Brevet FR2137883A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne un canon à électrons du type à émission de champ, qui convient particulièrement pour une source d'électrons dans un microscope électronique du type à balayage et analogues. 5 Un canon à électrons classique ne comporte pas de moyens pour contrôler un faisceau d'électrons émis par la pointe de cathode . Il est par conséquent impossible d'obtenir un faisceau d'électrons stable pendant une longue durée à l'aide dudit canon à 10 électrons. Un premier but de la présente invention est de fournir un canon à électrons du type à émission de champ possédant des moyens pour contrôler un faisceau d'électrons de façon à obtenir un faisceau d'électrons stable pendant une longue durée, 15 Un autre but de la présente invention est de fournir un ca non à électrons du type à émission de champ possédant des moyens de contrôle pour stabiliser automatiquement un faisceau d'électrons . Afin de réaliser les buts précités, la présente invention est 20 remarquable par l'emploi d'une électrode de contrôle disposée au voisinage de ladite pointe de cathode et reliée à une source de tension de contrôle. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre 25 comment l'invention peut être mise en pratique. Les figures 1, 2 et 5 sont des schémas synoptiques montrant des modes de réalisation de l'invention, respectivement. A la figure 1, un canon à électrons du type à émission de champ possède une pointe de cathode 1 en forme d'aiguille fixée 30 à un filament 6, une première anode 2 ayant un trou de passage 4 du faisceau d'électrons, une seconde anode 3 ayant un trou de passage 5 du faisceau d'électrons, une électrode de contrôle 7> une première source de tension 8 connectée entre la première anode 2 et la pointe de cathode 1, une seconde source de tension 9 connectée 35 entre la seconde anode 3 et la pointe de cathode 1, et une source de tension de contrôle 10 connectée entre l'électrode de contrôle 7 et la pointe de cathode 1. Dans le canon à électrons précité, si une première tension d'environ 2 à 5 KV est appliquée entre la première anode 2 et 40 la pointe de cathode 1 par la première source de tension 8 et si 72 17225 2 2137883 une seconde tension d'environ 20 à 50 KV est appliquée entre la seconde anode 3 et la pointe dé cathode 1 par la seconde source de tension 9, respectivement, un champ électrique important est produit, adjacent au sommet de la pointe de cathode 1, faisant 5 que les électrons émis par ladite pointe de cathode 1 sont dirigés vers la première anode 2. Le faisceau d'électrons passant à travers le trou 4 de la première anode 2 est concentré au moyen d'un champ électrique formant lentille produit entre les premières et seconde anodes, de telle sorte que le faisceau d'électrons finement 10 concentré peut être obtenu à partir du trou 5 de la seconde anode 3 et est utilisé d'une manière bien connue. Le champ électrique précité formant lentille dépend du rapport de tension (^2) des tensions respectives appliquées aux pre- V1 15 mière et seconde anodes. De plus, l'intensité du faisceau d'électrons dépend npn seulement de la condition de surface de la pointe de cathode 1, mais également du champ électrique produit adjacent à celle-ci, à sa-voirde la tension appliquée à la première anode. 20 Dans ce cas, la condition de surface de la pointe de cathode varie avec le temps et s'il n'y a pas de moyens pour contrôler ladite condition de surface, comme dans le dispositif connu, il est impossible de maintenir de façon stable le faisceau d'électrons dû à ladite émission de champ. 25 D'autre part, puisque ladite intensité du faisceau d'élec trons dépend dudit champ électrique pour l'émission de champ aussi bien que ladite condition de surface de la pointe de cathode, 'il peut être possible de maintenir ledit faisceau d'électrons à une valeur constante en contrôlant ledit champ électrique. Toutefois, 30 ainsi qu'il ressort de la description ci-dessus, la tension appliquée à la première anode 2 ne devrait pas être contrôlée pour contrôler ledit champ électrique, parce que, si on le fait, ledit rapport de tension2) varie, par conséquent le champ électrique V1 35 formant lentille varie. De cette manière, même s'il est possible de maintenir de façon stable l'émission de champ des électrons provenant de la pointe de cathode 1 en contrôlant ladite tension V^, le faisceau d'électrons obtenu à travers le trou 5 de la seconde anode 3 varie, comp-^0 te tenu des raisons précitées, et par conséquent, après tout, il 72 17225 2137883 efct impossible d'obtenir le faisceau a1 électrons nve-.* a t. structure connue. Aussi le mode de réalisation 1? - la figure 1 est muni de ladite éleztroèe de cx.-trt:.... V et de 5 dite sourcè de tonsion de oonrrôle le. Une plaque conductrice cessée v.i'c - ou*--?.*--. .; -a~''.-.le le fournir une tens'le contrôle V pouvant aller de 0 à Y- volts et qui e^*réalésée de manière bien connue, sont utilisée:-. en tant qu'éieotrode de oon-10 trôle 7 et que source de tension de contrôle 10, respectivement. L'électrode de contrôle J est disposée à courte distance derrière le sommet de la pointe dé cathode 1 et en parallèle avec la première anode 2 d'une manière telle que le filament 6 avec la pointe de cathodé 1 soit positionné dans l'ouverture II de l'électro-15 de de contrôle 7 qu'une tension de contrôle V 'soit appliquée à partir de la source de tension de contrôle 10 entre la pointe de cathode 1 et l'électrode de contrôle 7. Le champ électrique adjacent à la pointe de cathode 1 peut être contrôlé en faisant- varier ladite tension de contrôle V" ap- c 20 pliquée à l'électrode de contrôle J, tandis que ladite première tension est maintenue constante. Dans ce cas, spécifiquement, puisque l'électrode de contrôle 7 est disposée en parallèle avec la première anode 2, et de plus, puisqu'elle est disposée derrière la pointe de cathode 1, même si 25 le champ électrique appliqué à la pointe de cathode 1 varie par modification de la tension de contrôle V , la répartition du champ électrique développé dans l'espace entre la pointe de cathode 1 et la première anode 2, n'est presque jamais modifiée. En effet, le faisceau d'électrons, dû à l'émission de champ, provenant de la 50 pointe de cathode 1 peut être contrôlé sans créer un efiet de lentille entre la pointe de cathode 1 et la première anode 2. Par conséquent, puisque la tension appliquée à la pi -anode 2 peut être maintenue constante, l'effet de lentille éxeu trique dans un espace d'accélération entre les deux anodes 2 et 3 35 dépendant du rapport de tension (V2) peut être uOu îîiCti.îi^6^riLX V1 constant. En effet, il est possible de modifier le faiici-c. lectrons émis sans modification de la caractéristique éle. ;\e tique du dispositif. 40 Dans le cas ci-dessus, l'électrode de contr^ ■ 7 'P rad original 7? 2137883 derrière la pointe ne e^thcde la mais la présente invention n'est pas limitée ~eulerr~;r: à un ;:el arrangement, Par exemple, une électrode annulaire ayant une grande ouverture 11 peut être disposée au voisinage de la peinte de cathode de façon à entourer la pointe 5 de cathode 1, comme représenté à la figure 2, en tant qu'électrode de contrôle 7. La figure 3 représente entaore un autre mode de réalisation possédant un système de contrôle automatique selon la présente invention. 10 A la figure 3, un comparateur 13 possède une résistance 14, une source de tension de référence 15 et un amplificateur différentiel 16. Lorsqu'un objet 12 est frappé au moyen du faisceau d'électrons e_ émis par le canon à électrons précité, un courant circulant dans l'objet 12 est appliqué à la résistance 14 et par 15 conséquent un signal ou tension de détection apparaît airs bornes de la résistance 14* Ce signal de détection est comparé à un signal du tension de référence provenant de la source 15 de tension de référence par l'amplificateur différentiel 16. Comme résultat de ceci, une tension de différence entre les deux dits signaux 20 est produite et est appliquée à un circuit de contrôle 17. Le circuit de contrôle 17 fournit un signal de contrôle qui est appliqué à la source de tension-de contrôle 10 et augmente ou diminue la tension de contrôle de celle-ci pour réduite ladite tension de référence à zéro. 25 Dans le mode de réalisation ci-dessus, l'objet. 12 est, par exemple, un échantillon dans un microscope électronique du type à balayage dans lequel le canon à électrons est seulement représenté en tant qu'une des parties principales de celui-ci à la figure 3 parce que -les autres parties sont bien connues dans la tech-30 nique. De plus, le procédé de détection du-faisceau d'électrons émis n'est pas limité à la manière représentée à la figure 3 mais un détecteur électronique approprié pour ce procédé de détection peut lui ^tre substitué. 35 En outre, différents circuits bien connus de l'homme de l'art moye- peuvent être u"i?-isés ers tar4* que circuit de contrôle. En outre., la r.r^sente i vv,--ntion est particulièrement efficace darse un 3 a 'ooirte de cathode est cl" fée f'n fo-1^'n-^' r -*: -"io à ~ — 00 C"-? Tj1 il S S r1 ''V' ^ ^ ^V.v.nft'o^w 1 a t; *î ~n r" çi £>0 g ctC0 bad original 72 17225 5 2137883 Selon vm tel arrangement, puisqu'une probabilité d'absorption de gaz résiduels dans le dispositif par rapport à la pointe de cathode est réduite du fait du chauffage de la pointe de cathode, le faisceau d'électrons émis par celle-ci varie consécutivement (diminue) pendant- plus d'une heure jusqu'à ce que la pointe de cathode parvienne à un état stable où sa surface est saturée par lesdits gaz après le début du fonctionnement et par conséquent on voit que l'application de la présente invention à un tel cas comme mentionné ci-dessus est efficace. 72 17225 6 2137883 REVENDICATIONS 1 - Canon à électrons du type à émission de champ, comprenant une pointe de cathode en forme d'aiguille, une première anode espacée de ladite pointe de cathode pour diriger sur elle les élec- 5 trons émis par ladite pointe de cathode, une première source de tension pour appliquer une différence de potentiel entre ladite pointe de cathode et ladite première anode de façon à créer un champ électrique pour une émission de champ, une seconde anode espacée de ladite première anode et une seconde source de tension 10 pour appliquer une différence de potentiel entre lesdites première et seconde anodes, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de contrôle disposée au voisinage de la pointe de cathode pour contrôler un faisceau d'électrons émis par ladite pointe de cathode et une source de tension de contrôle connectée entre ladite pointe 15 de cathode et ladite électrode de contrôle pour appliquer une tension de contrôle entre elles, si bien que ledit faisceau d'électrons peut être maintenu constant. 2 - Canon à électrons selon la revendication 1, possédant une première anode faisant face à une cathode en forme d'aiguille et 20 qui produit un champ électrique pour émettre des électrons à partir de ladite cathode, et une seconde anode qui accélère un faisceau d'électrons passant à travers ladite première anode et qui constitue une lentille électro-statique conjointement avec ladite première anode, caractérisé en ce qu'une électrode de contrôle 25 d'émission de champ entourant ladite cathode est prévue en un endroit auquel aucune influence sensible est exercée sur ledit champ électrique entre ladite cathode et ladite première anode. 3 - Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un détecteur pour fournir un signal 30 de détection fonction de l'intensité dudit faisceau d'électrons, un comparateur ayant au moins une source de tension de référence pour fournir un signal de contrôle en réponse à une différence entre un signal de référence provenant de ladite source de tension de référence et ledit signal de détection, et des moyens pour con-35 trôler ladite source de tension de contrôle au moyen dudit signal de contrôle, en réduisant ainsi ladite différence à zéro. 4 - Canon à électrons selon la revendication 3* caractérisé en ce qu'un gçurant d'émission de champ émis à partir d'une cathode est détecté/en ce qu'une tension correspondant à une différence 40 entre la quantité dudit courant et une valeur de référence est ap- 72 17223 1 91 «.* pliquée en retour à une électrode d'extraction qui ô3t disposée entre une anode et ladite cathode, si bien -lu'ur. ecjruut démission de champ de grandeur arbitraire peut ëzre émis de façon sc.at 5 - Canon à électrons selon la revendication jj, caractérisé en ce 4ue ledit détecteur comprend des moyens pour extraire le si gnal de détection à partir d'un objet soumis au choc du faisceau d'électrons.