用于扫描共焦电子显微镜的改进对比度制造技术

一种扫描共焦透射电子显微镜包括样品下方的退扫描偏转器和校正器。所述显微镜使用检测器，所述检测器优选地显著大于显微镜的分辨率，并且被放置在实像平面中，这提供了改进的对比度，特别是对于轻元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及透射电子显微术，并特别涉及改进扫描共焦电子显微镜中的对比度。
技术介绍
在共焦显微术中，照明源被聚焦到样品处的一个点上，并且然后该样品点的图像被形成在孔径处。使照明源的焦点跨越样品进行扫描，而孔径处的光强度被用于形成图像，其中每个图像点的强度与穿过孔径的光的强度相对应。通过将照明源聚焦在样品内的不同深度处，由于小孔径阻挡从焦点深度以外的深度所散射的电子，所以可以形成来自透明样品内部中的不同深度的图像。共焦显微术是使用光显微术所开发的，但它近来已经被应用于电子显微术。在传统的共焦电子显微术中，盘形检测器被放置在与样本共轭的平面中的孔径处。被投影回到样本平面时的盘形检测器的尺寸约等于共焦图像的横向分辨率，其通常为几埃(Angstrom)0因为射束必须跨越样品进行扫描，所以有必要将样品下方的检测器与样品上方的射束对准。Zaluzec的序号为6，548，810的美国专利“扫描共焦电子显微镜”描述了“退扫描(descan)”线圈的使用，其用于将已经穿过样品的射束带回到光轴上以穿过孔径并到检测器中。由于共焦显微术中所使用的非常小的盘形检测器，因此射束的退扫描和重聚焦不足够精确以提供原子分辨率。为克服这个问题，扫描共焦显微术领域中近期的出版物描述了一种机构，其中样品在射束下移动，而不是射束在样品上移动。例如，Takeguchi等的“用于高分辨率共焦STEM的镜台扫描系统的开发”(Development of a stage scanningsystem for high resolution confocal STEM,电子显微术学报(Journal of ElectronMicroscopy)57 (4) 123-127 (2008))描述了一种共焦电子显微镜，其中样品被安装在使用压 电驱动器来移动样品的测角仪中。通过在矩形光栅图样中扫描样品，显微镜可以形成样品的平面的二维图像。通过向上或向下移动样品，可以获取来自样品内部多个平面的信息以形成三维图像。然而，机械扫描比扫描电子束慢得多。相似地，Cosgriff，D’Alfonso等的“双像差校正扫描共焦电子显微术中的三维成像，第一部分弹性散射”(超显微术(Ultramicroscopy)108 (2008,1558至1566页))不出了一种样品，其可以在X-Y平面中以及在Z方向上被移动，以形成样品的三维图像。D’Alfonso, Cosgriff等的“双像差校正扫描共焦电子显微术中的三维成像，第二部分非弹性散射”(超显微术(Ultramicroscopy) 108 (2008,1567至1578页))使用扫描共焦电子显微镜来确定嵌入在大容量矩阵(bulk matrix)内的孤立杂质原子的位置。D’Alfonso通过使用来自内壳电离的电子能量损失来识别个别杂质原子，并通过将散焦电子引导向检测器来检测能量损失电子。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供扫描共焦电子显微术中的改进的对比度。 在一个优选的实施例中，本专利技术使电子束跨越样品进行扫描并在样品下方使射束进行退扫描。针对球面像差校正样品下方的射束。申请人已经发现，置于样品下方的校正器可以改进图像对比度。例如，改进的对比度提供了成像轻原子的能力，该能力不存在于现有技术中。不同于传统SCEM (扫描共焦电子显微镜)，在传统SCEM中小孔径和检测器消除了未被聚焦在孔径平面处的电子，本专利技术的实施例使用显著大于检测器平面处的电子源图像分辨率的检测器，来收集当穿过样本和丢弃未被聚焦在检测器平面处的电子时被移位的电子。前述内容已经相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便使后续的本专利技术的详细描述可以被更好理解。本专利技术的附加特征和优点将在下文中描述。本领域技术人员应当理解，所披露的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计用于实现本专利技术相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等效构造没有脱离如所附权利要求书中所阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术及其优点，现在对结合附图所进行的以下的描述做出参考，其中 图I示出了现有技术的电子束系统； 图2是在未散射和纯粹的非弹性散射电子(即，具有小散射角的电子)由中心(盘形)检测器所收集，而弹性散射电子(即，具有更大散射角的电子)由外部(环状)检测器所收集的模式下进行操作的本专利技术的电子束系统的示意性说明； 图3是在未散射电子由中心(盘形)检测器所收集，而超过一定能量范围的非弹性散射(即，能量损失)电子由外部(环状)检测器所收集的模式下进行操作的本专利技术的电子束系统的不意性说明； 图4是在样本体积内被移位的电子由外部(环状)检测器所收集而未移位的电子由中心检测器所收集的情况下进行操作的本专利技术的电子束系统的示意性说明； 图5说明了传统(后焦平面)STEM检测器配置，以及本专利技术的检测器配置； 图6A和6B分别示出了通过使用本专利技术的实施例所获得的Au <111>样本的暗场和明场图像； 图7A和7B分别示出了通过使用本专利技术的实施例所获得的散焦暗场和散焦明场图像，其示出了镧晶体中的硼原子列；以及 图8示出了根据本专利技术的实施例所获得的LaB6的EELS光谱。具体实施例方式虽然本领域的普通技术人员将容易地认识到许多替代实施例，特别是按照本文所提供的说明，但此详细描述是本专利技术的优选实施例的示例，本专利技术的范围仅由所附权利要求所限制。申请人:已经发现在样品下方使用校正器增强了对比度。本专利技术的实施例将能够进行一种新的应用，该新的应用可以提供关于样本的3D信息。此外，由于实明场(RBF)检测器具有去除非弹性散射电子的能力，该技术可以被用于对厚样本进行成像。传统上，STEM检测在样品下方的透镜的后焦平面(也被称为衍射平面)之中或附近被执行。共焦显微术中的检测器被放置在样品下方的透镜的实像平面中，并主要被用于三维成像，因为其具有提供来自样品内的预定深度的信息的能力。申请人已经发现，使用样品下方的校正器来校正样品的图像，允许了 STCM型检测在实像平面中被执行，并提供与在衍射平面中执行的检测相比改进的对比度。当在衍射平面中执行传统STEM检测时，衍射平面中的电子图样在使射束进行扫描(假设是远心扫描)时是静止的。由于使射束进行扫描时实像平面中的电子图样不是静止的，因此有必要使射束进行退扫描，使得强度分布可以被投影到固定的检测器上。当射束在样品中按原子的列进行扫描时，射束被移位，这提供了电子在实空间中的重新分布，其被示为可以通过使用环形和/或盘形检测器所检测到的图像中的对比度。 本专利技术的实施例将允许新的应用，该新的应用对传统STEM提供补充信息，并提供新的形态来可视化轻元素。本专利技术的实施例将允许使用新的散焦实STEM技术并将提供直接化学对比度。具体实施例方式 (1)显著提高可以通过以组合射束移动代替镜台移动来记录共焦图像的速度； (2)开放了在无需昂贵的成像能量过滤器的情况下，在STEM中进行基本化学映射的可倉泛十生; (3)由于样本的相互作用，提供了基于探针的重分布的新对比度机制； 本专利技术能够实现新的对比度机制，其提供了改进的结果，用于 (4)可视化轻元素(如H、O、N、B、Li)； (5)将弹性信号从非弹性信号分离； (6)通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.14 US 61/3643551.一种扫描共焦电子显微镜(SCEM),包括 电子源，用于生成电子束； 第一偏转器，用于使所述电子束跨越样品的一部分进行扫描； 第一电子透镜，用于聚焦所述电子束以在所述样品处形成电子源的图像； 检测器，用于检测已穿过所述样品的电子； 第二电子透镜，用于聚焦来自所述样品的电子以在所述检测器处或附近形成图像； 第二偏转器，用于使电子束进行退扫描并将电子束引导到检测器；以及 图像校正器，用于校正退扫描图像。2.权利要求I的SCEM，其中所述检测器是分段的。3.权利要求I的SCEM，其中所述检测器具有的面积是投影到所述检测器平面上时的源的图像的面积的至少两倍，并且其中所述检测器平面与源平面是共轭的或接近共轭的。4.权利要求I的SCEM，其中所述检测器包括盘形检测器，所述盘形检测器具有的直径是所述显微镜的横向分辨率的至少两倍。5.权利要求3的SCEM，其中所述检测器包括盘形检测器。6.权利要求3的SCEM，其中所述检测器包括环形检测器。7.权利要求3的SCEM，其中所述检测器包括环形检测器和盘形检测器。8.权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：S拉扎，BH弗雷塔，PC蒂梅耶，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：
国别省市：