采用等离子体中和的电子显微镜装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种采用等离子体中和的电子显微镜装置，包括电子枪、聚焦透镜、扫描线圈、探头及成像显示系统，所述的聚焦透镜将电子枪发射的电子束聚焦在真空腔内的待测样品上，探头收集检测被激发的二次电子或光子，经成像显示系统处理数据形成图像，其中，真空腔内设有等离子体发生装置，在电子显微镜工作过程中，等离子体发生装置产生等离子体中和待测样品表面积累的电荷。本发明专利技术避免了样品表面积累的电荷对电子显微镜观测的影响，同时避免了其它电荷积累解决方法的不利影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子显微镜，具体涉及一种采用等离子体中和的电子显微镜装置。
技术介绍
材料的宏观性能往往与其本身的成分、结构以及晶体缺陷中原子的位置等密切相关，因此，观察试样中单个原子像是科学界长期追求的目标。由于电子的运动波长远小于可见光，从而可以成为观测微观结构的特别的探针。电子与物质相互作用会产生透射电子、弹性散射电子、能量损失电子、二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光等等。电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。目前电子显微镜已成为现代实验室中一种不可或缺的研究晶体结构和化学组成的综合仪器。电子显微镜有很多类型，主要有透射电子显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。二氧化硅等绝缘材料广泛应用在高速发展的半导体硅材料技术中。半导体器件的尺寸越来越小，需要用扫描电镜来测量其尺度。此外还有很多其它绝缘材料需要利用电子显微镜来观测。但是绝缘材料在电子束照射下会引起荷电效应。当入射进入样品的电子经历散射失去能量时，如果样品是导体，那么电子会直接流经样品台到地电位；如果样品是绝缘体，则会停留在样品内部形成电荷的积累，在这种情况下，进入样品的电子数目和流出样品的电子数目不相等。如果进入的电子数目多于出射的，样品带负电。如果此时电子束还继续照射，照射点附近产生负电荷积累，则会形成很大的负电位。另一方面，如果流入样品的电子数少于流出的电子数，样品就带正电，产生正电荷积累。样品带电荷后会改变从样品表面出射的二次电子和入射电子的运动状态，从而影响成像测量和微细加工的精度。如果样品带负电，扫描样品表面的电子探针受到带电电荷的静电场作用从而被排斥，造成电子探针位置漂移，导致图像畸变。反之如果样品带正电，检测效率会降低，图像中该区域亮度就变暗。另一方面，局部产生荷电积累后，其周围会形成很大的电场，这个电场通常要远远高于二次电子检测器的电场，它使样品中产生的二次电子发生偏转，脱离原来的轨道，结果二次电子进不了检测器，该区域的图像就会变暗。另外，荷电效应还会使电子束不规则偏移引起图像的漂移。带电样品常常发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点和亮线。由于静电场作用使电子束难于聚焦，使得像散方向发生变化，出现像散等现象。事实上，负电荷积累产生的电场通常要比正电荷积累造成的电场影响要大。荷电现象不仅会消除样品的有用信息，同时阻碍了相应的分析过程。负电荷积累一方面使出射的二次电子加速方向扭曲，另一方面排斥入射电子。当负电荷一直积累到饱和程度，且电子发射的数量等于入射电子束电子的数量时，表面负电势的增长达到饱和值时，若入射电子能量小于负电荷积累产生的电场势能，那么样品完全排斥入射电子，入射电子反过来轰击到样品室内壳，样品成为“反光镜”，称为“镜面反射效应”。目前，消除荷电效应主要有导电法、降低电压法、快速观测法、倾斜观察、低真空扫描电镜观察等几个方法。导电法是最常用的方法，就是将导电性能好的金属薄膜通过镀膜或者导电染色等方法包覆非导电性样品，其中包括离子溅射或真空蒸镀等方法。使吸收的电子通过样品台流向地电位，从而消除荷电效应。生物样品几乎都采用这种方法，但并不能完全消除荷电效应。另外.用金属薄膜(比如用Au，Pt。Au-Pd，Pt-Pd等贵金属镀制一层厚度为1nm～10nm左右的薄膜)附着在样品表面上，除了导电外，它们的二次电子产额率较绝缘材料高，薄膜的厚度要求尽量以薄为好。但是如果样品表面形貌复杂，薄膜太薄而形不成连续膜的话，依然会产生荷电现象。此外，镀上的膜会阻碍原始表面信息，并且对于用俄歇分析样品化学组份来说，并不能够采用。降低电压法是当样品上荷电积累，入射样品的电子数与样品发射的电子数是不同的，把电子显微镜的电子加速电压降低，使加速电压调节在临界能量处，也就是总电子产额为1。此时入射电子数目与电子发射数目相等，就不会产生电荷积累，从而非导体就像导体一样，没有荷电效应。通常使用加速电压为1～5kV，但此时分辨率会降低。但是这对于观测纳米薄膜和颗粒材料而言不太适用，因为纳米颗粒的尺寸非常小，必须提高分辨率才可以观察清晰的图像，通常加速电压越大，分辨率越大。快速观测法是以最快的速度观测曝光，使荷电效应影响还不大时就结束。一旦出现比较明显的荷电效应则改变观测区域或者更换样品。再次，曝光过快的话，图像的信噪比会很低，可以采用多帧叠加的方法组合成一张图减小涨落。另外尽可能使用低倍数观察。因为倍数越大，扫描范围越小，荷电积累越迅速，影响就越大。这种方法同样对于观测纳米薄膜和颗粒材料而言不太适用，因为纳米颗粒的尺寸非常小，必须提高分辨率才可以观察清晰的图像，通常曝光时间越长，分辨率越大。倾斜观察方法对于样品带负电荷较为有效，当电子束倾斜入射样品表面时，二次电子产额增加。这样可以使入射电子数目与电子发射数目相等。利用这一现象，非导电性样品不用带电就可以观察。这一方法对凹凸较小样品比较有效。使用低真空扫描电镜方法能够观察不带电的非导电性样品。具体是降低样品室的真空度，增加残余气体分子的数量，这些气体分子会被电子电离，成为正离子到达样品后中和负电荷，样品室的压力因样品不同会有所差异，要获得足够的离子数目，一般需达到数十到一百帕左右的真空度。但低真空成像电子散射率高，因此，图像的衬度和信噪比会下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种采用等离子体中和的电子显微镜装置，从而避免积累的电荷对电子显微镜观测的影响。本专利技术的技术方案如下：一种采用等离子体中和的电子显微镜装置，包括电子枪、聚焦透镜、扫描线圈、探头及成像显示系统，所述的聚焦透镜将电子枪发射的电子束聚焦在真空腔内的待测样品上，扫描线圈用于调整电子束斑的位置，探头收集检测被激发的二次电子或光子，经成像显示系统处理数据形成图像，其中，真空腔内设有等离子体发生装置，在电子显微镜工作过程中，等离子体发生装置产生等离子体中和待测样品表面积累的电荷。进一步，如上所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其中，所述的等离子体发生装置为等离子体火炬，等离子体火炬的喷嘴对准待测样品。进一步，如上所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其中，当采用所述的等离子体火炬产生等离子体时，向真空腔内待测样品位置通入惰性气体。进一步，如上所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其中，所述的待测样品为绝缘材料样品。进一步，如上所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其中，在所述探头入口处加载抑制电压，屏蔽等离子体内的正负离子。进一步，如上所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其中，在等离子体火炬喷嘴到等离子体产生的空间内的真空度低于电子束其它的运动空间的真空度。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用等离子体火炬中和绝缘被测样品表面积累的电荷，避免了积累的电荷对电子显微镜观测的影响；避免了其它电荷积累解决方法的不利影响；避免了正负离子对样品的损伤和对观测的影响；降低了本地气体对电子显微镜观测的影响。等离子体火炬的工作气体采用惰性气体，避免了等离子体与被测样品的化学反应。附图说明图1为本专利技术采用等离子体中和的电子显微镜装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术采用等离子体进行电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用等离子体中和的电子显微镜装置，包括电子枪(1)、聚焦透镜(2)、扫描线圈(3)、探头(6)及成像显示系统(7)，所述的聚焦透镜(2)将电子枪(1)发射的电子束聚焦在真空腔内的待测样品(5)上，扫描线圈(3)用于调整电子束斑的位置，探头(6)收集检测被激发的二次电子或光子，经成像显示系统(7)处理数据形成图像，其特征在于：真空腔内设有等离子体发生装置，在电子显微镜工作过程中，等离子体发生装置产生等离子体中和待测样品表面积累的电荷。

【技术特征摘要】
1.一种采用等离子体中和的电子显微镜装置，包括电子枪(1)、聚焦透镜(2)、扫描线圈(3)、探头(6)及成像显示系统(7)，所述的聚焦透镜(2)将电子枪(1)发射的电子束聚焦在真空腔内的待测样品(5)上，扫描线圈(3)用于调整电子束斑的位置，探头(6)收集检测被激发的二次电子或光子，经成像显示系统(7)处理数据形成图像，其特征在于：真空腔内设有等离子体发生装置，在电子显微镜工作过程中，等离子体发生装置产生等离子体中和待测样品表面积累的电荷。2.如权利要求1所述的采用等离子体中和的电子显微镜装置，其特征在于：所述的等离子体发生装置为等离子体火炬(4)，等离子体火炬(4)的喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金海，朱志斌，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11