководство пользователя по работе с функциональной областью "Обязательные обще...»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.