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Design eines Monochromators für Elektronenquellen

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Kahl, Frank :
Design eines Monochromators für Elektronenquellen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis] , (2000)

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    Abstract

    Vor einigen Jahren wurde der erste in der Praxis funktionierende Korrektor für den Öffnungsfehler magnetostatischer Linsen gebaut. Mit seiner Hilfe kann die Auflösung moderner Mittelspannungs-Transmissionselektronenmikroskope (bis zu 200 keV Elektronenenergie) bis auf 1.2 Ångstrøm gesteigert werden. Die Auflösung hängt dann nicht mehr länger vom Öffnungsfehler sondern von der Energiebreite der Quelle ab. Für eine weitere Verbesserung der Punktauflösung bis unterhalb von einem Ångstrøm ist eine deutliche Reduzierung der Energiebreite der Quelle notwendig. In dieser Arbeit wird das Design eines elektrostatischen Monochromators für Feldemissionsquellen vorgestellt. Der Monochromator ermöglicht eine Punktauflösung von 0.8 Ångstrøm in einem 200 kV Mikroskop, das mit einem Öffnungsfehlerkorrektor ausgestattet ist. Die optische Achse wird innerhalb des Monochromators Omega-förmig gekrümmt. Die Geometrie der Elektroden ist so gewählt, daß nur astigmatische, linienförmige Zwischenbilder der Quelle auftreten. Hierdurch werden die störenden Coulomb-Wechselwirkungen im Strahl (Boersch-Effekt) minimiert. Zur Simulation der elektrostatischen Felder des Geräts wurde eine auf geladenen Dreiecken basierende Randelementmethode entwickelt. Diese Methode liefert eine analytische Approximation für das elektrostatische Potential. Dies ermöglicht die Berechnung der höheren partiellen Ableitungen des Potentials mit einer für die Bestimmung der Bildfehler bis vierter Ordnung ausreichend hohen Genauigkeit.

    Item Type: Ph.D. Thesis
    Erschienen: 2000
    Creators: Kahl, Frank
    Title of the item: Design eines Monochromators für Elektronenquellen
    Language of the item: Deutsch
    Uncontrolled Keywords: electron microscopy, TEM, monochromator, Boersch effect, electron optics, field emission gun, electron gun, spherical aberration, boundary element method
    Keywords/Subjects (SWD): Elektronenmikroskopie, Elektronenmikroskop, Durchstrahlungselektronenmikroskop, Elektronenquelle, Teilchenquelle, Monochromator, Boersch-Effekt, Cross over <Teilchenoptik>, Teilchenoptik, Spektrale Filterung
    Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikation (DDC): UNSPECIFIED
    Division(s): Fachbereich Physik
    Date Deposited: 17 Oct 2008 11:20
    Last Modified: 05 May 2011 18:57
    Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000030
    URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-305
    Lizenz (Kurzform): Einfaches Publikationsrecht für die ULB Darmstadt
    Referees: Richter, Prof. Dr. Dr. h.c. Achim
    Date of refereeing/review / Verteidigung / mdl. Prüfung: 29 November 1999
    Title (translated) (übersetzt):
    Title (translated)Language of translated title
    Design of a monochromator for electron gunsEnglish
    Keywords:
    KeywordsLanguage
    electron microscopy, TEM, monochromator, Boersch effect, electron optics, field emission gun, electron gun, spherical aberration, boundary element methodEnglish
    Abstract (translated):
    Abstract (translated)Language of translated abstract
    A few years ago the first functioning corrector for the spherical aberration of magnetostatic electron lenses was constructed. With this device the point resolution of a modern medium voltage transmission electron microscope (up to 200 keV electron energy) is increased up to 1.2 Ångstrøm. The resolution is now not longer limited by the spherical aberration but by the energy width of the source. For a further improvement of the point resolution below one Ångstrøm it is necessary to reduce the energy width of the electron source significantly. In this thesis a design of an electrostatic monochromator for a field emission gun is presented. This monochromator allows a point resolution of 0.8 Ångstrøm in a 200 kV microscope equiped with a spherical aberration corrector. The optic axis is curved like an Omega inside the monochromator. The geometry of the electrodes is chosen in such way that only astigmatic, line-shaped intermediate images of the source appears. This minimizes the perturbing Coulomb interactions in the electron beam (Boersch effect). To simulate the electrostatic field of the device a boundary element method based on charged triangles was developed. The method gives an analytical approximation of the electrostatic potential. This allows the computation of the higher partial derivatives of the potential with sufficient accuracy for calculating the aberrations of the monochromator up to the fourth order.English
    URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/30
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