用于带电粒子成像系统的可调式安培相板技术方案

本发明专利技术涉及用于带电粒子成像系统的相移装置，其中，该粒子尤其可以是电子。根据本发明专利技术的相移装置的表征特征是其包括用以在具有平行于成像射束的至少一个区段的非零分量的方向上传递电流的部件。优选地，沿着成像射束的所述区段平行地传递电流。相移量然后中心对称地取决于电流轴线与成像射束轴线之间的距离。本发明专利技术人已经发现由电流产生的磁场对射束的相位显示出与根据Balossier等人的现有技术的局部化电荷相同的效应。有利地，由于电流与磁场之间的关系由安培定律给定且磁场对射束的效应被很好地理解为Aharanov‑Bohm效应，所以相移量及其在空间中的分布被完全理解且是可预测的。这意味着本发明专利技术提供了用以向射束施加预定的具体期望相移的手段，这在先前的相板的情况下是不可能的。

Adjustable ampere phase plate for charged particle imaging system

The present invention relates to a phase shifter for charged particle imaging systems, wherein the particle can be especially electronic. A characterization of the phase shifting device according to the present invention includes a component for uploading a current in the direction of non-zero components in parallel with at least one of the imaging beams. Preferably, the current is transmitted parallel to the section of the imaging beam. The amount of phase shift then depends symmetrically on the distance between the axis of the current and the axis of the imaging beam. The inventor has found that the phase of the magnetic field produced by the current shows the same effect as the localized charge in accordance with the existing techniques of Balossier et al. Advantageously, the relationship between the current and the magnetic field and the magnetic field is given by Ampere's law of beam effect is well understood for the Aharanov Bohm effect, so the phase shift and the distribution in the space is fully understood and predictable. This means that the present invention provides a means for applying predetermined, specific phase shifts to the beam, which is impossible in the case of a previous phase plate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于带电粒子成像系统的可调式安培相板
本专利技术涉及一种用于带电粒子成像系统的可调式相板。
技术介绍
当使用带电粒子（特别是电子）束对对象进行成像时，对象中的特征可以通过影响透射、反射或散射射束的强度来提供对比度。对象中的某些特征不影响射束的强度，而是影响其相位。为了将相位变化变换成强度变化，即变换成有用的图像对比度，可以使用相板来引入已经与对象相互作用的射束与尚未与对象相互作用的射束之间的相位差。尤其是对于透射电子显微术而言，在过去的几十年中已开发了各种类型的相板。（K.Nagayama“Another60yearsinelectronmicroscopy:developmentofphase-plateelectronmicroscopyandbiologicalapplications”，JournalofElectronMicroscopy60(Supplement1),S43-S62(2001)）给出了回顾。那些相板中的大多数在字面上是射束必须通过的某些不导电材料的板；由此材料的折射率引起相变，该材料改变了光程长度。此类板缺点是电荷在其上积聚，这影响射束并使图像退化。（G.Balossier、N.Bonnet，“UseofanelectrostaticphaseplateinTEM.Transmissionelectronmicroscopy:Improvementofphaseandtopographicalcontrast”，Optik58,361-376(1981)）公开了由垂直于电子束安装的非常细的导线制成的相板。在射束直接地撞击在此导线上的情况下，次级电子逸出，创建使射束的相位移位的局部化净正电荷。遗憾的是，如在综述文章（R.M.Glaeser，“Methodsforimagingweak-phaseobjectsinelectronmicroscopy”，ReviewofScientificInstruments84,111101(2013)）中指出的，还不能用任何可用的物理或数学模型来理解此类配置（和基于射束下面的自充电的类似配置）产生的相移量。因此，在大多数情况下，这种装置的性能将对图像有害而不是有利。本专利技术的目标因此本专利技术的目标是提供一种用于带电粒子成像系统的相移装置，其可以用来引入可控且可预测相移量，同时对成像射束引入最小的另外干扰。用根据主权利要求的相移装置和根据另外的独立权利要求的成像系统来实现这些目标。在从属权利要求中给出了更多有利实施例。
技术实现思路
本专利技术涉及用于带电粒子成像系统的相移装置，其中，该粒子尤其可以是电子。根据本专利技术的相移装置的表征特征是其包括用以在具有平行于成像射束的至少一个区段的非零分量的方向上传递电流的部件。该电流优选地沿直线传递。当成像射束通过由电流生成的磁场时，在简化的经典模型中，洛伦兹力将作用于带电粒子上。此洛伦兹力垂直于成像射束的方向和磁场的方向。这意味着只有位于垂直于成像射束的方向的平面中的磁场的分量将引起射束的偏转。对于具有此类分量的磁场，在具有平行于射束的非零分量的方向上传递的任何电流原则上将引起射束偏转。然而，偏转的强度和对称性两者将取决于包围在成像射束的方向与电流的方向之间的角度。如果当前的方向仅具有平行于成像射束的方向的非常小的分量，则要求电流的相当更高的安培数以便产生显著的偏转。另外，如果电流相对于成像射束的方向倾斜，则在垂直于射束的平面中的磁场将不再围绕相移装置的中心而对称。带电粒子的偏转改变对应于相变的其光程长度。本专利技术人已经发现由电流产生的磁场对射束的相位显示出与根据Balossier等人的现有技术的局部化电荷相同的效应。有利地，由于电流与磁场之间的关系由安培定律给出，并且对应于此磁场的矢势对射束的效应被很好地理解为量子力学Aharanov-Bohm效应，所以相移量及其在空间中的分布被完全理解且是可预测的。这意味着本专利技术提供了用以向射束施加预定的具体期望相移的手段，这在Balossier装置的情况下是不可能的。相移沿着在电流旁边行进的射束区段的长度逐渐地积累。相移积累的速度是射束在电流旁边行进所花费的时间与电流的安培数的乘积。该时间取决于带电粒子的速度并因此取决于射束的加速电压。针对固定加速电压，安培数是用以调整相位差的主要参数。有利地，由于相移逐渐地积累，相移的质量并不非常严格地取决于用以传递电流的部件的精确尺寸。如果例如使用导线来传递电流，则可以使材料中或导线的横截面中的小的统计不均匀性或缺陷最终得到平衡。用根据Balossier的局部化电荷，一切都依赖于这一点。在本专利技术的有利实施例中，电流在包围与成像射束的该区段成至多45度、优选地至多20度且最有利地至多10度的角度的方向上沿着成像射束的该区段传递。这将产生对大多数目标有用的相移的对称性，并且限制产生相变所需的电流的量。需要的电流越多，载送电流的导体必须越粗，并且此导体对成像射束的屏蔽影响越高。这是经典的折衷方案。电流可以是用以产生静态相移的DC电流。电流的安培数可以在一定范围上扫过以产生根据以相移作为变量的函数的测量结果。电流还可以是AC电流或者具有在其之上被调制的AC电流的DC电流。如果存在AC分量，则可以使成像信号例如通过提取此已知频率并拒绝大量噪声的锁定放大器。另外，用低AC频率使相移摆动可以被用来调整成像系统的成像参数；这例如在FIB柱或电子显微镜的对准中使用。用本专利技术可以在成像射束内、优选地在成像射束的中心内传递电流，以获得最可控且可定量地预测的相位对比。如果在相对于成像射束的偏移位置上传递电流，则相移的对称中心将改变。这可以增加对局部解剖对比特征的特别强调。在本专利技术的另一有利实施例中，用于传递电流的部件包括第二带电粒子束，毕竟，任何电流仅仅是载荷子流。此第二射束不是将干扰主成像射束的固体对象。如果电流在电流的方向上通过电导体，则优选地用以供应电流的引线被设置在与成像射束的方向成75和105度之间的角度中。由那些引线产生的磁场然后几乎垂直于用来影响射束的相位的磁场，因此相移未被引线显著地改变。其它角度可以有利于提供具有平行于主电流的分量的通过引线的电流，以对此主电流的相移进行微调。导体优选地围绕电流的方向而轴对称。如果其完全平行于射束方向行进，则相移将也围绕导体而轴对称。如果电流在具有倾斜度的射束区段旁边通过，则此对称性将失真。对于某些应用而言，可能想要此类失真。在本专利技术的有利实施例中，导体和/或引线由非铁磁材料制成。其然后不产生被叠加在相移效应上的附加磁场。用较粗的导线来制成相板具有多个优点：其在机械上更加健壮，更容易制造，并且可以传递较大的电流以生成更强的磁场和因此的更大的相移。虽然较粗的导线将更多地遮蔽射束，但这可以通过调整相板位置来补偿。最佳的折衷方案取决于实验装置和要研究的对象。引线可以采取到负责相移的导体的任何路径。例如，可以将其相互反平行地布置，使得引线和负责相移的导体形成U形，其中引线形成侧面且导体形成底部。可替代地，在两个引线到垂直于导体的平面上的投影中第二引线是第一个的笔直继续部分是可能的。两个引线和导体的组合件然后可以跨越射束孔径的完整直径并被刚性地安装在孔径的两侧。在返回路径上可以存在用以向导体输入电流的多个引线和用本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于带电粒子束成像系统的相移装置，其特征在于其包括用以在具有平行于成像射束的至少一个区段的非零分量的方向上传递电流的部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于带电粒子束成像系统的相移装置，其特征在于其包括用以在具有平行于成像射束的至少一个区段的非零分量的方向上传递电流的部件。2.根据权利要求1所述的相移装置，其特征在于电流在包围与成像射束的该区段成至多45度、优选地至多20度且最有利地至多10度的角度的方向上沿着成像射束的所述区段传递。3.根据权利要求1至2所述的相移装置，其特征在于，所述部件包括在电流方向上的导体和设置在与成像射束成75和105度之间的角度中以供应此电流的引线。4.根据权利要求3所述的相移装置，其特征在于所述导体围绕电流的方向而轴对称。5.根据权利要求3至4中的任一项所述的相移装置，其特征在于所述导体和/或所述引线由非铁磁材料制成。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的相移装置，其特征在于所述引线被相互反平行地...

【专利技术属性】
技术研发人员：A塔瓦比，A萨文科，G波齐，RE杜宁博科夫斯基，V米古诺夫，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE