[發明專利]圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布函數的擬合和分析方法

在審

• 申請號: 202010700576.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111859755A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 趙靜宜;彭翔宇;李帥;康永鋒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明公開了一種圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布函數的擬合和分析方法，計算獲得不同縫隙圓心角的圓柱靜電多極透鏡的三維空間電磁場分布；靜電多極透鏡計算場域中有限元網格節點的空間柱坐標值與對應的電位值形成自變量點集和因變量點集；通過二者點集的對應關系，對圓柱靜電多極透鏡內半徑縫隙處的電位分布進行擬合，得到縫隙電位分布擬合函數；考慮不同邊界條件的影響，對具有屏蔽圓筒或周邊電極的圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布擬合函數進行修正；根據縫隙電位分布擬合函數對圓柱面上的電位函數進行傅里葉分析得到不同階次的場位諧波分量表達式；根據圓柱靜電多極透鏡的應用場景，分析不同階次的場位諧波分量表達式獲得最優的電極饋電方式。

技術領域

本發明涉及電子光學領域，特別是高分辨大掃描場域的電子光學成像系統中多極偏轉透鏡的縫隙電位分布的擬合和分析方法，具體涉及一種圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布函數的擬合和分析方法。

背景技術

目前隨著電子束IC在線快速檢測系統等電子光學精密儀器的發展，對電子光學系統分辨率的要求不斷提高。為了達到超高分辨率的聚焦和偏轉要求，解決實現更精細束斑和更大掃描范圍的矛盾，系統一般由磁聚焦透鏡和靜電多極偏轉透鏡組成。在較大掃描場獲得足夠高的分辨率，往往采用數個圓柱靜電多極偏轉器對電子束進行偏轉。為了在形成偏轉場(即二極場)的同時不引入多余的多極場分量，帶來像差使得系統的分辨率降低，需要對多極靜電偏轉器的饋電方式就行分析，從而得到“純”的二極場。

目前在帶電粒子光學中，多極靜電偏轉器的場的計算往往采用傅立葉級數展開的方法，把多極系統的電磁場展開成多個空間諧波(即各個多極場)分量的疊加的形式。在展開時，不可避免要對縫隙處場在方位角方向的分布作某種近似的假定。一般地近似方法是假設電極間縫隙上的電位沿方位角θ是線性變化的；此外，也有人假設電極間電位沿θ方向是反正弦變化的，如果以電極間縫隙的中心為θ＝0的面，兩種近似下電極縫隙上的方位角方向電位函數分別為：

線性假設

反正弦假設

根據有限元模擬計算的結果，線性假設只適用于電極間縫隙很小的情況，而反正弦假設只適用于電極間縫隙比較大、而電極厚度趨于零的情況。當電極厚度很厚，而隙縫寬度相對于軸向長度可以忽略的時候，極間電場更接近線性分布；而當電極厚度非常薄，隙縫寬度相對于軸向長度不可忽略時，電極邊沿的電場因尖端效應大大增強，極間電場更接近反正弦分布。

這些假設過于簡單，并不能完全復合實際的場分布，適用性也具有局限性。因此會影響多極場分量展開系數的計算精度，從而進一步影響整個系統像差的計算精度。為了提高電子光學器件或儀器裝置的光學性能，有必要改進多電極系統的電極縫隙上的電位分布函數，使其更復合實際的情況，提高多極偏轉器的像差計算精度。此外，圓柱電多極系統還應用于各種電子光學系統中，如四極透鏡、四-八極球色差校正器等，這些多極透鏡的高精度計算分析，電子光學性能的提升，同樣有利用于提高像消散器、球差矯正器等矯正、調整元件等的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布函數的擬合和分析方法，以克服現有技術存在缺陷。本發明可以實現更優化精確的靜電多極透鏡的饋電，降低或消除靜電多極透鏡的高階多極場分量帶來的高階像差，提高分辨率。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

圓柱靜電多極透鏡的縫隙電位分布函數的擬合和分析方法，包括以下步驟：

(1)基于有限元素法數值計算獲得不同縫隙圓心角的圓柱靜電多極透鏡的三維空間電磁場分布；靜電多極透鏡計算場域中有限元網格節點的空間柱坐標值與計算獲得的相應有限元網格節點處的電位值形成自變量點集和因變量點集；

(2)通過上述自變量和因變量點集的對應關系，對圓柱靜電多極透鏡內半徑縫隙處的電位分布進行擬合，得到縫隙電位分布擬合函數；