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偏向器と非点補正器 電子ビームの偏向は、エネルギーアナライザなどで使われる一様磁場による電子ビームの偏向と基本的には 同じです。つまり、ローレンツ方程式と、ニュートンの運動方程式によって記述されます。 (d/dt)mv = -e(E + v X B) で表されるのです。エネルギーアナライザの場合と異なるのは、偏向器の場合はその厚さが短いため、円運 動というよりは、角度変化で記述した方が便利になるということです。この様子を図1に示してあります。R はおなじみのサイクロトロン半径で、 R = mvo / eB = root[(2m/e) Vr] / 8 となります。角度で表現し直しますと、 θ = L/R = LBe/mvo = LB* root(2m/e)Vr] となります。ここで、Vrは電子ビームの加速電圧です。 偏向器には磁場型と静電型があります。どちらの偏向器を使うかは主に装置の真空度によります。 超高真空、極高真空装置では静電偏向器が一般的ですが、コイルを真空中に入れても構わない程度の真空 で使われる場合は磁場型が一般的です。装置で言うと、表面分析装置では静電型が一般的で、SEMやTEM などの電子顕微鏡では磁場型が一般的です。 図2には磁場型の代表的な二つの偏向器の模式図を示します。トロイダルコイルとサドルコイルです。図 3には、静電型の代表的な8極型偏向器を示します。 実は、本などの解説には指摘されていないことですが、磁場型と静電型の最も大きな違いは電源の数です。 静電型では電極に電圧を印加しますが、このときプラスの電極とマイナスの電極に与える電圧の絶対値が 同じにも拘わらず、プラス電極とマイナス電極のそれぞれに別の電源を使う必要があります。これに対し て、磁場型では、コイルを逆向きにつなげばよいので、二つの極に一個の電源で済みます。また磁場型は 、図2のサドル型からわかるように、XとYの両方向を同じ場所に重ねて設置できるのですが、電場を作る 電極は重ねておくことができないため、同じ位置にX偏向器とY偏向器を重ねて置こうとすると、図3に見 られるように電極の数を増やして対処せざるを得ず、結局、電源数増大の原因を作ってしまいます。 以下では、両方の偏向器を詳しく見ていきますが、どの方式では電源数が何個必要かに関心を持って 眺めていただければと思います。偏向器の電源は、直接に装置の安定度を支配し、これによって装置の 分解能が左右されてしまうことから、安定度の高いものが要求されるため、装置全体のコストに直接的に 影響します。偏向器は、多くの装置にとって脇役でありながら、コスト的には主役になってしまう 場合もあるのです。

図1. 一様磁場による電子ビームの偏向 図2. 磁場型偏向コイル 図3. 8極静電偏向器