1.3 Устройство и работа составных частей микроскопа
1.3.1 Общая компоновка микроскопа
Микроскоп растровый электронный низковольтный РЭМН – 2У4.1 представляет собой моноблочную конструкцию, которая объединяет:
1. Колонну;
2. Вакуумную систему;
3. Электропитающее устройство;
4. Видеоконтрольное устройство (ВКУ);
5. Стенд.
1.3.2 Колонна (рисунок 1.9)
Колонна РЭМН – 2 представляет собой электронно-оптическую систему, предназначенную для формирования на поверхности исследуемого объекта электронного зонда, от диаметра которого зависит разрешаемое расстояние микроскопа.
Колонна микроскопа состоит из:
источника электронов (11);
вакуумопровада (4), (8);
анодного узла (15,17,18);
линзы электронной (19);
камеры образцов (3).
Вакуумная герметичность соединений корпусов обеспечивается резиновыми уплотнителями (5,12,14).
Источник электронов (11) может перемещаться по отношению к аноду (15) в горизонтальной плоскости в пределах 1,5 мм при помощи винтов без нарушения вакуума в колоне.
Расстояние между анодом и управляющим электродом регулируется в пределах 0,53 мм перемещением анода (15) по оси Z в разгерметизированной колонне при помощи резьбового соединения гайки (18) и анода (15).
В анодный узел входит люминесцентный экран (17) с отверстием диаметром 2 мм, выполняющим роль ограничивающей диафрагмы
Экран (17) служит для визуального контроля через окно (13) юстировки источника электронов.
Вакуумопровод (4) и (8) служит для откачки внутреннего объёма источника электронов, и конструктивно он состоит из 2-х частей. Верхний (8) подсоединяется к источнику электронов, нижний (4) к камере (3).Герметичность вакуумных соединений обеспечивается резиновыми уплотнителями (2,7,10) при помощи гайки (9) и винта (1).В конструкцию верхнего вакуумопровода (8) входит: два сильфоны, распорный винт, гайку (6).
Силофоны и распорный винт между ними образуют вакуумный компенсатор. При наличии вакуума внутри объема колонны, силы атмосферы стремятся сжать нижний сильфон, одновременно силы атмосферы сжимают также верхний сильфон. Ввиду того, что сильфоны связаны между собой распорным винтом равнодействующая сила оказывается равной нулю.
1.3.3 Источник электронов (рисунок 1.10)
Основной частью источника является катодный узел (5,6,7,8,9,10,11)
Катодный узел состоит из:
Управляющего электрода (8);
Катода (9);
Держателей катода (7);
Держателей управляющего электрода (6);
Катодом служит вольфрамовая нить ø 0,1 мм (9), приваренная к держателям (7). Управляющий электрод (8) имеет возможность перемещаться относительно катода.
1.3.4 Электронная линза
Конструктивно электронная линза (рисунок 1.11) выполнена в виде блока линз с общим наружным магнитопроводом.
Конденсорная линза работает со вставным полюсным наконечником (S=2 мм, D=4 мм). Объективная линза снабжается вставным полюсным наконечником только при работе в режиме вторичных электронов.
При работе в режиме поглощенных электронов образец вводится в середину немагнитного зазора объектива, поэтому внутренний накал имеет большой диаметр (S=12 мм, D=30 мм). Объективная линза снабжена стигматором (3).
Для развертки электронного зонда в телевизионный растр в канале объективной линзы установлена отклоняющая система (2). Конструктивно стигматор и отклоняющая система выполнены в виде цельного блочка, который крепится на вставном полюсном наконечнике конденсорной линзы.
В средней плоскости немагнитного зазора объективной линзы установлена апертурная диафрагма, которая может меняться и юстироваться под пучком без нарушения вакуума в колонне с помощью наружного механизма. Конструктивно набор апертурных диафрагм выполнена одной тонкой пластинке (10).
Размеры диафрагм следующие: 0,2;0,3:0,4 мм.
1.3.5 Наконечник полюсный с катушками (рисунок 1.12)
Конструктивно полюсный наконечник конденсорной линзы соединен блочком стигматор (3) – отклоняющая система (2) с помощью резьбового соединения. В канале полюсного наконечник установлены две ограничивающие диафрагмы
Первая ограничивающая диафрагма (5) размером 0,5мм размещена сверху, вторая ограничивающая диафрагма (4) размером 0,8 мм размещена снизу.
В нижнем торце каркаса отклоняющей системы установлена 3-я ограничивающая диафрагма (1) размером 0,5 мм.
Во внутреннем канале блочка стигматор – отклоняющая система установлен экран из материала с высоким удельным сопротивлением.
1.3.6 Камера объектов
Камера объектов (рисунок 1.13) состоит из следующих узлов:
- корпуса 12;
- столика для перемещения объекта (10);
- юстировочного устройства (19), (15);
- камеры шлюзования (14);
- сцинтилляционного коллектора (6,7,8,9);
- предварительного видеоусилителя (3).
Столик (10) предназначен для установки одного из объектодержателей (11) (рисунок 1.14,1.15) и перемещения его совместно с объектом. При помощи имеющихся механизмов объект может получить следующие движения:
перемещение вдоль осей X и Y на 5 мм при Z=0-40 мм, мм при Z более 40 мм
подъём вдоль оси Z на 50 мм
наклон относительно оси Z на +24..0..-10.
Камера шлюзования включает в себя: шток для захвата объекта и введение его в объектодержатель, заслонку для отсекания камеры шлюзования от колонны прибора, клапан для включения камеры шлюзования в форвакуумную линию.
Сцинтилляционный коллектор служит приёмником вторичных и отраженных электронов. Он установлен постоянно на левой стенке корпуса камеры в верхней части. Конструктивно он состоит из двух частей: вакуумной и не вакуумной
В вакуумном объёме камеры находится: вытягивающий электрод (сетка) (9),ускоряющий электрод (6), сцинтиллятор (8) и светопровод (7).
Вне вакуума находится фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с делителем питания, который конструктивно входит в видеоуситель предварительный (3).
Блок предварительного видеоусителя (рисунок 1.16) крепится слева на задней скошенной стенке камеры объектов. В конструкцию блока входит фотоэлектронный умножитель ФЭУ – 68.
1.3.7 Состав электропитания
Электропитающее устройство включает:
- Щит распределительный
- Пульт управления
- Блок вакуумной блокировки
- Индикатор вакуума
- Блок питания пушки
- Стабилизатор (питания линз)
- Блок питания
- Стабилизатор (питания стигматоров)
- Стабилизатор напряжения С-0,5
Электропитающее устройство обеспечивает необходимые токи и напряжения для питания всех узлов прибора от сети переменного трёхфазного тока с фазным напряжением 220 В (линейное напряжение 380 В) частотой 50 Гц.
Блоки электропитания в основном функционально независимы. Исключение составляют щит распределительный, пульт управления и блок вакуумной блокировки, которые образуют каналы: Канал питания переменным напряжением 220 В, канал. Передние панели выдвижных блоков в совокупности образуют лицевую панель прибора. Расположение блоков в стенде прибора приведено на рисунке 1.17.
1.3.8 Контрольно-измерительные приборы
Для контроля работы блоков электропитания, проведения измерений, а также для выявления неисправностей используются приборы:
миллиамперметр М4200, 500мА;
миллиамперметр М4200, 5мА;
миллиамперметр Ц4200, 300мА;
вольтметр М4200, 75В;
комбинированный прибор Ц4341
Миллиамперметр М4200, 500мА используется для измерения тока линз. Миллиамперметр 4200, 5мА используется для измерения тока нагрузки высоковольтного выпрямителя стабилизатора ускоряющего напряжения. Миллиамперметр Ц4200,300мА используется для контроля тока накала катода источника электронов путём измерения тока первичной обмотки трансформатора накала. Вольтметр М4200,75В используется для контроля выходного напряжения источника напряжения ±50В блока питания.
1.3.9 Прибор индикатора вакуума
В качестве измерителя используется микроамперметр М24-18, напряжение полного отклонения 8,2мв, внутреннее сопротивление не более 60 Ом, класс точности 2,5. Внутри прибора имеется добавочный резистор для увеличения напряжения полного отклонения до 10мВ.
Прибор совместно со схемой позволяет контролировать ток накала ПМГ-2 и ток эмиссии ПМИ-2.
1.3.10 Видеоконтрольное устройство
Видеоконтрольное устройство (ВКУ) предназначено для формирования и воспроизведения телевизионного изображения исследуемой поверхности на экране электроннолучевой трубки (кинескопа), ВКУ выполнено на базе прикладной телевизионной установки ПТУ–29 – 1 – 2 с контурными измерениями для растрового микроскопа.
В состав ВКУ входят следующие узлы и блоки:
а) блок комбинированный;
б) блок видеконрольного устройства ВК – 23;
в) видеоусилитель предварительный;
г) блок регулировки усиления;
д) приспособлен для фотографирования.
1.3.11 Блок комбинированный
Блок комбинированный предназначен для усиления и формирования телевизионного сигнала. Он изготавливается на базе телевизионной камеры КТП – 39 от установки ПТУ 29 – 1 – 2 .
В состав блока входят следующие узлы:
а) видеоуситель УВ – 66;
б) синхрогенератор БГС – 20;
в) генератор строчной развертки ГР – 42;
г) генератор кадровой развертки ГР – 43;
д) блок фильтров БФ – 2;
е) трансформатор;
ж) узел автоматической регулировки режима АРР – 1.
Видеосигнал с предварительного видеоусилителя поступает на видеоусилитель УВ – 66, где усиливается до величины 11,5 в и формируется: в него замешиваются импульсы синхронизации разверток приёмного устройства и импульсы гашения луча приёмной трубки.
Синхрогенератор БГС – 20 вырабатывает все необходимые для нормальной работы ВКУ сигналы синхронизации, гашения и импульсы привязки.
Формирование пилообразного тока в строчных и кадровых отклоняющих катушках колонны осуществляется генераторами ГР – 42 и ГР – 43. Запуск этих генераторов производится синхроимпульсами, поступающими от синхрогенератора.
1.3.12 Блок видеоконтрольного устройства ВК – 23
Видеоконтрольное устройство ВК – 23 предназначено для воспроизведения телевизионного изображения поверхности исследуемого объекта на экране электроннолучевой трубки (кинескопа).
В состав ВК –23 входит:
а) кинескоп 23ЛК13Б с отклоняющей системой;
б) генератор срочной развертки ГР – 39;
в) генератор кадровой развертки ГР – 38;
г) видеоусилитель УВ – 68;
д) блок питания БП – 48.
1.3.13 Приспособление для фотографирования
Приспособление для фотографирования (рисунок 1.18) (фотоприставка) предназначена для визуального наблюдения и фотографирования изображения с экрана кинескопа .
