用于超快TEM应用的带有快速消隐器的脉冲式CFE电子源制造技术

使用射束消隐器/偏转器和电脉冲提取电极结合场发射器和枪透镜对带电粒子束（CPB）进行调制。通过此类调制，CPB可以根据特定应用的需要提供脉冲模式和连续模式操作，同时平均CPB电流维持在预定水平内，例如维持在促进X射线安全操作的水平内。所述提取电极或所述射束消隐器/偏转器可以限定CPB脉冲宽度、CPB开/关比或这两者。或这两者。或这两者。

【技术实现步骤摘要】
用于超快TEM应用的带有快速消隐器的脉冲式CFE电子源


[0001]本公开涉及脉冲式射束电子显微术。

技术介绍

[0002]透射电子显微术（TEM）使用连续电子束，其射束电流通常为约30-50 pA至高达几nA。不使用较高的射束电流，因为它们与不安全的X射线生成水平相关联。尽管可以为TEM色谱柱提供X射线屏蔽件，但此类屏蔽件仅在约150 nA或更小的射束电流下才可行。对于一些应用，需要快速TEM，并且快速TEM可以使用例如具有几个电子/ps的皮秒电子束脉冲或持续时间约10 ns的束脉冲。在大多数快速TEM情形中，脉冲式射束的峰值电流可以为1
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A或更高，重复频率至少为1 MHz。此类脉冲式射束可能难以生成，且产生不安全水平的X射线辐射，故需要改进的方法。

技术实现思路

[0003]本文公开了允许生成具有脉冲式和/或连续分量的带电粒子束（CPB）的方法和设备，所述脉冲式和/或连续分量可以控制由CPB生成的X射线。在代表性实例中，一种CPB系统包括CPB源，所述CPB源适于产生具有脉冲式CPB分量或连续CPB分量或脉冲式CPB分量和连续CPB分量两者的CPB。CPB透镜定位成接收来自CPB源的CPB，并且联接至控制器以通过激励CPB透镜以在射束限制孔径处产生扩展的CPB来产生连续CPB分量，从而透射扩展的CPB的一部分。或者，控制器激励CPB透镜以聚焦CPB以基本上透射与脉冲式分量相关联的CPB部分。在一些实例中，孔径板限定射束限制孔径，并且CPB源包括例如LaB6纳米棒的场发射器。在代表性实例中，CPB源包含提取电极，所述提取电极定位成建立脉冲式CPB分量和连续CPB分量中的至少一个的射束电流。在一些情况下，CPB控制器联接至提取电极，并且可用于建立脉冲式CPB分量和连续CPB分量中的至少一个的射束电流。在其它实例中，射束消隐器定位成从射束限制孔径接收CPB，并且CPB控制器可用于激励射束消隐器以选择性地使接收到的CPB偏转。在其它代表性实施例中。消隐孔径板限定了消隐孔径，并且射束消隐器可用于选择性地将CPB偏转至消隐孔径以阻挡CPB的至少一部分。在代表性实例中，射束消隐器包括静电偏转器或RF谐振腔。在典型实例中，控制器联接至CPB透镜，以将CPB聚焦在射束消隐器处。在其它代表性实例中，X射线屏蔽件围绕CPB射束轴线定位并且限定X射线屏蔽区域，其中射束限制孔径位于X射线屏蔽区域内。在另外的实例中，CPB源定位成当射束消隐器未致动时引导CPB被消隐孔径阻挡，并且CPB透镜被配置成产生位于射束限制孔径与消隐孔径之间的CPB焦点。
[0004]代表性方法包括选择第一CPB射束焦点或第二CPB射束焦点，其中第一射束焦点定位成通过仅经由射束限制孔径透射CPB的一部分来基本上衰减CPB，并且第二CPB焦点定位成使得CPB基本上由射束限制孔径透射。在选择第一CPB焦点的情况下，激活CPB源以至少产生CPB的连续分量，并且将所述连续分量引导至目标。在选择第二CPB焦点的情况下，产生与脉冲分量相关联的CPB部分并将其引导至目标。
[0005]在一些情况下，响应于提取器的连续激活而用场发射器产生连续分量，并且通过场发射器和提取器的脉冲式激活来产生脉冲式分量。在其它实例中，用射束消隐器产生脉冲式分量。在额外实例中，与脉冲式分量相关联的CPB部分被引导至射束消隐器，并且被选择性地衰减以限定CPB脉冲持续时间或CPB对比率，或者CPB脉冲持续时间和对比率两者。在其它实例中，在选择第二焦点的情况下，利用射束消隐器产生脉冲式分量，以具有预定脉冲持续时间、对比率，或者脉冲持续时间和对比率两者。在其它实例中，射束限制孔径位于X射线屏蔽区域中。
[0006]另外的方法包括：提供包含场发射器和提取器的CPB源；以及定位CPB透镜以接收来自CPB源的CPB。射束限制孔径位于X射线屏蔽区域中。控制器联接至CPB透镜，以在射束限制孔径处产生CPB焦点以产生脉冲式CPB，或在射束限制孔径处产生扩展射束以产生连续CPB。
[0007]带电粒子束系统包括适于产生具有至少一个脉冲式CPB分量的CPB的可脉冲CPB源以及定位成至少接收所述脉冲式CPB分量的CPB消隐器。消隐孔径定位成从CPB消隐器接收脉冲式CPB分量，其中CPB消隐器可用于选择性地将脉冲式CPB分量引导至试样或阻挡脉冲式CPB分量的至少一部分。在代表性实施例中，可脉冲CPB源适于产生具有脉冲式分量和固定分量的CPB。在一些实例中，可脉冲CPB源包括提取电极，所述提取电极定位成建立脉冲式射束分量和固定射束分量中的至少一个的射束电流。在另外的实例中，CPB透镜定位成将CPB聚焦在射束消隐器处。在其它实例中，X射线屏蔽件围绕CPB射束轴线定位并且限定X射线屏蔽区域。孔径位于X射线屏蔽区域内，并且CPB被配置成使CPB聚焦，使得扩展的CPB入射到位于X射线屏蔽区域内的孔径。在更多实例中，CPB源定位成当射束消隐器未致动时引导CPB的脉冲式分量和固定分量中的至少一个以便被消隐孔径阻挡。控制器可用于选择在向提取器施加电压、射束消隐器驱动信号和施加至试样的刺激信号中的一个或多个之间的至少一个延迟。在典型实例中，CPB的脉冲式分量包括持续时间小于100 ns、50 ns、10 ns、1 ns、100 ps、50 ps、10 ps或1 ps且重复频率至少为100 kHz、1 MHz、10 MHz、50 MHz、100 MHz、500 MHz或1 GHz的脉冲。
[0008]代表性方法包含提供包含脉冲式分量和固定分量的CPB，并将CPB引导至射束消隐器。脉冲式分量和固定分量中的至少一个被衰减。通常，射束消隐器会衰减固定分量并透射脉冲式分量。在一些情况下，选择脉冲式分量射束电流与固定射束电流的比率，并且激活射束消隐器以将与所选比率相关联的射束引导至试样。在一些情况下，CPB光学地聚焦在X射线屏蔽区域的上游，并且CPB会通过位于X射线屏蔽区域的孔径被递送到射束消隐器。在一些实例中。通过向提取器施加脉冲式电压来产生脉冲式分量射束电流。在其它实例中，将脉冲式电压同步地施加到提取器，并且激活射束消隐器。在代表性实例中，利用射束消隐器限定施加到试样的CPB脉冲的持续时间。在典型实例中，CPB是电子束。在额外实例中，试样的图像基于CPB的脉冲式分量。
[0009]额外方法包括通过向CPB源施加脉冲驱动器以产生具有脉冲式分量和固定分量的CPB来产生脉冲式CPB。选择性地衰减脉冲式分量以减小脉冲持续时间，或者衰减固定分量以产生脉冲式电流与固定电流的预定比率。将脉冲式CPB引导至试样，并且记录试样对脉冲式CPB的响应。所记录的对脉冲式CPB的响应是TEM图像、SEM图像或从试样接收的带电粒子的能谱。在其它实例中，将光学或电刺激施加至试样，并且在光学或电刺激与脉冲式CPB的
脉冲之间的两个或更多个相对延迟下获得试样对光学或电刺激的响应。
[0010]产生CPB脉冲的代表性方法包括将CPB引导至射束消隐器，并且选择性地激活射束消隐器，以使得CPB被孔径阻挡。
[0011]通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带电粒子束（CPB）系统，其包括：CPB源，其适于产生具有脉冲式CPB分量或连续CPB分量，或者脉冲式CPB分量和连续CPB分量两者的CPB；CPB透镜，其定位成接收来自所述CPB源的所述CPB；和CPB控制器，其联接至所述CPB透镜并且被配置为：通过激励所述CPB透镜以在射束限制孔径处产生扩展的CPB来产生所述连续CPB分量，以使得所述扩展的CPB基本上衰减，或者通过激励所述CPB透镜产生与所述脉冲式CPB分量相关联的CPB部分，使得至少与所述脉冲式CPB分量相关联的所述CPB部分基本上由所述射束限制孔径透射。2.根据权利要求1所述的CPB系统，其进一步包括限定所述射束限制孔径的孔径板。3.根据权利要求1所述的CPB系统，其中所述CPB源包括场发射器。4.根据权利要求3所述的CPB系统，其中所述场发射器是LaB6纳米棒。5.根据权利要求1所述的CPB系统，其中所述CPB源能用于建立所述脉冲式CPB分量的射束电流。6.根据权利要求3所述的CPB系统，其中所述CPB控制器联接至提取电极、抑制电极或CPB透镜，所述提取电极、抑制电极或CPB透镜能用于建立所述脉冲式CPB分量和所述连续CPB分量中的至少一个的射束电流。7.根据权利要求1至6中任一项所述的CPB系统，其进一步包括射束消隐器，所述射束消隐器定位成从所述射束限制孔径接收所述CPB，其中所述CPB控制器能用于激励所述射束消隐器以选择性地使所接收的CPB偏转。8.根据权利要求7所述的CPB系统，其进一步包括限定消隐孔径的消隐孔径板，其中所述射束消隐器能用于选择性地将所述CPB偏转至所述消隐孔径以阻挡所接收的CPB的至少一部分。9.根据权利要求7所述的CPB系统，其中所述射束消隐器包括静电偏转器。10.根据权利要求7所述的CPB系统，其中所述射束消隐器包括RF谐振腔。11.根据权利要求7所述的CPB系统，其中所述控制器联接至所述CPB透镜，以将所述CPB聚焦在所述射束消隐器处。12.根据权利要求7所述的CPB系统，其进一步包括X射线屏蔽件，所述X射线屏蔽件围绕CPB射束轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，E，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：