一种电子源产生装置及电子束控制方法与流程

本发明涉及电子显微镜领域，尤其涉及一种电子源产生装置及电子束控制方法。

背景技术：

对微观物体进行探测的工具称为观测仪器，观测仪器经历了从简单的放大镜发展到科研级的共聚焦显微镜，观测仪器的发展是为了能够观测到越来越微观的物体，即不断提高显微镜的分辨率；但是，由于衍射效应的存在，光学显微镜的分辨率被限制在半个光波长量级，约200nm。

在20世纪60年代出现了电子显微镜，如扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)、扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope，STEM)等；与光学显微镜相比，电子显微镜中的电子经过加速后具有比光子更高的能量，根据德布罗意的物质波理论，电子所具有的波长远小于光波长，因此，电子显微镜具有比光学显微镜更高的分辨率。

电子显微镜的分辨率大小取决于照射到被观测物体上的电子束斑的大小；因此，如何减小电子照射到物体上的束斑直径是提高电子显微镜分辨率一直研究的课题；通常情况下，决定电子会聚束斑直径大小的因素包括：源电子束尺寸、透镜像差和会聚镜光阑对电子束的衍射大小；然而，需要获得更高的分辨率时，电子与电子之间的库仑相互作用也变得尤为重要，电子与电子之间的库仑力能够使得束斑扩散；因此，电子与电子之间的库仑相互作用使得电子显微镜无法同时具有高通量和高分辨率。因此，如何实现电子显微镜兼具高通量和高分辨率成为亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种电子源产生装置和电子束控制方法，能够实现应用所述电子源产生装置的电子显微镜同时具备高通量和高分辨率的特点。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供电子源产生装置，所述装置包括：电子枪、电极、光阑组和电磁透镜；其中，

所述电子枪，用于发射电子束；

所述电极，用于对所述电子束进行加速；

所述光阑组包括一个移动装置和多个不同孔径的光阑，通过调节所述移动装置控制加速后的电子束经过所述光阑组中的一个光阑；

所述电磁透镜，用于对经过所述光阑的电子束进行会聚，形成电子源。

上述方案中，所述电极包括吸取极和阳极。

上述方案中，所述移动装置包括：第一马达和第二马达；其中，

所述第一马达用于控制所述光阑在X方向移动，所述第二马达用于控制所述光阑在Y方向移动。

上述方案中，所述多个不同孔径光阑为至少一列多个不同孔径的光阑。

上述方案中，所述电磁透镜为电流激励的透镜，通过调节激励电流的大小改变所述电磁透镜的聚焦强度。

上述方案中，所述电磁透镜产生的会聚磁场覆盖所述电子枪及所述光阑组，且所述光阑组位于所述会聚磁场磁场分布的中心位置。

本发明实施例还提供一种电子束控制方法，所述方法包括：电子枪发射的电子束经电极进行加速；

控制所述加速后的电子束通过光阑组的多个不同孔径光阑中的一个光阑；

利用电磁透镜对经过所述光阑组的电子束进行会聚。

上述方案中，所述光阑组还包括移动装置，所述控制所述加速后的电子束通过光阑组的多个不同孔径光阑中的一个光阑，包括：

控制所述移动装置沿X方向和Y方向移动，使得所述加速后的电子束经过所述光阑组的一个光阑。

上述方案中，所述多个不同孔径光阑为至少一列多个不同孔径的光阑。

上述方案中，所述利用电磁透镜对经过所述光阑组的电子束进行会聚，包括：

调节所述电磁透镜的激励电流大小以改变所述电磁透镜的聚焦强度；

经过所述光阑组的电子束经过具有该聚焦强度的电磁透镜会聚后形成电子束。

上述方案中，所述电磁透镜产生的会聚磁场覆盖所述电子枪及所述光阑组，且所述光阑组位于所述会聚磁场磁场分布的的中心位置。

本发明实施例所提供的电子源产生装置和电子束控制方法，所述装置包括：电子枪、电极、光阑组和电磁透镜；其中，所述电子枪，用于发射电子束；所述电极，用于对所述电子束进行加速；所述光阑组包括一个移动装置和多个不同孔径的光阑，调节所述移动装置控制加速后的电子束经过所述光阑组的一个光阑；所述电磁透镜，用于对通过所述光阑的电子束进行会聚，形成电子源；如此，通过调节所述移动装置控制加速后的电子束经过所述光阑组中多个不同孔径光阑中的一个光阑来调节所述电子束束斑的大小；所述电磁透镜产生的会聚磁场覆盖所述电子枪及所述光阑组，使得在电子枪产生电子束时就受到电磁透镜产生的会聚磁场的作用而进行会聚、应用该电子源产生装置的电子显微镜同时具备高通量和高分辨率的特点。

附图说明

图1为扫描电子显微镜的组成结构示意图；

图2为本发明实施例电子源产生装置的组成结构示意图；

图3为本发明实施例光阑的组成结构示意图；

图4为本发明实施例移动装置对所述光阑进行移动控制的示意图；

图5为应用本发明实施例电子源产生装置的扫描电子显微镜的组成结构及电子束路径示意图；

图6为本发明实施电子束控制方法的处理流程示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明实施例，下面对现有技术中的扫描电子显微镜进行简单的说明；现有技术中扫描电子显微镜的组成结构示意图，如图1所示，电子枪101发射出电子束103，电子束103经吸取极和阳极(图1中未示出)进行加速，利用一孔径大小固定的光阑102对电子束进行限制；电子束再经过电磁透镜(即枪镜)进行会聚，会聚后的电子束的中心部分通过镜筒光阑106；通过镜筒光阑106的电子束107再经电磁透镜(即物镜)聚焦后照射至样品109上。在扫描电子显微镜具有大电流时，电子束中的电子在从枪光阑102运动到镜筒光阑106的过程中，由于电子之间的库仑相互作用使得最终聚焦的电子束束斑扩散，电子束比较模糊。

以下根据说明书附图以及实施例对本发明做进一步的阐述。

本发明实施例提供一种电子源产生装置，所述电子源产生装置的组成结构，如图2所示，包括：电子枪21、电极22、光阑组23和电磁透镜24；其中，

所述电子枪21，用于发射电子束；

所述电极22，用于对所述电子束进行加速，所述电极包括：吸取极221和阳极222；

所述光阑组23包括一个移动装置231和多个不同孔径的光阑232，通过调节所述移动装置231控制加速后的电子束经过所述光阑组23中的一个光阑；

所述电磁透镜24，用于对经过所述光阑的电子束进行会聚，形成电子源。

在一具体实施方式中，所述移动装置231包括第一马达2311和第二马达2312；其中，所述第一马达用于控制所述光阑在X方向移动，所述第二马达用于控制所述光阑在Y方向移动；

这里，所述移动装置通过一可移动密封装置与所述第一马达2311和所述第二马达2312进行连接；所述可移动密封装置可以为波纹管。

在一具体实施方式中，所述电磁透镜24为电流激励的透镜，通过调节激励电流的大小改变所述电磁透镜的聚焦强度；所述电磁透镜产生的会聚磁场覆盖所述电子枪21的枪尖及所述光阑组23，使得电子枪在产生电子束时就因电磁透镜产生的会聚磁场的作用而进行会聚，有利于实现更大的电流密度，即实现高通量。

在一具体实施方式中，所述光阑组位于所述会聚磁场磁场分布的中心位置，使得电磁透镜的磁场发生变化时，通过光阑的电子束就可以在较大的范围内变化。

本发明实施例中，所述光阑232的组成结构示意图，如图3所示；其中，图3a为一列具有多个不同孔径的光阑，且多个光阑孔的中心共线；光阑孔的直径范围为5微米至500微米，光阑孔的直径可以按等差数列分布，光阑孔的个数可根据实际需要灵活设定。图3b为两列相同的具有多个不同孔径的光阑，每列光阑具有多个不同孔径的光阑，且多个光阑孔的中心共线；光阑孔的直径范围为5微米至500微米，光阑孔的直径可以按等差数列分布，光阑孔的个数可根据实际需要灵活设定。

本发明实施例中，所述移动装置对所述光阑进行移动控制的示意图，如图4所示，通过控制第一马达2311使得所述光阑在X方向移动，通过控制第二马达2312使得所述光阑在Y方向移动，进而选取某一孔径的光阑处于电子束的光学轴线中心，从而调控电子束束斑大小及电流大小。

应用本发明实施例所述电子源产生装置的扫描电子显微镜的组成结构及电子束路径示意图，如图5所示；其中，电子枪501产生一电子束503，所述电子束503经过光阑组中的一个光阑后，再通过镜筒光阑506；经过所述镜筒光阑506的电子束507经物镜508聚焦后照射到待扫描样品509上。与图1所示现有技术中的扫描电子显微镜中位于所示枪光阑102与镜筒光阑106之间的电子105的数量相比，本发明实施例中所述电子扫描电子显微镜中的位于枪光阑510与镜筒光阑506之间的电子505的数量较少，进而减小了电子与电子之间的库仑相互作用，使得会聚到样品509上的电子束斑减小，提高了扫描电子显微镜的分辨率。

基于本发明实施例的上述电子源产生装置，本发明实施例还提供一种电子束控制方法，所述电子束控制方法的处理流程，如图6所示，包括以下步骤：

步骤101，电子枪发射的电子束经电极进行加速；

这里，所述电极包括吸取极和阳极。

步骤102，控制所述加速后的电子束通过光阑组的多个不同孔径光阑中的一个光阑；

这里，所述光阑组包括一个移动装置和多个不同孔径的光阑，通过调节所述移动装置控制加速后的电子束经过所述光阑组中的一个光阑；

其中，所述移动装置包括第一马达和第二马达，所述第一马达用于控制所述光阑在X方向移动，所述第二马达用于控制所述光阑在Y方向移动；进而选取某一孔径的光阑处于电子束的光学轴线中心，从而调控电子束束斑大小及电流大小；所述移动装置通过一可移动密封装置与所述第一马达和所述第二马达进行连接；所述可移动密封装置可以为波纹管。

本发明实施例中，所述光阑的组成结构示意图，如图3所示；其中，图3a为一列具有多个不同孔径的光阑，且多个光阑孔的中心共线；光阑孔的直径范围为5微米至500微米，光阑孔的直径可以按等差数列分布，光阑孔的个数可根据实际需要灵活设定。图3b为两列相同的具有多个不同孔径的光阑，每列光阑具有多个不同孔径的光阑，且多个光阑孔的中心共线；光阑孔的直径范围为5微米至500微米，光阑孔的直径可以按等差数列分布，光阑孔的个数可根据实际需要灵活设定。

步骤103，利用电磁透镜对电子枪发射出的电子束进行会聚；

具体地，调节所述电磁透镜的激励电流大小以改变所述电磁透镜的聚焦强度，对电子枪发射出的电子进行会聚；。

这里，所述电磁透镜产生的会聚磁场覆盖所述电子枪及所述光阑组，使得电子枪在产生电子束时就因电磁透镜产生的会聚磁场的作用而进行会聚，有利于实现更大的电流密度，即实现高通量；所述光阑组位于所述会聚磁场场分布的中心位置使得电磁透镜的磁场发生变化时，通过光阑的电子束就可以在较大的范围内变化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。