专利名称：高分辨率原子探针的制作方法
技术领域：
本文件关于一种一般地涉及原子探针显微镜领域的发明。
背景技术：
三维原子探针(3DAP)，也称作位置敏感原子探针(POSAP)，是一种允许在原子级上分析样品的设备。典型的原子探针通过(通常肯定地)从样品表面电离和提取原子而工作。图1给出较新类型的示范原子探针的示意图，其中通过将样10放置成与位置敏感探测器100(一般是微通道板和延迟线阳极)相对来确定样品10的组成原子的位置和身份。然后，将局部电极102放置到样品10和探测器100之间。样品10一般充电到某个基准电势Vs(一般是500～20,000V的正电压)，并且局部电极102保持于某个吸引电势Vle。在基准电势Vs为正的情况下，局部电极102经常设置成地电势(0V)。探测器100也充电到关于Vs有吸引力的电势Vd。结果，按照它们与局部电极102和探测器100的邻近程度，样品10的原子被吸引向局部电极102和探测器100(即更靠近局部电极102的样品10的原子被更强地吸引)。但是，Vs-Vle的大小即施加在局部电极102和样品10之间的吸引力保持在使样品10的原子电离所需的值的某个分数。
然后当期望将原子电离时，额外的吸引电势即“过电压”Vo然后通常以短脉冲瞬时地施加到局部电极102上，使得总的外加电势Vs-(Vle+Vo)将促使原子从样品10中“蒸发”，理想地每次施加过电压脉冲时样品10的单个原子(离子)离开样品10。另外地或可选地，样品10的瞬时加热(例如用激光器)可用来促使离子蒸发。蒸发离子加速飞向局部电极102以便通过其中所限定的孔径，然后撞击到探测器100上。在通常测试条件下，样品10的蒸发离子投射到探测器100上与它们在样品10上的原始位置关联的位置处。另外地，离子飞行时间(在施加过电压脉冲Vo和撞击探测器之间所测量的时间)提供关于离子质量从而它们的身份的信息。因此，反复的过电压脉冲施加允许构造样品10的原子的位置和身份的三维地图。可以在例如美国专利5,440,124、美国专利5,061,850、国际公开WO 99/14793，以及Kelly等人的超显微镜6229-42(1996)中找到更多的一般信息。
原子探针的一个性能限制在于它们区分具有几乎相似质量的离子的能力。该性质称作质量分辨率，其限制准确地识别样品离子的能力，并导致由原子探针所提供的组分分析的不确定和错误。质量分辨率限制是电离化的概率特性的结果过电压脉冲Vo期间所发生的电离化的精确瞬间在脉冲之间可能稍微变化，从而在精确地确定蒸发时间上有限制。另外，由于实际的限制和费用，施加过电压脉冲Vo的脉冲施加系统易于施加这样的脉冲，其中在脉冲期间Vo的振幅不是恒定的，从而蒸发离子的精确逃逸电势(从而飞行的速度和时间)将变化。虽然随着可用脉冲施加电子品质的成长(以及费用的下降)预期这些限制将会减少，但是在2003年的最新技术下它们造成困难。已将几种策略应用于原子探针以增加质量分辨率，并且一种策略(在前述参考的某些中提到)是将中间电极104放置成与局部电极102紧密相邻，并放置在局部电极102和探测器100之间，并且使它保持在某个恒定的吸引电势Vi，由此蒸发离子的速度将(至少某个程度上)与用来引起蒸发的过电压脉冲Vo去耦。一种策略是将Vi保持在与Vle相同的电势，从而将离子速度减小等价于引起速度变化的Vo的量。可选地，增加离子的总体速度的加速(更大吸引力的)电势可以施加到Vi上，使得Vo的变化变得相对较小。
离子探针的另一种限制涉及测试的时间和费用，尤其是准备分析样品的时间和费用。开始时，一般地必须通过去除研究所关注的区域周围的样品部分小心地准备分析样品，使得所关注区域处于针形样品(直径典型地小于100nm)的尖端。针形形成有益于电离化的大电场，允许原子探针在更便利的电压范围上工作(和/或允许使用较不复杂的热脉冲施加系统)。另外，因为针尖的离子投射到探测器上(一般地根据它们沿着样品与局部电极的轴的相对位置“散布”到探测器上)，针形有助于在探测离子的位置数据上获得原子级分辨率。但是，样品的准备即在针的尖端处形成它们的感兴趣的区域可能是耗时且昂贵的，并且当样品易碎或难以塑形时还可能是困难的(从半导体晶片获得的样品的情况经常是这样)。
另外，因为原子探针必须放置到真空室中(并且样品必须用低温学冷却)以便最佳工作，样品处理可能变缓慢，因为在测试每个样品之前需要装载和净化真空室，以及需要达到所期望的样品冷却程度。通过将多个样品同时放置到腔室中(或者通过在样品中形成多个微尖头)可以减少样品之间的“预热”时间，然后关于局部电极横向地重新放置样品(反之亦然)，使得可以顺次分析几个微尖端而不需要中间的装载/净化/冷却步骤。但是，在样品吞吐量的速度上还有改进的空间。
使前述问题更复杂的是测试样品时经常发现所收集的数据不完全，例如数据不完全代表特别感兴趣的样品区域。作为例子，原子探针可能还没有运行至从期望的样品深度收集数据的足够长的时间。也可能因为所期望的特征部分或完全处于原子探针的视场外而使数据不完全，因为该特征的原子具有不会撞击到探测器上的飞行路径。所期望特征的数据没有以期望的放大倍数收集也是可能的探测器对可以多大程度上准确地测量离子撞击的位置有限制，因此离子飞行路径上不足的散布会削弱探测器的灵敏度，这导致“不精细的”位置数据。为了说明这些缺点的某些，参考图1，探测器100与局部电极102相隔某个距离，使得能够获得可接受的飞行时间读数(即因此获得期望的质量分辨率度)。因为对探测器100的尺寸有实际的限制(2003年时较大的探测器的直径一般为大约100mm量级)，一般地这样取探测器100的尺寸，使得它仅处于飞离样品10的蒸发离子的圆锥体的部分B(由参考字符A指示离子的该圆锥体)。因为探测器100基本上捕捉样品10的投射，与探测器100相交的飞行圆锥体A的部分(即飞行圆锥体B)限定探测器100所捕捉的视场当探测器100接收飞行圆锥体A的更多时，探测器100将成像更大数量的样品10。如果探测器100然后放置到与局部电极相隔更远的100A处，它与飞行圆锥体A相交得更少，它接收飞行圆锥体C，这是飞行圆锥体A的离子的子集，从而视场减小。但是，将探测器放置在100A处将获得更大的放大倍数，因为当达到100A时离子具有更大的散布。另外，由于稍微更长的飞行时间，在质量分辨率(从而离子识别)上有一些益处。假设将收集规定数目的离子时，较远的探测器100A还将提供样品10的更大的分析深度(因为探测样品10上较小区域的某个规定数目的原子如106个原子必定需要样品10中更深的收集，如果要获得所要求数目的原子的话)。涉及改变探测器100和样品10之间的间隔的各种折中可以概述如下
前述问题的最终结果是实验者将会经历样品准备、原子探针预热，以及数据收集的耗时步骤，但发现所收集的数据几乎没有价值所期望的特征没有处于视场中，或者不具有足够的放大倍数，或者没有采样到期望深度等。当样品是稀罕的、昂贵的，或一种只有一个的时候这尤其是个问题不会有第二次机会获得期望的数据。
考虑到上述问题，拥有能够更容易地从原子探针样品中准确地收集期望数据而几乎不增加样品准备、探针预热和数据收集/分析的负担的方法和方案将是有用的。
发明内容
本发明涉及打算至少部分地解决前述问题的原子探针。为了给读者提供本发明的某些有利特征的了解，下面是优选版本的原子探针的简要概述。因为这只是概述，应当明白可以在本文档的其他地方陈述的详细描述中找到关于优选版本的更多细节。然后，本文档的结尾陈述的权利要求限定专有权利被保护的本发明的各种版本。
在本发明的优选版本中，原子探针包括可以将待分析样品放置到上面的样品台，其中样品台充电到基准电势。探测器与样品台隔开，其中探测器具有关于基准电势的吸引电势，由此样品台上的样品的任何离子被吸引向探测器。局部电极然后放置到样品台和探测器之间，并且局部电极也具有关于基准电势的吸引电势，由此样品台上的样品的任何离子被吸引向局部电极。优选地，样品台和探测器中至少一个可活动，以便调节样品台和探测器之间的距离，由此可以调节成像样品的视场、放大倍数和有效采样深度(并且可以调节样品离子的飞行时间，从而调节可辨明这些离子的质量分辨率)。
然后，沿着样品台和探测器之间的离子飞行路径将中间电极放置到局部电极和探测器之间。该中间电极可以用作有助于调节视场和放大倍数的聚焦电极，和/或用作有助于消除假离子从而有助于图像数据品质的过滤电极。当中间电极用作聚焦电极时(如由图2中的聚焦电极206和图4中的聚焦电极412所描绘的)，关于局部电极的电势调节其电势(优选地调节到局部电极和探测器电势之间的电势)，由此可以调节在局部电极和探测器之间并靠近第一中间电极行进的离子飞行路径；例如参考图2，可以将飞行圆锥体从A调节到更窄的飞行圆锥体B，或者调节到更宽的飞行圆锥体C。如图4中的聚焦中间电极412所示，聚焦电极优选地还可沿着样品台和探测器之间的离子飞行路径重新放置，并且其优选地具有内部长度沿着样品台和探测器之间的飞行路径取向的管状结构，由此从样品台上的任何样品行进到探测器的离子经过中间电极的内部长度。
当中间电极用作过滤电极时(如图3中的过滤电极306和图4中的过滤电极408所示)，其优选地充电到处于基准电势和局部电极电势之间的但与接近局部电极电势相比更接近基准电势的过滤电势(即其具有接近于样品电势的过滤电势)。该过滤电势可以间歇地施加到过滤中间电极上，例如根据施加到局部电极上的过电压脉冲掌握时间。如图4中的过滤电极408所示例，使过滤电极在样品台和探测器之间可重新放置也是有用的，因为其电荷和位置将对多余离子的过滤有影响。提供横跨过滤中间电极内部的辐射元件(图4中处410所示)，例如在栅网/丝网(或者具有供离子飞行的大量自由空间的其他结构)中形成的元件也是有用的，使得过滤电极所发出的过滤电场横跨其孔径保持相对均匀。
在图4中描述特别优选的方案，其中在局部电极和探测器之间提供至少两个中间电极，其中至少一个用作过滤电极并且至少一个用作聚焦电极。如图4中所示例的，聚焦中间电极412可以提供在过滤中间电极408和探测器404之间，其中聚焦中间电极412充电到处于过滤电极408和探测器404的电势之间的电势。可以用这种方式形成中间电极，使得一个可以容纳于另一个的内部中，并且通过使电极的任一个或两个可沿着飞行路径活动，电极的相对位置可以容易适合于提供多种聚焦和过滤效果(并且如果希望的话，电极可内部集成并合作以便有效地用作单电极)。
本发明的更多优点、特征和目的将结合附图从下面的本发明的详细描述变得明白。
图1是与分析样品10一起显示的常规原子探针的示意图，并且在不同的位置100和100A说明原子探针的探测器。
图2是实施本发明的优选特征的示例原子探针200的示意图，其中管状中间电极206和可重新放置的探测器202用来修改飞行圆锥体A、B和C之间的离子飞行路径(从而修改原子探针的视场、放大倍数、样品深度等)。
图3是另一种示例原子探针300的示意图，其中中间电极306用作减小假探测器读数的过滤中间电极。
图4是包括过滤中间电极408和用于调节视场(从而放大倍数、样品深度等)的飞行路径修改中间电极412的另一种示例原子探针400的示意图。
具体实施例方式
参考图2，总体地由参考数字200指定举例说明本发明的某些优选特征的原子探针。将样品10放置在充电到基准电势Vs的样品台12上。探测器202与样品10隔开，并且如同先前方案中一样，在样品10、局部电极204和探测器202之间保持吸引电势梯度作为瞬时施加电势(等于Vs-(Vle+Vo))的结果，样品10上的表面原子被样品表面处的电场电离化，并加速飞向局部电极204和探测器202。
将探测器202放置到定位平台204上，定位平台204允许探测器202至少沿着飞行圆锥体A的轴线可重新放置，其中当过电压脉冲Vo施加到局部电极204时蒸发离子飞离样品10。这种定位平台204实际上可以采取能够在原子探针200的腔室中工作的任何类型的传动器(或者能够从腔室外经由联结将探测器202重新放置的任何形式的传动器)。理想地，定位平台允许样品和探测器之间的距离可改变至少30％，并且特别优选地样品-探测器距离可改变以允许飞行路径为40～150mm。
然后，将优选地具有管状形式的并且伸长的内部通路沿着飞行圆锥体A的轴线同心取向的中间电极206放置到局部电极204和探测器202之间。中间电极206还具有关于样品10的吸引电势Vi。如果中间电极206的电势Vi设置成等于局部电极的电势Vle，飞行圆锥体内的离子当行进到局部电极204和中间电极206之间时将经历适度的减速(对应于Vo)，并且飞行圆锥体A将很大程度上不能改变。但是，通过对施加到中间电极206的电势Vi的适当调整，例如通过将它改变为显著地高于或低于局部电极204的电势Vle，可以改变飞行圆锥体A的形状以修改探测器202所捕捉的有效视场。如果中间电极206的吸引电势增加某个电势Vx，飞行圆锥体A内的离子当它们行进到局部和中间电极204和206之间时将加速，由于离子的前进速度分量(它们的速度朝向探测器202)与它们的横向/径向速度分量(它们的速度从飞行圆锥体A的轴线向外)相比增加了，这导致飞行圆锥体的实际变窄(由飞行圆锥体B所示例)。这导致探测器202(假设其位置保持不变)所捕捉的视场的显著增加，以及放大倍数和采样的样品10的深度/体积相应减小(假设收集恒定数目的离子/原子)。相反地，如果吸引力减小某个电势Vx(即如果Vi相对于Vle为正)，由于离子的前进速度分量与它们的横向/径向速度分量相比减小了，蒸发离子将减速，并且飞行圆锥体A的角度将增加(这导致飞行圆锥体C所示的飞行圆锥体)。随着飞行圆锥体的散布，样品10在探测器202上的投射也散布，从而视场减小(假设探测器202保持在相同位置)。
因此，前述配置允许对探测器202所捕捉的视场(从而放大倍数和采样深度)的修改。因为减小探测器202和局部电极204之间的距离将增加视场(相反地，更远的间隔将减小视场)，通过进一步将探测器202提供到定位平台204上允许更大的修改视场的能力。因此，该配置允许将探测器202远放至飞行时间(从而质量分辨率)可接受的某个程度，并且结合中间电极206的动作，这种远放提供期望的视场。
对于飞行圆锥体从典型的(未修改的)锥体形状A到修改形状(如B或C)的修改将需要对探测器202所产生的数据的额外分析，以便使离子撞击与其在样品10上的位置和身份正确地关联然而飞行圆锥体A导致样品10到探测器100上的相当直接的投射，如果以相同的方式解释，那么修改的飞行圆锥体B和C将提供样品10的失真解释。也就是说，当修改飞行圆锥体时，如果要将离子与它们在样品10上的存在正确地关联，那么探测器202上的离子撞击需要对它们路径中的曲率作补偿。可以通过应用下面方法学的一种(优选地下面方法学的组合)来实施数据修正。
首先，静电学的原理可以用来在数字上模拟中间电极206所引入的飞行路径修改，并允许对离子飞行时间和路径所做的任何改变进行补偿。
第二，也可以通过对所收集的离子撞击数据的统计分析获得修正。例如，考虑到当飞行圆锥体散布时(即离轴离子被进一步拉离轴线)，与未散布的飞行圆锥体的情况相比，从飞行圆锥体的中心向外的径向上离子撞击的密度一般将减小。类似地，当飞行圆锥体被加速的Vi压缩时，与未散布的飞行圆锥体相比，朝向圆锥体的边缘撞击密度将更大。因此，对撞击的径向变化和密度的统计分析可以有助于提供对飞行路径的曲率作补偿的散布函数。
最后，经验测试也可以提供修正函数。通过用限定好的/已知的结构(例如钨晶)测试样品，并将探测器202用修改的飞行圆锥体B或C所捕捉的失真图像与用常规的飞行圆锥体A收集的标准图像关联，可以获得修正函数以便对飞行路径修改作补偿。
管状中间电极206的几何学特征是实施视场修改的重要因素，并且可以通过计算机模拟和静电学分析来确定将实现期望散布的适当形状。如果中间电极206只是采取有孔板(或类似有孔板的结构)的形式，例如在美国专利5,440,124和国际公开WO 99/14793中的那样，飞行圆锥体的散布的改变将很小或可忽略。中间电极206的基本形式涉及截头圆锥体管。将中间电极206放置成尽可能接近局部电极204一般地也是有用的(间距的限制很大程度上取决于需要将局部电极204和中间电极206电隔离)。
然后，图3说明一般地用参考数字300表示的另一种示例原子探针。该版本300在几个方面对应于常规配置(如图1中所示的配置)。样品10提供在将样品10充电到某个基准电势Vs的样品台12上。局部电极302充电到某个吸引电势Vle(即比正的Vs更负)，然后周期性地施加过电压Vo以便引起样品10中的离子蒸发。蒸发离子撞击到探测器304上以便产生数据，由此可以用提供关于离子/原子身份的信息的飞行时间数据重构样品10的图像。
类似于国际公开WO 99/14793和美国专利5,440,124中的那些配置，还提供中间电极306。如WO 99/14793中所述(例如，第7页4-19行)，这种中间电极可以设置在某个吸引电势(例如，Vi＝Vle)，使得从样品10射出的离子的速度与过电压脉冲Vo很大程度地退耦。这减小与过电压脉冲Vo中固有的时变振幅关联的离子动能的散布。
如果在标准配置中工作，原子探针300导致入射到探测器304上的飞行圆锥体A。但是，中间电极306也可以用作过滤电极以减小对样品10的假离子的探测。可能因几种原因发生假离子发射。作为一个例子，在过电压脉冲Vo不存在的情况下可能偶尔发生样品10的离子蒸发。作为另一个例子，净化之后残留在原子探针腔室中的气体即残留气通常撞击到样品10上，然后被电离化并喷射向探测器304。这些事件可以导致表面上错误的探测器读数，因为探测器304上的粒子撞击不能与局部电极302处的过电压脉冲Vo的时序耦合，因此它们的真实飞行时间是不确定的。这种家离子的撞击经常在探测器数据304中导致连续“噪声地板”，这可能遮蔽样品10中的低浓度物种的存在。
为了减小对样品10的假离子的探测，中间电极306可以被充电，使得0≤Vi-Vs＜Vle-Vs，即中间电极306可以具有比局部电极302更小的吸引电势或者具有排斥电势。特别优选的配置是将中间电极306的电势Vi设置在样品电势Vs处或其附近。因此，在移走局部电极302之后，在施加过电压Vo期间正确地蒸发的离子将具有等于|Vs|+k|Vo|的电势(其中k处于0和1之间，取决于局部电极302的几何学特征)。该离子将被中间电极306减速，将离子速度减慢对应于电势|Vs|的量，但将仍然保持k|Vo|的电势，允许它继续到达探测器304上。假离子不会拥有与过电压Vo关联的电势，因此以等于|Vs|的电势离开样品10。当这种离子接近中间电极306时，它们被电势|Vo|减慢，并且将不能到达探测器304。
然后转到图4，显示另一种示例原子探针400，其本质上结合前述版本200和300的特征。如同先前配置一样，样品10提供在将样品10充电到某个基准电势Vs的样品台12上。局部电极402设置在吸引电势Vle，并且施加周期性的吸引过电压Vo以引起离子从样品10向探测器404的相继蒸发。探测器404连接到定位平台406，以允许对其视场的某种程度的调节。
第一中间电极408在这里用作过滤中间电极，如同在原子探针300中一样，其施加过滤电势(这里表示为Vf)，以减小对假离子的探测。然而，关于本发明的版本300(图3)描述的过滤中间电极306描述为具有类似常规有孔板的形式，过滤中间电极408在这里显示为具有截头圆锥体管形式并且伸长的内部通路沿着(正常/未改变)飞行圆锥体A的轴线而取向。因此，被过滤中间电极408拒绝的假离子的可能路径在B处说明。以滤网410的形式提供增强，该滤网横跨过滤中间电极408的内部通路以跨越飞行圆锥体的直径更好地分布其电场。这种滤网优选地采取电铸金属丝网的形式，或关于其组成元件的直径具有高比例自由空间(典型地≥93％)的其他辐射元件的形式，由此离子飞行路径不会显著地被约束。
过滤电势也会将期望的离子减速，导致它们的如同C’所示的散布。这可以通过使用第二中间电极412来修正，如同原子探针200中一样，其用作飞行修改中间电极。通过在飞行修改中间电极412处施加适当的吸引电势Vi，期望的离子可以在电极412的长度内重新加速以修改它们的飞行路径如同C”所示，最终导致飞行圆锥体C。虽然第二中间电极412描述为具有均匀直径的管状几何学，它也可以形成为具有截头圆锥或其他形状的管子。
过滤中间电极408和/或飞行修改中间电极412的前述使用允许实现前述的噪声减小和视场修改这两个好处。因为飞行圆锥体(从而视场)的修改还将依赖于沿着飞行圆锥体的发生飞行修改的位置，中间电极412和408可以提供有定位平台414和416，以便允许视场修改中更多的功能性。
前述版本400也是有益的，因为通过施加适当的恒定或周期性电势到电极上，中间电极408和412的任一个或两个都可以工作为飞行修改中间电极，或作为过滤中间电极。当适当地配置中间电极408和412时，它们可以提供在套管式配置或其他配置中，其中一个电极至少部分位于另一个中，由此解决空间问题(尤其是使用定位平台406时)并且进一步增强电极可获得的过滤/飞行修改效果的功能性。
本发明的各种优选版本在上面显示并描述，以便说明本发明不同的可能特征以及可以组合这些特征的改变方法。除了以改变方法组合前述方案的不同特征之外，其他修改也考虑到本发明的范围内。下面是这种修改的示例列表。
首先，虽然图2的中间电极206的特征为具有管状形式，这不要求中间电极206采取圆形管的形式以便实施视场的改变。其他形状的管子如圆锥管，或沿着它们的长度在它们的直径上具有其他变化的管子，或具有非圆形直径(例如多边形截面)的管子是可能的。但是，必须想到随着其形状变得更复杂，中间电极206所发出的电场的复杂度一般地将增加，并且这将影响正确地解释探测器202的数据所需要的数据分析的复杂度。
第二，虽然本发明的前述版本说明具有单个飞行路径修改中间电极、单个过滤中间电极，或前述组合的原子探针，应当明白也可以使用多个任意类型的电极。特别地，沿着飞行路径顺序排列的多个飞行路径修改中间电极可能是有用的。
第三，虽然本发明的前述版本说明探测器、飞行路径修改中间电极以及过滤中间电极的任一个或多个的重新放置，通过沿着飞行圆锥体的轴线重新放置样品获得对视场(以及相关性质如放大倍数和采样深度)的更多修改也是可能的。在垂直于飞行圆锥体的轴线的平面中重新放置样品是已知的(参见，例如国际公开WO 99/14793，第8页，16-26行)；但是，如同这里所讨论的(以及在美国专利5,440,124，第9栏，38-44行)，更常规的配置是关于样品台侧向地重新放置局部电极、探测器，以及任何中间电极。这是由于在重新放置样品时的实际困难，样品一般地已重新放置到万向节上(其允许样品旋转以便将所期望的面暴露给局部电极)，并且样品一般地也与低温学冷却设备关联。由于万向节和冷却设备的体积，在关于飞行圆锥体轴线的侧向平面上实际地重新放置样品台到通常是困难的。但是，这种配置是可实现的，并且同样地在与飞行圆锥体轴线平行的方向上重新放置样品台是可能的。
本发明不打算局限于上述本发明的优选版本，而打算仅由下面陈述的权利要求来限制。因此，本发明包括字面上或等价落入这些权利要求的范围内的所有不同版本。
权利要求
1.一种原子探针，包括a.样品台，其上可放置待分析样品；b.与样品台隔开的探测器；c.放置在样品台和探测器之间的局部电极；d.放置在局部电极和探测器之间的过滤电极；其中(1)局部电极和探测器每个被充电到相对于样品台的某个电势，由此提供在样品台上的任何样品的离子被吸引向局部电极和探测器；以及(2)过滤电极具有相对于样品台的过滤电势，过滤电势比接近局部电极的电势更接近样品台的电势。
2.根据权利要求1的原子探针，其中过滤电势至少基本上等于样品台的电势。
3.根据权利要求1的原子探针，其中过滤电势间歇地施加到过滤电极上。
4.根据权利要求1的原子探针，其中过滤电极是管状的，并具有限定于其中的沿着样品台和探测器之间的轴线取向的内部长度，其中行进到样品台上任何样品和探测器之间的离子经过过滤电极的内部长度。
5.根据权利要求4的原子探针，其中过滤电极包括跨越其内部延伸的一个或多个径向元件。
6.根据权利要求1的原子探针还包括放置成与局部电极和探测器之间的过滤电极相邻的中间电极，其中该中间电极被充电到处于局部电极和探测器的电势之间的电势。
7.根据权利要求1的原子探针还包括放置在过滤电极和探测器之间的中间电极，其中该中间电极被充电到处于过滤电极和探测器的电势之间的电势。
8.根据权利要求7的原子探针，其中中间电极被充电到相对于样品台的某个电势，其至少和局部电极相对于样品台的电势一样大。
9.根据权利要求1的原子探针还包括与过滤电极相邻的管状中间电极，中间电极具有限定于其中的沿着样品台和探测器之间的轴线取向内部长度，其中行进到样品台上任何样品和探测器之间的离子经过中间电极的内部长度。
10.根据权利要求1的原子探针，其中样品台和探测器中至少一个可活动，以便调节样品台和探测器之间的距离。
11.根据权利要求10的原子探针，其中过滤电极可在样品台和探测器之间重新放置。
12.根据权利要求11的原子探针还包括放置在局部电极和探测器之间的中间电极。
13.根据权利要求12的原子探针，其中中间电极也可以在样品台和探测器之间重新放置。
14.根据权利要求12的原子探针，其中中间电极和过滤电极之一可重新放置，以便至少部分地在其中容纳另一个。
15.根据权利要求10的原子探针，还包括放置在局部电极和探测器之间的中间电极，其中中间电极可在样品台和探测器之间重新放置。
16.根据权利要求15的原子探针，其中中间电极和过滤电极之一可重新放置，以便至少部分地在其中容纳另一个。
17.一种原子探针，包括a.具有基准电势的样品台；b.与样品台隔开的局部电极，局部电极具有相对于基准电势的吸引电势，由此样品台上的样品的离子被吸引向局部电极；c.与局部电极和样品台隔开的探测器，探测器具有相对于基准电势的吸引电势，由此样品台上的样品的任何离子被吸引向探测器；d.放置在局部电极和探测器之间的第一中间电极；其中样品台和探测器中至少一个可活动，以便调节样品台和探测器之间的距离。
18.根据权利要求17的原子探针，其中第一中间电极具有相对于局部电极的电势可调节的电势，由此可以调节行进到靠近第一中间电极并处于局部电极和探测器之间的离子的飞行路径。
19.根据权利要求17的原子探针，其中第一中间电极是具有过滤电势的过滤电极，过滤电势a.处于基准电势和局部电极的电势之间，以及b.比接近局部电极的电势更接近基准电势。
20.根据权利要求17的原子探针，其中过滤电势至少基本上等于基准电势。
21.根据权利要求17的原子探针，其中过滤电势间歇地施加到第一中间电极上。
22.根据权利要求17的原子探针，其中第一中间电极具有内部通路，该内部通路具有在局部电极和探测器之间延伸的长度。
23.根据权利要求22的原子探针，其中中间电极包括一个或多个跨越其内部通路延伸的径向元件。
24.根据权利要求17的原子探针还包括放置在局部电极和探测器之间的第二中间电极，其中第二中间电极具有处于过滤电极和探测器的电势之间的电势。
25.根据权利要求24的原子探针，其中第一中间电极和第二中间电极之一可重新放置，以便至少部分地在其中容纳另一个。
26.根据权利要求17的原子探针，其中中间电极可在样品台和探测器之间重新放置。
27.一种原子探针，包括a.具有基准电势的样品台；b.与样品台隔开的探测器；c.处于样品台和探测器之间的局部电极；d.放置在局部电极和探测器之间的中间电极；e.放置在局部电极和探测器之间的过滤电极；其中(1)局部电极、中间电极和过滤电极沿着样品台和探测器之间的离子飞行路径放置；(2)样品台、探测器、局部电极、中间电极以及过滤电极中至少一个可沿着飞行路径活动；(3)探测器、局部电极和中间电极每个具有相对于基准电势的吸引电势，由此吸引样品台上的样品的任何离子；以及(4)过滤电极具有过滤电势，该过滤电势比接近局部电极的电势更接近样品台的电势。
28.根据权利要求27的原子探针，其中中间电极和过滤电极之一可重新放置，以便至少部分地在其中容纳另一个。
29.根据权利要求27的原子探针，其中中间电极和过滤电极中至少一个是管状的，并包括具有沿着离子飞行路径取向的长度的内部通路。
30.根据权利要求27的原子探针，其中中间电极和过滤电极中至少一个包括a.沿着离子飞行路径取向的内部通路，以及b.包括横跨其内部通路延伸的一个或多个径向元件。
全文摘要
一种原子探针包括处于其本地电极以及其探测器之间的一个或多个中间电极，其中中间电极被充电到某个电势，使得它们过滤假离子并阻止它们到达探测器，和/或调节(聚焦)离子的飞行圆锥体以具有更窄或更宽的角度，从而调节原子探针所提供的图像的放大倍数和视场。优选配置在于同时提供过滤电极和聚焦电极，它们可相对于彼此活动并且可以套管式集成，以便某个范围的过滤和聚焦效应。
文档编号G01N25/00GK1820347SQ200480019446
公开日2006年8月16日 申请日期2004年5月26日 优先权日2003年6月6日
发明者泰伊·特拉维斯·格里布 申请人:成像科学仪器公司