带电粒子束的空间相位操纵制造技术

技术编号:24335115 阅读:67 留言:0更新日期:2020-05-29 21:57
本发明专利技术涉及一种用于局部操纵沿束轴(Z)传播的带电粒子波的空间相位分布的装置(1)。该装置包括支撑元件(2)以及由该支撑元件(2)支撑的多个相位调节元件(3),该支撑元件(2)具有用于接收沿束轴(Z)传播的带电粒子波的目标区域,该多个相位调节元件(3)位于该目标区域中且用于在带电粒子波撞击相位调节元件时局部调节该带电粒子波的相位。该装置还包括连接到该多个相位调节元件以用于单独控制每一个相位调节元件的多条控制线(4)。

Spatial phase manipulation of charged particle beam

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带电粒子束的空间相位操纵
本专利技术涉及带电粒子束操纵的领域。更具体地,本专利技术涉及用于局部操纵带电粒子束(例如,电子束或离子束)的空间相位分布的方法和装置。
技术介绍
带电粒子束(诸如电子束)用于例如显微镜和光刻应用中。例如,在扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)中,材料的结构和接合可以特别细节地研究,例如甚至细节到原子级。已知在电子显微镜中使用电子束的相位调制来使束成形,诸如以具有有利的束特性。例如,可以将通常被称为相位板的相位操纵元件放置在电子显微镜中的电子束中(例如,这一电子显微镜的物镜的后焦平面中)以用于对弱相物体(诸如生物样本)进行成像。此外,带电粒子束的相位调制还可以在其他应用中使用,诸如带电束光刻和带电粒子加速器。本领域已知的这种相位操纵元件的示例包括Zernike元件(参见例如US8071954),例如包括在其中限定有小孔的非晶碳薄膜;Boersch元件(参见例如US5814815),其可以在微结构化的电极内施加静电势;和/或磁性元件(例如参见US7851757),例如包括影响束相位的磁性或磁化材料。作为另一示例,US2008/202918公开了一种包括导电芯相位板的相位板。导电屏蔽薄膜覆盖芯相位板的外围。然而,相位操纵不限于弱相物体的成像。通过向带电粒子波赋予轨道角动量来产生带电粒子涡流在本领域中也是已知的。这样的涡流波可用于诸如量子信息和纳米操纵等应用中。由于带电粒子携带磁矩,因此轨道角动量和磁矩的组合可以使用户能够探测被研究材料的磁态,例如以实现材料的原子分辨率磁测绘。例如,在国际专利申请WO2013/092762和WO2013/092764中,公开了用于该目的的装置。根据WO2013/092762,该装置包括支撑元件和感生装置,该支撑元件具有用于使沿束轴传播的带电粒子波透射的目标区域,该感生装置用于感生沿细长剖面的磁通量,该细长剖面具有位于该目标区域中的自由端部。感生意味着提供细长剖面的磁通量以便在带电粒子波透射穿过目标区域时感生该带电粒子波的相位相对于束轴的角梯度。根据WO2013/092764,该装置包括第一导电元件和第二导电元件,该第一导电元件包括围绕轴布置的多个成角度间隔的导电体,该第二导电元件沿该轴的方向与第一导电元件间隔开。第一和第二导电元件被适配成使沿该轴传播的带电粒子束透射。连接装置提供第一导电元件和第二导电元件上的电势差。该连接装置被适配成向多个成角度间隔的导电体供应电势,以用于在带电粒子波沿轴透射时感生该带电粒子波的相位的角梯度,其中沿电势轴的投射因变于相对于该轴的角度位置而变化。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是例如在电子显微镜设备、电子或离子光刻设备或使用带电粒子束的类似设备(例如,粒子加速器)中提供用于配置带电粒子波的空间相位分布的可编程、通用、良好和/或高效的装置和方法。以上目标由根据本专利技术的方法和装置来实现。本专利技术的实施例的优点在于,带电粒子波的相位可以被动态地编程,例如在设计约束内自由配置,例如在自由空间中实现弱相位成像光束、涡流波、非衍射光束,诸如涡流波、贝塞尔光束、艾里光束、π束、螺旋线和/或蛇形光束和/或会聚或发散的光束。本专利技术的实施例的优点是可编程带电粒子透镜(例如可编程电子透镜)可以通过这样的实施例来实现。本专利技术的实施例的优点是可以在例如带电粒子光刻(例如电子或离子光刻)中实现良好的分辨率和/或速度。本专利技术的实施例的优点是可以通过这样的实施例(例如在带电粒子束透镜中)校正像差。本专利技术的实施例的优点是可以通过这样的实施例在电子显微镜中提供良好的对比度。本专利技术的实施例的优点是可以在电子显微镜中(例如在TEM中)减少束损伤,例如相对于使用常规透镜、像差校正器和/或相位板的设备而言。本专利技术的实施例的优点是可以提高电子显微镜中的分辨率,例如相对于使用常规透镜、像差校正器和/或相位板的设备而言。本专利技术的实施例的优点在于,针对常规带电粒子设备的简单、便宜和/或小型的替代方案能够例如通过用根据本专利技术的实施例替代昂贵、笨重和/或复杂的透镜和/或相位板来实现。本专利技术的实施例的优点是常规带电粒子透镜中的滞后效应可以通过根据实施例的装置来容易地补偿。本专利技术的实施例的优点在于,常规带电粒子透镜中的滞后效应可以通过用根据实施例的可动态编程的装置替换此类带电粒子透镜来消除。本专利技术的实施例的优点是可启用量子信息实验和/或应用。本专利技术的实施例的优点是可以在由根据实施例的装置动态调制的自由电子载波上执行自由电子通信。本专利技术的实施例的优点在于,带电粒子波的可编程空间相位分布可以用于获得与带电粒子波相互作用的材料的材料特性度量,诸如举例而言磁性、手性和/或应变性。在第一方面,本专利技术涉及一种用于局部操纵沿束轴传播的带电粒子波的空间相位分布的装置。该装置包括具有目标区域的支撑元件,该目标区域用于接收(例如透射和/或反射)沿束轴传播的带电粒子波。该装置包括由该支撑元件支撑且位于目标区域中的多个相位调节元件,该多个相位调节元件用于在带电粒子波撞击相位调节元件(例如,透射穿过相位调节元件(或在相位调节元件附近透射)或由该相位调节元件反射)时局部调节该带电粒子波的相位。该装置包括连接到该多个相位调节元件以用于单独控制每一个相位调节元件的多条控制线。多个相位调节元件可被组织成二维阵列。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个相位调节元件可以直接连接到相应的控制线以用于将该相位调节元件直接连接到控制器。控制器可被集成到该装置中或者可以例如经由连接器连接到该装置。在根据本专利技术的实施例的装置中,相位调节元件可以在逻辑上被组织成逻辑行和逻辑列,以使得每一个相位调节元件能由至少一个列索引和一个行索引来唯一地标识。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个相位调节元件可以直接连接到相应的多条控制线中的一对控制线以用于将该相位调节元件连接到控制器。该对控制线可包括列信号线和行信号线。列信号线和行信号线可以分别连接到形成逻辑列的相位调节元件以及形成逻辑行的相位调节元件。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个相位调节元件可包括至少一个晶体管,该至少一个晶体管具有连接到行信号线的第一端子、连接到列信号线的第二端子、以及连接到电存储的第三端子。在根据本专利技术的实施例的装置中,多个相位调节元件可被布置成笛卡尔网格图案或极栅网格图案。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个相位调节元件可被成形为圆弧、圆扇形或圆弓形。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个相位调节元件可包括静电相位调节元件。在根据本专利技术的实施例的装置中,每一个静电相位调节元件可包括电极。至少一条控制线可被适配成控制电极的电势。在根据本专利技术的实施例的装置中,电极可以是圆柱形、螺旋管形或环形,实施例不限于此。根据本专利技术的实施例的装置可包括分别形成多个相位调节元件的电极上方的平面和/或下方的平面的第一参考电极和/或第二参考电极。在根据本专利技术的实施本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于局部操纵沿束轴(Z)传播的带电粒子波的空间相位分布的装置(1),所述装置包括:/n支撑元件(2),其具有用于接收沿所述束轴(Z)传播的所述带电粒子波的目标区域,/n由所述支撑元件(2)支撑且位于所述目标区域中的多个相位调节元件(3),其用于在所述带电粒子波撞击所述相位调节元件时局部调节所述带电粒子波的相位,以及/n多条控制线(4),其连接到所述多个相位调节元件以用于单独控制每一个相位调节元件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 EP 17196951.21.一种用于局部操纵沿束轴(Z)传播的带电粒子波的空间相位分布的装置(1),所述装置包括:
支撑元件(2),其具有用于接收沿所述束轴(Z)传播的所述带电粒子波的目标区域,
由所述支撑元件(2)支撑且位于所述目标区域中的多个相位调节元件(3),其用于在所述带电粒子波撞击所述相位调节元件时局部调节所述带电粒子波的相位,以及
多条控制线(4),其连接到所述多个相位调节元件以用于单独控制每一个相位调节元件。


2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述多个相位调节元件被组织成二维阵列。


3.如前述权利要求中的任一项所述的装置,其特征在于,每一个相位调节元件(3)直接连接到相应的控制线(4)以用于将该相位调节元件直接连接到控制器(5)。


4.如前述权利要求中的任一项所述的装置,其特征在于,所述相位调节元件(3)在逻辑上被组织成逻辑行和逻辑列,以使得每一个相位调节元件(3)能由至少一个列索引和一个行索引来唯一地标识。


5.如权利要求4所述的装置,其特征在于,每一个相位调节元件(3)直接连接到所述多条控制线(4)中的一对控制线以用于将该相位调节元件连接到控制器(5),该对控制线包括列信号线(15)和行信号线(14),所述列信号线和所述行信号线分别连接到形成逻辑列的相位调节元件和形成逻辑行的相位调节元件。


6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,所述相位调节元件(3)包括至少一个晶体管,所述至少一个晶体管具有连接到所述行信号线(14)的第一端子、连接到所述列信号线(15)的第二端子、以及连接到电存储的第三端子。


7.如前述权利要求中的任一项所述的装置,其特征在于,所述多个相位调节元件(3)被布置成笛卡尔网格图案或者极栅网格图案。


8.如前述权利要求中的任一项所述的装置,其特征在于,每一个相位调节元件(3)被成形为圆弧、圆的扇形或圆的弓形。


9.如前述权利要求中的任一项所述的装置,其特征在于,每一个相位调节元件(3)包括静电相位调节元件。


10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述静电相位调节元...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·费尔贝克A·贝切
申请(专利权)人:安特卫普大学
类型:发明
国别省市:比利时;BE

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