时间分辨的带电粒子显微术制造技术

一种使用带电粒子显微术来研究样本的方法，该方法包括以下步骤：‑使用主源来产生沿着射束路径传播的带电粒子脉冲射束；‑在所述射束路径中的照射位置处提供样本；‑使用次源来产生样本的重复激励；‑使用检测器来登记在每次所述激励之后穿过样本的所述射束中的带电粒子，其中：‑所述主源被配置成由所述次源的每个激励产生一串多个脉冲；‑所述检测器被配置成包括像素的集成阵列，所述像素每一个都具有单独的读出电路，以登记所述串中的单独粒子的到达时间。

【技术实现步骤摘要】
时间分辨的带电粒子显微术本专利技术涉及使用带电粒子显微术来研究样本的方法，该方法包括以下步骤：-使用主源来产生沿着射束路径传播的带电粒子脉冲射束；-在所述射束路径中的照射位置处提供样本；-使用次源来产生样本的重复激励；-使用检测器来登记在每次所述激励之后穿过样本的所述射束中的带电粒子。本专利技术还涉及其中可以展现这样的方法的带电粒子显微镜。带电粒子显微术为用于对微观对象成像（尤其是以电子显微术的形式）的公知且越来越重要的技术。在历史上，电子显微镜的基本类已经历演变为数个公知装置种类（诸如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）以及扫描透射电子显微镜（STEM））、以及还演变为各种子种类，诸如所谓的“双射束”工具（例如，FIB-SEM），所述“双射束”工具附加地采用“加工的”聚焦离子束（FIB）从而例如允许诸如离子束铣削或离子束诱导沉积（IBID）之类的支持活动。更具体来说：-在SEM中，通过扫描电子束照射样本使来自样本的“辅助”辐射的放射沉淀，例如以二次电子、背散射电子、X射线和阴极发光（红外、可见和/或紫外光子）的形式；然后检测该放射辐射的一个或多个分量并将其用于图像累积目的。-在TEM中，将被用来照射样本的电子束选取为具有用以穿透样本的足够高的能量（为此样本一般将比SEM样本情况下更薄）；然后可以使用从样本放射的透射电子来创建图像。当以扫描模式操作这样的TEM时（因此变成STEM），将在照射电子束的扫描运动期间累积讨论中的图像。可以例如从以下维基百科链接收集关于这里阐明的话题中的一些的更多信息：http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscopehttp://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscopehttp://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy作为将电子用作照射射束的替换方案，还可以使用其它种类的带电粒子来执行带电粒子显微术。在这方面，短语“带电粒子”应被宽泛地解释为涵盖例如电子、正离子（例如Ga或He离子）、负离子、质子和正电子。关于基于非电子的带电粒子显微术，可以例如从诸如以下的参考文献收集一些进一步的信息：https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beamhttp://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope-W.H.Escovitz,T.R.FoxandR.Levi-Setti,ScanningTransmissionIonMicroscopewithaFieldIonSource,Proc.Nat.Acad.Sci.USA72(5)，1826-1828页(1975)http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444应注意，除了成像和执行（局部化的）表面改性（例如铣削、蚀刻、沉积等）之外，带电粒子显微镜还可以具有其它功能，诸如执行光谱学、检查衍射图等。在所有情况下，带电粒子显微镜（CPM）将至少包括以下组件：-辐射源，诸如肖特基电子源或离子枪。-照明器，其用来操纵来自源的“原始”辐射射束并且对其执行某些操作（诸如聚焦、畸变减轻、（利用孔径）裁切、滤波等等）。其一般将包括一个或多个（带电粒子）透镜，并且还可以包括其它类型的（粒子）光学组件。如果期望的话，照明器可以被提供有偏转器系统，其可以被调用来促使其离开射束以跨研究中样本执行扫描运动。-样本保持器，可以在其上保持和定位（例如倾斜、旋转）研究中的样本。如果期望的话，该保持器可以被移动以便影响射束相对于样本的扫描运动。一般来讲，这样的样本保持器将被连接到定位系统，诸如机械载台。-检测器（用于检测从被照射的样本放射的辐射），其本质上可以是单一的或复合的/分布式的，并且其可以取决于检测中的辐射而采用许多不同形式。示例包括光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池、X射线检测器（诸如硅漂移检测器和Si（Li）检测器）等。一般来说，CPM可以包括若干不同类型的检测器，可以在不同情况下调用它们的选择。在透射型显微镜（例如诸如（S）TEM）的情况下，CPM还将包括：-成像系统，其实质上采用透射通过样本（平面）的带电粒子并且将它们引导（聚焦）到分析装置（诸如检测/成像设备、光谱学装置（诸如EELS设备，EELS=电子能量损失光谱学）等）上。就上文提到的照明器而言，成像系统还可以执行其它功能（诸如畸变减轻、裁切、滤波等），并且它一般将包括一个或多个带电粒子透镜和/或其它类型的粒子光学组件。在下文中，有时可能（通过示例的方式）在电子显微术的特定上下文中阐述本专利技术；然而，这样的简化仅意图用于清楚性/例证性目的，而不应被解释为限制性的。如在上面的开篇段落中阐述的方法的特定示例是所谓的激光泵脉冲显微术，其中使用激光脉冲来触发待研究样本中的可重复/可重现的时间过程（temporalprocess）。在本上下文中，时间过程的示例包括相变、电浆激励（plasmonicexcitation）、机械振动、烧蚀过程、热流、化学反应等。针对此类样本研究的具体描述，参见例如由D.R.Cremons等人所著的期刊文章emtosecondelectronimagingofdefect-modulatedphonondynamics，NatureCommunications7，文章号11230（2016）：http://www.nature.com/articles/ncomms11230虽然现有技术的时间分辨的带电粒子显微术技术至今为止已产生了适宜结果，但是本专利技术人已进行了大量工作以提供对常规方法的有创造性的替换方案。该努力尝试的结果是本专利技术的主题。本专利技术的目的在于提供如在上面的开篇段落中阐述的方法的创新改进。更具体来说，本专利技术的目的是该技术应允许如相比于现有技术方法具有大幅改进的时间分辨率的样本研究。此外，本专利技术的目的是该新方法应比本领域中的现有技术更加通用。在如在上面的开篇段落中阐述的方法中实现了这些和其它目的，该方法的特征在于：-所述主源被配置成由所述次源的每个激励产生一串多个脉冲；-所述检测器被配置成包括像素的集成阵列，所述像素每一个都具有单独的读出电路，以登记所述串中的单独粒子的到达时间。应指出的是，所采用的来自所述次源的激励可以例如包括光子束（如在例如脉冲激光器或脉冲X射线源的情况中那样）、（例如，从（迷你）粒子加速器中得到的）（次）带电粒子束、（例如，由电极或电磁铁产生的）电磁场、（例如，来自压电致动器的）机械刺激，以及其组合和混合。本质上，这样的设置的操作除其它之外开拓出以下深刻见解：-时间分辨的带电粒子显微术中的许多样本在被损坏、破坏或改变其属性至阻碍进一步的有意义的研究的程度之前仅能够容忍一定数量的（来自所述次源的）激励；因此重要的是从样本的每次激励中收集尽可能多的信号。在其它实例中，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用带电粒子显微术来研究样本的方法，该方法包括以下步骤：‑ 使用主源来产生沿着射束路径传播的带电粒子脉冲射束；‑ 在所述射束路径中的照射位置处提供样本；‑ 使用次源来产生样本的重复激励；‑ 使用检测器来登记在每次所述激励之后穿过样本的所述射束中的带电粒子，其特征在于：‑ 所述主源被配置成由所述次源的每个激励产生一串多个脉冲；‑ 所述检测器被配置成包括像素的集成阵列，所述像素每一个都具有单独的读出电路，以登记所述串中的单独粒子的到达时间。

【技术特征摘要】
2016.11.28 EP 16200898.11.一种使用带电粒子显微术来研究样本的方法，该方法包括以下步骤：-使用主源来产生沿着射束路径传播的带电粒子脉冲射束；-在所述射束路径中的照射位置处提供样本；-使用次源来产生样本的重复激励；-使用检测器来登记在每次所述激励之后穿过样本的所述射束中的带电粒子，其特征在于：-所述主源被配置成由所述次源的每个激励产生一串多个脉冲；-所述检测器被配置成包括像素的集成阵列，所述像素每一个都具有单独的读出电路，以登记所述串中的单独粒子的到达时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测器包括Timepix检测芯片。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述主源包括振荡电磁射束偏转器。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述偏转器包括TM110RF腔射束切断器。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中：-所述主源包括RF腔射束切断器与振荡电磁射束偏转器的串联布置；-所述振荡电磁射束偏转器的操作频率被匹配至所述激励的频率。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：ER基伊夫特，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国,US