用于使单色带电粒子源中的零损失峰变窄的技术的制作方法

本公开的实施方案涉及带电粒子显微术部件、系统和方法。特别地，一些实施方案涉及单色电子源。

背景技术：

1、带电粒子显微术和微观分析包括将材料暴露在电子束下。电子与样品之间的相互作用生成不同类型的可检测信号，这些可检测信号可用于成像和分析。在透射电子显微镜(tem)中，可以在原子尺度上形成详细信息，包括纳米材料和晶体材料的原子和分子结构的图像。

2、在逐渐变小的长度尺度(例如，数埃到数十埃的量级)上，材料的tem分析包括损失光谱技术，诸如电子能量损失光谱(eels)。eels部分地取决于狭窄地限定的束能量分布，这些束能量分布参考零损失峰的宽度来描述。这样，需要开发用于在例如能量损失光谱学领域中改善零损失峰宽的部件、系统和方法。

技术实现思路

1、在一个方面，该带电粒子光学装置可以包括色散元件，该色散元件基本上设置在束轴上，并且被配置为在平行于束轴的色散平面中通过能量使带电粒子束的粒子分散。该带电粒子光学装置可以包括选择器，该选择器设置在束轴上，位于基本上对应于第一交叉平面的位置处。该带电粒子光学装置可以包括非色散元件。非色散元件可以被配置为在色散平面中通过能量至少部分地使带电粒子束的粒子不分散。该带电粒子光学装置可以包括截止器件，该截止器件设置在位于选择器下游的束轴上，位于基本上对应于束轴上的第二交叉平面的位置处。第二交叉平面可以在第一交叉平面的下游。截止器件可以包括对电子不透明的材料，并且限定与束轴基本上对准的光圈。

2、带电粒子光学装置可以被配置为输出在1/1000极限下与目标能量的能量偏差小于或等于约80mev的带电粒子束，其中该1/1000极限对应于电子束的能量分布的值，该值是目标能量下的能量分布的峰值的1/1000。截止器件可以使用双刀口或狭缝来限定光圈。光圈可以表征为在交叉点处在横向于束轴的方向上为约200nm至700nm的宽度。光圈可以表征为在交叉点处在横向于束轴的方向为约300nm的宽度。可以在非色散元件下游的束轴上限定多个交叉平面。第二交叉可以最靠近多个交叉平面的非色散元件。第三交叉平面可以被限定在非色散元件与第二交叉平面之间的束轴上。电子束可以是线聚焦束或点聚焦束，或其他形式。

3、色散元件可以包括第一维恩滤光器和位于第一维恩滤光器下游的第二维恩滤光器。选择器可以包括狭缝，该狭缝设置在第一维恩滤光器与第二维恩滤光器之间的束轴上或附近。色散元件、选择器和非色散元件可以一起形成完全非色散单色仪的至少一部分。带电粒子光学装置还可以包括一个或多个电子透镜，该一个或多个电子透镜设置在位于选择器下游的束轴上，并且被配置为在交叉平面、第二交叉平面或第三交叉平面处将电子束会聚到束轴上。

4、在1/1000极限下，能量偏差可以为约50mev。在1/1000极限下，能量偏差可以为约25mev。在1/1000极限下，能量偏差可以为约15mev。第一维恩滤光器是π色散元件，并且第二维恩滤光器可以是π非色散元件。第一维恩滤光器可以是半π色散元件。第二维恩滤光器可以是半π非色散元件。束轴可以是弯曲的。束轴可以在单色仪内是弯曲的。单色仪可以是反射镜式单色仪或ω型单色仪。一个或多个透镜可以包括电磁透镜或静电透镜。一个或多个透镜可以包括静电加速区段或静电减速区段。带电粒子光学装置还可以包括设置在一个或多个透镜中的一个或多个透镜下游和交叉平面上游的非色散元件。

5、在一个方面，透射电子显微镜可以包括电子源。电子源可以被配置为生成沿着束轴基本上对准的电子束。透射电子显微镜可以包括设置在束轴上的单色仪。单色仪可以包括设置在束轴上的色散元件。色散元件可以被配置为在平行于束轴的色散平面中通过能量使带电粒子束的粒子分散。单色仪可以包括选择器，该选择器设置在束轴上，位于基本上对应于第一交叉平面的位置处。单色仪可以包括非色散元件。非色散元件可以被配置为在色散平面中通过能量至少部分地使带电粒子束的粒子不分散。透射电子显微镜可以包括截止器件，该截止器件设置在位于非色散元件下游的束轴上，位于基本上对应于束轴上的第二交叉平面的位置处。截止器件可以包括对电子不透明的材料，并且可以限定与束轴对准的光圈。

6、该带电粒子光学装置被配置为输出电子束，该电子束在1/1000极限下与目标能量的能量偏差小于或等于约80mev。

7、透射电子显微镜还可以包括设置在电子源与单色仪之间的束轴上的电子光学元件。电子光学元件可以包括电磁透镜或静电透镜。电子光学元件可以包括加速元件或减速元件。电子光学元件可以被配置为将束朝向束轴聚焦。单色仪和非色散元件可以一起形成完全非色散双维恩滤光器的至少一部分。

8、电子光学元件可以被配置为朝向束轴输出基本上平行的或发散的束。单色仪和非色散元件可以一起形成半π-半π双维恩滤光器的至少一部分。透射电子显微镜可以被配置为选择性地透射电子束，该电子束包括约1na至约100na的电子流以及样本处的约10kev至约1500kev的目标能量。

9、在一个或多个方面，生成单色带电粒子束的方法可以包括生成沿着束轴基本上对准的电子束。电子束可以包括具有相应能量的电子，该相应能量包括目标能量。该方法可以包括使用设置在束轴上的单色仪选择电子束的电子子集。电子子集可以包括单色束，该单色束具有大约目标能量的能量分布。该方法可以包括使用截止器件使单色束的能量分布变窄，该截止器件设置在位于单色仪下游的束轴上，位于基本上对应于束轴上的单色束的交叉平面的位置处。截止器件可以包括对电子不透明的材料，并且限定与束轴对准的光圈。该方法还可以包括从截止器件下游的截止器件输出单色束。

10、在一个方面，一种或多种非暂态计算机可读存储介质存储指令，这些指令在由一个或多个机器执行时，使得机器执行前述方面的方法的操作。

技术特征：

1.一种带电粒子光学装置，包括：

2.根据权利要求1所述的带电粒子光学装置，所述带电粒子光学装置被配置为输出在1/1000极限下与目标能量的能量偏差小于或等于约80mev的带电粒子束，其中所述1/1000极限对应于所述电子束的能量分布的值，所述值是所述目标能量下的所述能量分布的峰值的1/1000。

3.根据权利要求1所述的带电粒子光学装置，其中，所述截止器件使用双刀口或狭缝来限定所述光圈。

4.根据权利要求1或3所述的带电粒子光学装置，其中，所述光圈表征为在交叉点处在横向于所述束轴的方向上约200nm至约700nm的宽度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的带电粒子光学装置，其中，所述光圈表征为在所述交叉点处在横向于所述束轴的方向上约300nm的宽度。

6.根据权利要求2所述的带电粒子光学装置，其中，在所述1/1000极限下，所述能量偏差为约50mev。

7.根据权利要求2或6所述的带电粒子光学装置，其中，在所述1/1000极限下，所述能量偏差为约25mev。

8.根据权利要求2或6至7中任一项所述的带电粒子光学装置，其中，在所述1/1000极限下，所述能量偏差为约15mev。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的带电粒子光学装置，其中，多个交叉平面被限定在位于所述非色散元件下游的所述束轴上，并且其中所述第二交叉最靠近所述多个交叉平面中的所述非色散元件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的带电粒子光学装置，其中，第三交叉平面被限定在所述非色散元件与所述第二交叉平面之间的所述束轴上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的带电粒子光学装置，其中，所述电子束是线聚焦束或点聚焦束。

12.根据权利要求1所述的带电粒子光学装置，其中，所述色散元件包括第一维恩滤光器，所述非色散元件包括位于所述第一维恩滤光器下游的第二维恩滤光器，并且所述选择器包括狭缝，所述狭缝设置在位于所述第一维恩滤光器与所述第二维恩滤光器之间的所述束轴上或附近。

13.根据权利要求11所述的带电粒子光学装置，其中，所述第一维恩滤光器是π色散元件，并且所述第二维恩滤光器是π非色散元件。

14.根据权利要求11所述的带电粒子光学装置，其中，所述第一维恩滤光器是半π色散元件，并且所述第二维恩滤光器是半π非色散元件。

15.根据权利要求1所述的带电粒子光学装置，其中，所述色散元件、所述选择器和所述非色散元件一起形成完全非色散单色仪的至少一部分。

16.根据权利要求14所述的带电粒子光学装置，其中，所述束轴在所述单色仪内是弯曲的。

17.根据权利要求15所述的带电粒子光学装置，其中，所述单色仪是反射镜式单色仪或ω型单色仪。

18.根据权利要求1至16中任一项所述的带电粒子光学装置，所述带电粒子光学装置还包括一个或多个电子透镜，所述一个或多个电子透镜设置在位于所述选择器下游的所述束轴上，并且被配置为在所述交叉平面、所述第二交叉平面或所述第三交叉平面处将所述电子束会聚到所述束轴上。

19.根据权利要求17所述的带电粒子光学装置，其中，所述一个或多个透镜包括电磁透镜或静电透镜。

20.根据权利要求17或18所述的带电粒子光学装置，其中，所述一个或多个透镜包括静电加速区段或静电减速区段。

21.根据权利要求17至19中任一项所述的带电粒子光学装置，所述带电粒子光学装置还包括设置在所述一个或多个透镜中的一个或多个透镜下游和所述交叉平面上游的非色散元件。

22.一种透射电子显微镜，包括：

23.根据权利要求22所述的透射电子显微镜，其中，所述带电粒子光学装置被配置为输出电子束，所述电子束在所述1/1000极限下与目标能量的能量偏差小于或等于约80mev。

24.根据权利要求22所述的透射电子显微镜，所述透射电子显微镜还包括设置在所述电子源与所述单色仪之间的所述束轴上的电子光学元件。

25.根据权利要求24所述的透射电子显微镜，其中，所述电子光学元件包括电磁透镜或静电透镜。

26.根据权利要求24所述的透射电子显微镜，其中，所述电子光学元件包括加速元件或减速元件。

27.根据权利要求24所述的透射电子显微镜，其中，所述电子光学元件被配置为将所述束朝向所述束轴聚焦，并且其中，所述单色仪和所述非色散元件一起形成完全非色散双维恩滤光器的至少一部分。

28.根据权利要求24所述的透射电子显微镜，其中，所述电子光学元件被配置为朝向所述束轴输出基本上平行的或发散的束，并且其中，所述单色仪和所述非色散元件一起形成半π-半π双维恩滤光器的至少一部分。

29.根据权利要求22所述的透射电子显微镜，所述透射电子显微镜被配置为选择性地透射电子束，所述电子束包括约1na至约100na的电子流以及样本处的约10kev至约1500kev的目标能量。

30.一种生成单色带电粒子束的方法，所述方法包括：

31.根据权利要求30所述的计算机实现的方法，其中，所述单色束在所述1/1000极限下与目标能量的能量偏差小于或等于约80mev，其中所述1/1000极限对应于所述电子束的所述能量分布的值，所述值是所述目标能量下的所述能量分布的峰值的1/1000。

32.一种或多种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由一个或多个机器执行时，使得所述机器执行包括根据权利要求30或权利要求31所述的方法的操作。

技术总结提供了带电粒子光学装置、系统和方法。带电粒子光学装置可以包括色散元件，该色散元件基本上设置在束轴上，并且被配置为在平行于束轴的色散平面中通过能量使带电粒子束的粒子分散。该带电粒子光学装置可以包括选择器，该选择器设置在束轴上，位于基本上对应于第一交叉平面的位置处。该带电粒子光学装置可以包括非色散元件。该带电粒子光学装置可以包括截止器件，该截止器件设置在位于选择器下游的束轴上，位于基本上对应于束轴上的第二交叉平面的位置处。第二交叉平面可以在第一交叉平面的下游。截止器件可以包括对电子不透明的材料，并且限定与束轴基本上对准的光圈。技术研发人员：A·亨斯特拉,A·穆罕默德-盖达里受保护的技术使用者：FEI 公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25