一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置及其成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置及其成像方法。本发明专利技术可快速更换滤光片，针对不同样品发的磷光进行抑制并选择需要的荧光波段进行收集和探测；先通过多波段荧光探头的方式不仅实现了多光谱波段的阴极荧光成像和彩色阴极荧光图像，通过不同光谱波段之间的组合快速找到磷光所在波段；然后安装相应波段的滤光片，实现抑制磷光而不滤除阴极荧光得到快速的更多荧光信息的阴极荧光成像；并且实现高时效和高性能的大面积快速拍摄的需要；同时大大简化了设计、装配和制造的复杂度，对扫描电子显微镜中获得更高的阴极荧光的空间分辨率提供更短的工作距离，对商业化生产的制造成本有降低，对规模化生产提供便利。对规模化生产提供便利。对规模化生产提供便利。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置及其成像方法


[0001]本专利技术涉及电子束激发阴极荧光技术，具体涉及一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置及其成像方法。

技术介绍

[0002]电子束激发的阴极荧光信号，是指当电子束轰击在材料表面，除了二次电子、背散射电子、俄歇电子和X射线外，所发射出的频率在紫外、红外或可见光波段的电磁波；其基本原理为材料内部的电子被入射电子激发至高能态，经过一定的弛豫时间跃迁回低能态，并释放能量，其中一部分能量以电磁辐射形式发射出来。材料在电子束激发下产生荧光的物理过程由其电子结构决定，而电子结构同元素成分，晶格结构和缺陷，以及所处的力学、热学、电磁学环境等因素相关。因此，电子束激发的阴极荧光光谱能够通过材料电子结构反映材料本身物理特性。
[0003]电子束激发阴极荧光信号的探测和处理通常与扫描或透射电子显微镜相结合，能够实现形貌观察、结构和成分分析同电子束激发荧光光谱的结合研究。电子束激发荧光所用的电子束束斑非常小，能量高；相比于光致发光，电子束激发荧光信号具有空间分辨率高、激发能量高、光谱范围宽、激发深度大等特点，并能够实现全光谱或单光谱荧光扫描成像。电子束激发荧光信号可以应用于微米、纳米尺度的半导体量子点、量子线等荧光物质的发光性质的研究。
[0004]阴极荧光探测及成像系统是获取该种阴极荧光信号的主要方法。该系统通常包括阴极荧光收集与探测装置、转接耦合装置和信号处理与控制系统。针对该系统的阴极荧光收集与探测装置部分，即用于收集电子束激发的阴极荧光信号并转化为电信号的收集与探测装置；阴极荧光信号被电子束激发后直接由阴极荧光收集与探测装置收集并转为电信号，经转接耦合装置将电信号传递由真空环境到一般大气环境中的信号放大系统，最终被处理成可被计算机处理的同步图像信息或是强度信息，该系统直接收集阴极荧光信号通过有限空间进行最大限度的空间收集，以半导体探测器为基础进行光电转化。荧光信号的产生通常也伴随有一定磷光信号的发生，磷光信号与荧光信号的根本区别在于荧光是由激发单重态最低振动能级至基态各振动能级间跃迁产生的；而磷光是由激发三重态的最低振动能级至基态各振动能级间跃迁产生的；荧光信号的持续时间通常在纳秒量级，磷光信号的持续时间通常在毫秒量级，以荧光信号收集为主时，磷光的持续时间过长，并且信号更强，造成无法采集到荧光信号；对于具有不同磷光信号的样品，如何筛选荧光信号对于阴极荧光探测及成像系统有着重要意义。

技术实现思路

[0005]为了实现阴极荧光探测及成像系统对磷光信号进行抑制并收集特定荧光信号，本专利技术提出了一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置及其成像方法，本专利技术的阴极荧光探头设置在扫描电子显微镜系统的真空样品室内，位于收集阴极荧光的位置。
[0006]本专利技术的一个目的在于提出一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置。
[0007]扫描电子显微镜系统包括电子枪、电子光学系统、真空样品室、物镜、信号探测系统和电气控制系统；其中，物镜包括物镜下极靴和物镜支架；电子光学系统连接电气控制系统。
[0008]本专利技术的抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置包括：扫描电子显微镜系统、阴极荧光探头、转接耦合装置、信号处理与控制系统和计算机；其中，待测样品和阴极荧光探头位于扫描电子显微镜系统的真空样品室内，阴极荧光探头的上端面距物镜下极靴的距离小于1mm，且不接触物镜下极靴表面；阴极荧光探头经信号线连接至转接耦合装置；转接耦合装置通过信号线连接至位于真空样品室外的信号处理与控制系统；信号处理与控制系统通过信号线连接至计算机；扫描电子显微镜系统的连接电气控制系统连接至信号处理与控制系统；
[0009]阴极荧光探头包括：探头盖、阵列型硅光电芯片、探头座、滤光片和滤光片支架；其中，探头盖为平板状，开设有电子束通孔，在探头盖的下表面且与电子束通孔同轴设置有电子束管道，电子束管道为内部中空的管状，电子束管道的内径等于探头盖的电子束通孔的直径，阴极荧光探头的电子束管道与扫描电子显微镜系统的电子束通道同轴；探头座设置有环形固定框，环形固定框的中心具有荧光通孔，环形固定框的下表面开设有多个呈中心对称的卡槽；阵列型硅光电芯片包括电路板和多个芯片型荧光探头，电路板上开设有电子束通孔，在电路板的下表面以电子束通孔为中心均匀排布多个芯片型荧光探头，阵列型硅光电芯片放置在探头座上并且阵列型硅光电芯片的多个芯片型荧光探头从探头座的荧光通孔暴露出；滤光片的中心开设有电子束通孔；滤光片支架包括环形边框和挂钩，环形边框的中心具有荧光通光孔，荧光通光孔的直径小于滤光片的外径且环形边框的外径不小于滤光片的外径，滤光片放置在环形边框上，与探头座的下表面开的多个卡槽相对应，在环形边框的外边缘设置有多个呈中心对称的挂钩；探头盖、阵列型硅光电芯片、探头座、滤光片和滤光片支架从上至下依次设置且所在的平面互相平行；通过每一个挂钩嵌入相应的卡槽内，将滤光片支架安装在探头座的下表面，并且滤光片与阵列型硅光电芯片的芯片型荧光探头有间隙；探头盖的电子束通孔、阵列型硅光电芯片的电子束通孔、探头座的荧光通光孔、滤光片中心的电子束通孔和滤光片支架的荧光通光孔同轴；电子束管道依次穿过阵列型硅光电芯片的电子束通孔、探头座的荧光通光孔、滤光片的电子束通孔以及滤光片支架的荧光通光孔；探头盖、电子束管道、探头座和滤光片支架的材料采用无磁金属；
[0010]阵列型硅光电芯片中的芯片型荧光探头包括颜色域探头和全色域探头；其中，颜色域探头和全色域探头分别围绕电子束通孔的中心轴均匀分布，颜色域探头在内侧，全色域探头在外侧；颜色域探头分为红色域探头、绿色域探头和蓝色域探头，每种颜色域探头均包括多个并以电子束管道为中心对称放置且均匀分布；所有的全色域探头串联形成一路全色域通道，颜色域探头中所有红色域探头串联、所有绿色域探头串联以及所有蓝色域探头串联，分别形成三个独立的颜色域通道，四路独立的通道分别通过信号线经转接耦合装置连接至信号处理与控制系统的四个独立的信号通道；
[0011]电子枪发射电子束，经电子光学系统形成高质量的聚焦电子束，经物镜聚焦后通过电子束管道入射至待测样品上，电子束与待测样品相互作用产生阴极荧光；信号处理与控制系统发出外部扫描信号到电气控制系统，电气控制系统把外部扫描信号发送给电子光
学系统控制电子束扫描，控制电子束作用待测样品产生对应位置的阴极荧光；阴极荧光由阴极荧光探头收集，其他信号由信号探测系统收集；先采用不安装滤光片的阴极荧光探头直接接收，阵列型硅光电芯片中的全色域探头和颜色域探头对应自身波段接收带磷光和阴极荧光的光信号，并转换为电信号，通过四个独立的通道分别传输至信号处理与控制系统，信号处理与控制系统将电信号转化为能够被计算机识别的多路数字信号，传输至计算机；计算机根据三路颜色域通道的数字信号混合得到黑白的可见光波段阴极荧光图像；进一步，配合三原色原理对三路颜色域通道的数字信号分别设定对应颜色的数值，然后混合三路颜色域通道的数字信号得到彩色的阴极荧光图像；对全色域通道的数字信号进行补偿，补偿后的全色域通道的数字信号减去颜色域通道的数字信号得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置，扫描电子显微镜系统包括电子枪、电子光学系统、真空样品室、物镜、信号探测系统和电气控制系统；其中，物镜包括物镜下极靴和物镜支架；电子光学系统连接电气控制系统，其特征在于，所述抑制磷光高衬度阴极荧光成像装置包括：扫描电子显微镜系统、阴极荧光探头、转接耦合装置、信号处理与控制系统和计算机；其中，待测样品和阴极荧光探头位于扫描电子显微镜系统的真空样品室内，阴极荧光探头的上端面距物镜下极靴的距离小于1mm，且不接触物镜下极靴表面；阴极荧光探头经信号线连接至转接耦合装置；转接耦合装置通过信号线连接至位于真空样品室外的信号处理与控制系统；信号处理与控制系统通过信号线连接至计算机；扫描电子显微镜系统的连接电气控制系统连接至信号处理与控制系统；阴极荧光探头包括：探头盖、阵列型硅光电芯片、探头座、滤光片和滤光片支架；其中，探头盖为平板状，开设有电子束通孔，在探头盖的下表面且与电子束通孔同轴设置有电子束管道，电子束管道为内部中空的管状，电子束管道的内径等于探头盖的电子束通孔的直径，阴极荧光探头的电子束管道与扫描电子显微镜系统的电子束通道同轴；探头座设置有环形固定框，环形固定框的中心具有荧光通孔，环形固定框的下表面开设有多个呈中心对称的卡槽；阵列型硅光电芯片包括电路板和多个芯片型荧光探头，电路板上开设有电子束通孔，在电路板的下表面以电子束通孔为中心均匀排布多个芯片型荧光探头，阵列型硅光电芯片放置在探头座上并且阵列型硅光电芯片的多个芯片型荧光探头从探头座的荧光通孔暴露出；滤光片的中心开设有电子束通孔；滤光片支架包括环形边框和挂钩，环形边框的中心具有荧光通光孔，荧光通光孔的直径小于滤光片的外径且环形边框的外径不小于滤光片的外径，滤光片放置在环形边框上，与探头座的下表面开的多个卡槽相对应，在环形边框的外边缘设置有多个呈中心对称的挂钩；探头盖、阵列型硅光电芯片、探头座、滤光片和滤光片支架从上至下依次设置且所在的平面互相平行；通过每一个挂钩嵌入相应的卡槽内，将滤光片支架安装在探头座的下表面，并且滤光片与阵列型硅光电芯片的芯片型荧光探头有间隙；探头盖的电子束通孔、阵列型硅光电芯片的电子束通孔、探头座的荧光通光孔、滤光片中心的电子束通孔和滤光片支架的荧光通光孔同轴；电子束管道依次穿过阵列型硅光电芯片的电子束通孔、探头座的荧光通光孔、滤光片的电子束通孔以及滤光片支架的荧光通光孔；探头盖、电子束管道、探头座和滤光片支架的材料采用无磁金属；阵列型硅光电芯片中的芯片型荧光探头包括颜色域探头和全色域探头；其中，颜色域探头和全色域探头分别围绕电子束通孔的中心轴均匀分布，颜色域探头在内侧，全色域探头在外侧；颜色域探头分为红色域探头、绿色域探头和蓝色域探头，每种颜色域探头均包括多个并以电子束管道为中心对称放置且均匀分布；所有的全色域探头串联形成一路全色域通道，颜色域探头中所有红色域探头串联、所有绿色域探头串联以及所有蓝色域探头串联，分别形成三个独立的颜色域通道，四路独立的通道分别通过信号线经转接耦合装置连接至信号处理与控制系统的四个独立的信号通道；电子枪发射电子束，经电子光学系统形成高质量的聚焦电子束，经物镜聚焦后通过电子束管道入射至待测样品上，电子束与待测样品相互作用产生阴极荧光；信号处理与控制系统发出外部扫描信号到电气控制系统，电气控制系统把外部扫描信号发送给电子光学系统控制电子束扫描，控制电子束作用待测样品产生对应位置的阴极荧光；阴极荧光由阴极荧光探头收集，其他信号由信号探测系统收集；先采用不安装滤光片的阴极荧光探头直接
接收，阵列型硅光电芯片中的全色域探头和颜色域探头对应自身波段接收带磷光和阴极荧光的光信号，并转换为电信号，通过四个独立的通道分别传输至信号处理与控制系统，信号处理与控制系统将电信号转化为能够被计算机识别的多路数字信号，传输至计算机；计算机根据三路颜色域通道的数字信号混合得到黑白的可见光波段阴极荧光图像；进一步，配合三原色原理对三路颜色域通道的数字信号分别设定对应颜色的数值，然后混合三路颜色域通道的数字信号得到彩色的阴极荧光图像；对全色域通道的数字信号进行补偿，补偿后的全色域通道的数字信号减去颜色域通道的数字信号得到红外和紫外波段荧光图像，颜色域通道中的两两混合分别得到红蓝、红绿和蓝绿波段的阴极荧光图像，单独的颜色域通道的数字信号分别得到红绿蓝三色波段的阴极荧光图像，从而采用三个独立的颜色域通道和一路全色域通道并通过计算机实现后期丰富的图像信息组合和筛选，增加了更多的图像信息进行表征，通过组合成像，找到有拖尾现象的阴极荧光图像，从而选出含有磷光的阴极荧光图像，以此确认待测样品的磷光所在波段；根据获得的待测样品的磷光波段，在阴极荧光探头中安装对应抑制磷光波段的滤光片，阴极荧光探头收集阴极荧光；阴极荧光通过滤光片支架的荧光通光孔，经滤光片进行荧光筛选并抑制不需要的磷光，通过探头座的荧光通光孔，由阵列型硅光电芯片中的全色域探头和颜色域探头对应自身波段接收抑制磷光后的阴极荧光信号；阵列型硅光电芯片将抑制磷光后的阴极荧光信号转换为电信号，通过四个独立的通道分别经过转接耦合模块传输至信号处理与控制系，信号处理与控制系统将电信号转化能够被计算机识别的四路数字信号，传输至计算机；计算机将四路数字信号叠加混合得到抑制磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贺，刘亚琪，施成龙，何超，
申请(专利权)人：北京金竟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：