使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法技术

本公开涉及一种使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法，所述方法包括提供样本，和提供带电粒子束以及将所述带电粒子束引导到所述样本上，用于生成一定通量的透射穿过所述样本的带电粒子。所述方法包括以下步骤：生成并记录透射穿过所述样本的带电粒子的第一能量过滤通量，其中所述带电粒子的第一能量过滤通量基本上由未散射和弹性散射的带电粒子组成。如本文所公开的方法包括另外的步骤：生成并记录透射穿过所述样本的带电粒子的第二能量过滤通量，其中所述带电粒子的第二能量过滤通量基本上由非弹性散射的带电粒子组成。然后，使用所述第一和第二记录的能量过滤通量，用于以增加的对比度对所述样本进行成像。用于以增加的对比度对所述样本进行成像。用于以增加的对比度对所述样本进行成像。

【技术实现步骤摘要】
使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法
[0001]说明书本专利技术涉及使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法，所述方法包括提供样本和提供带电粒子束，以及将所述带电粒子束引导到所述样本上，用于生成一定通量的透射穿过样本的带电粒子。
[0002]带电粒子显微法，特别是呈电子显微法的形式是众所周知且日益重要的微观物体成像技术。从历史上看，电子显微镜的基本种类已演变成数个众所周知的设备类型，例如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和扫描透射电子显微镜（STEM），且还演变成各种子类型，例如所谓的“双束”设备（例如，FIB
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SEM），其另外采用聚焦离子束（FIB），从而允许支持例如离子束铣削或离子束诱导沉积（IBID）的活动。技术人员将熟悉不同类型的带电粒子显微法。
[0003]在TEM中，用于照射样本的电子束被选择为具有足够高的能量以穿透样本（为此目的，样本通常将比在SEM样本的情况中更薄）；然后，可使用从样本中发出的透射电子的通量来创建图像。当这类TEM以扫描模式操作（因此变成STEM）时，所讨论的图像将在电子束和样本的相对扫描运动期间累积。
[0004]透射电子显微法（TEM）中存在几种用例，其中电子束在样本上方移动或扫描。
[0005]一个实例是单粒子分析（SPA）。在此工作流程中，样本含有带有许多圆形孔的网格，每个圆形孔都含有一块冰箔，上面有要成像的生物颗粒的拷贝。每个冰箔的直径约为2 μm，并且这些箔的间距约为5 μm。载物台移动到孔的中心，使用2到6个不同的大约0.5 μm的束
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图像偏移来获取2到6张图像，每张图像覆盖大约0.5x0.5 μm2的面积。在这种情况下，束
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图像偏移意指样本上方的照射束和样本下方的图像束的组合偏转，使得在两次偏转之后，束在样本下游的成像系统中在同轴上，并且使得不在同轴上一部分样本成像。然后，工作台移动到下一个孔（通常相距5 μm），并重复该程序。该过程可以重复数百次甚至数千次，从而生成多个图像。
[0006]在单粒子分析（SPA）中，从该多个图像重构如蛋白质或病毒的生物颗粒的3D结构，其中每个单个图像可含有该相同生物颗粒的数十个拷贝。该过程中的步骤之一涉及识别并定位多个图像中的颗粒。这些颗粒的对比度（非常）低，因为该颗粒和它们嵌入其中的冰都由轻元素（N、C、O、H）组成。这使得难以识别和鉴定图像中的颗粒。
[0007]增强对比度的传统方法是散焦（CTF理论教导这会增加低空间频率的传递）或应用相位板。第一种方法的缺点是，它减少了高分辨率下的信息。后者的缺点是，实际上，所有可用的相位板都会在一定程度上阻挡束强度的一部分。
[0008]因此，本专利技术的目的是提供用于增加在透射带电粒子显微镜中获得的图像的对比度的方法。
[0009]为此目的，本专利技术提供根据权利要求1所定义的使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法。
[0010]如本文所定义的方法的特征在于，其包括以下步骤：生成并记录第一能量过滤通量的透射穿过样本的带电粒子，其中所述带电粒子的第一能量过滤通量基本上由未散射和
弹性散射的带电粒子组成。带电粒子的第一能量过滤通量增强了样本中不同区域的对比度，例如颗粒和与它们嵌入其中的冰之间的对比度。
[0011]如本文所定义的方法的特征进一步在于，其包括以下步骤：生成并记录第二能量过滤通量的透射穿过样本的带电粒子，其中所述带电粒子的第二能量过滤通量基本上由非弹性散射的带电粒子组成。由于不同区域之间在非弹性散射的带电粒子与未散射或弹性散射的带电粒子的比率方面的差异很小但明显，所以带电粒子的第二能量过滤通量含有关于样本中不同区域的信息，例如颗粒和它们嵌入其中的冰的信息，并且这可用于进一步提高用该方法获得的图像的对比度。
[0012]该方法结合了来自所述第一和第二记录的能量过滤通量的信息，用于以增加的对比度对所述样本进行成像。由此，实现了本专利技术的目的。
[0013]将在下文描述另外实施例和优点。
[0014]本文所定义的方法基于这样的见解：在样本中的不同区域之间，非弹性散射的带电粒子与没有散射或弹性散射的带电粒子的比率存在很小但明显的差异。例如，SPA样本中的冰和颗粒之间就是这种情况。这里，非弹性散射意指束中的带电粒子，当在样本上散射时，不仅由于动量传递而将其部分动能传递给样本（在带电粒子为电子的情况下，其不足道地小，因为样本中的电子和原子之间存在巨大的质量差异），而且由于样本中的电子或原子的内部激发而传递能量。这类内部激发可以包括（按减少的能量传递顺序）所谓的芯损失（这在样品中原子的核壳中的束缚电子被激发到外壳或真空中时发生），或等离激元激发（这是价电子的集体激发），或带隙跃迁（当价带的电子被激发到导电带时）或声子激发（这是样本中原子的集体振动）。与这些过程相关联的典型能量传递是：芯为100 eV
……
2000 eV，等离激元激发为10 eV
……
40 eV，带隙跃迁为2 eV
……
6 eV，以及声子激发为0.01 eV
……
0.2 eV。
[0015]与此相反，弹性散射意指束中的带电粒子，当在样本上散射时，不会引起样本中的电子或原子的任何内部激发。可注意到，对于通常用于透射电子显微镜的薄样本（10 nm
……
30 nm），照射束中的大多数电子不会随样本而散射或弹性散射。只有一小部分（通常为5%
……
20%）的电子发生非弹性散射，而这些非弹性散射事件中的大多数是等离激元激发。
[0016]通常，未散射的带电粒子和弹性散射的带电粒子的组合通量被称为弹性信号或弹性通量或弹性图像。
[0017]此外，该方法采用光谱设备来分析带电粒子在与样本相互作用时传递或损失的能量，并且具体地说，来仅使用经历了特定能量损失的带电粒子来创建样本的图像。在电子显微法的背景下，这类设备通常被称为在电子能量损失光谱分析（EELS）模块。
[0018]第一能量过滤通量可以是所谓的零损失峰（ZLP）过滤图像，其中，在样本中引发一些能量损失的所有电子都从图像中滤除。现有技术的理解是，由于能量不同，这些已经引发能量损失的电子（非弹性散射电子）在图像中失焦，并且该失焦信号在图像中给出了模糊的背景，这种模糊的背景降低了信噪比并因此降低了冰中颗粒的可见度。根据这种现有技术的理解，ZLP过滤将提高其中发生显著非弹性散射（比方说>50%）的厚样本（例如，>100 nm）的对比度，但对于其中仅发生少量非弹性散射（比方说<20%）的薄样本（例如，<30 nm）并不如此。然而，专利技术人发现，即使对于非常薄的样本（<30 nm），ZLP过滤也可以改善对比度。正
如稍后将要展现的，通过ZLP过滤获得的SPA对比度的提高并非来自去除模糊背景，而是来自颗粒与颗粒嵌入其中的周围冰之间的非弹性散射的显著差异。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用透射带电粒子显微镜对样本进行成像的方法，所述方法包括：
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提供样本；
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提供带电粒子束并将所述带电粒子束引导到所述样本上，用于生成一定通量的透射穿过所述样本的带电粒子；
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生成并记录透射穿过所述样本的带电粒子的第一能量过滤通量，其中所述带电粒子的第一能量过滤通量基本上由未散射和弹性散射的带电粒子组成；
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生成并记录透射穿过所述样本的带电粒子的第二能量过滤通量，其中所述带电粒子的第二能量过滤通量基本上由非弹性散射的带电粒子组成；
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使用所述第一和第二记录的能量过滤通量对所述样本进行成像。2.根据权利要求1所述的方法，其中生成并记录带电粒子的第一能量过滤通量的步骤包括零损失峰（ZLP）过滤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中生成并记录带电粒子的第二能量过滤通量的步骤包括零损失峰（ZLP）阻挡。4.根据权利要求1至3所述的方法，其中在生成并记录所述带电粒子的第一能量过滤通量的步骤期间，使用第一剂量。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一剂量等于所述样本在失去结构完整性之前能够承受的最大剂量，例如，40 e/
Å2。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在生成并记录所述带电粒子的第二能量过滤通量的步骤期间，使用第二剂量。7.根据权利要求6所述的方法，其中首先执行生成并记录带电粒子的第一能量过滤通量的所述步骤，并且稍后执行生成并记录带电粒子的第二能量过滤通量的所述步骤。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二剂量至少等于所述第一剂量，例如，至少40 e/
Å2。9.根据权利要求1至8所述的方法，其包括以下步骤：使用所述记录的带电粒子的第二能量过滤通量来定位所述样本内的所关注的区域。10.根据权利要求9所述的方法，其包括以下步...

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