电子显微镜、电子-光子相关性测定装置以及电子-光子相关性测定方法与流程

本发明涉及一种电子显微镜、电子-光子相关性测定装置以及电子-光子相关性测定方法。

背景技术：

1、测定处于激发状态的物质和生物体等的荧光寿命的荧光寿命显微镜能够在微观上将物质和生物体等可视化，因此是用于阐明物质和生物体等的内部构造及功能的重要工具。但是，荧光寿命显微镜所照射的光存在衍射极限，因此无法得到对于阐明物质和生物体等的内部构造及功能而言特别重要的小于100nm的信息。

2、另一方面，在向试样照射脉冲电子束并测定出射光的谱特性来判别试样的电子束激发(cathodoluminescence：cl，阴极荧光)光谱中，尝试了利用电子显微镜来使空间分辨率提高。例如，在非专利文献1中记载了使用fe电子枪(field emission electron gun：场发射电子枪)向试样照射脉冲电子束的透射式电子显微镜(transmission electronmicroscope：tem)。另外，在非专利文献2中记载了使用fe电子枪向试样照射脉冲电子束的扫描式电子显微镜(scanning electron microscope：sem)。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、非专利文献1：makoto kuwahara,et al.“the boersch effect in a picosecondpulsed electron beam emitted from a semiconductor photocathode”,appl.phys.lett.109,013108(2016)；https://doi.org/10.1063/1.4955457.(makotokuwahara以及其他人，“从半导体光电阴极发射的皮秒脉冲电子束中的玻色效应”，美国物理协会期刊，109,013108(2016)；https://doi.org/10.1063/1.4955457.)

6、非专利文献2：s.meuret,et al.“complementary cathodoluminescencelifetime imaging configurations in a scanning electron microscope”,ultramicroscopy 197(2019)28-38；https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2018.11.006.(meuret以及其他人，“扫描电子显微镜中的互补阴极发光寿命成像配置”，超显微镜，197(2019)28-38；https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2018.11.006.)

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、在非专利文献1及2所记载的电子显微镜中使用了脉冲电子枪，因此向试样照射的脉冲电子束由于被称作空间电荷效应的效应而在空间/能量上扩散，作为其结果，非常难以使空间分辨率相比于10nm进一步提高。

3、本发明的目的在于提供一种具有高空间分辨率的电子显微镜。

4、用于解决问题的方案

5、本发明所涉及的实施方式的电子显微镜具备：电子枪，其向试样照射电子；电子检测器，其检测被照射到试样的电子；光子检测器，其检测在电子被照射到试样时从试样发射的光子；以及运算器，其基于电子检测器检测到电子的时间以及光子检测器检测到光子的时间，针对检测到的每个光子运算电子被照射到试样的时间与光子被从试样发射出的时间的时间差，并运算表示时间差的分布的电子-光子时间相关性。

6、在上述的电子显微镜中，优选的是，电子检测器检测透过试样或者从试样反射的电子。

7、在上述的电子显微镜中，优选的是，运算器具有判别部，所述判别部基于电子-光子时间相关性来判别试样。

8、在上述的电子显微镜中，优选的是，判别部根据电子-光子时间相关性来运算试样的荧光寿命或发射跃迁概率(emission transition probability)，并基于荧光寿命或发射跃迁概率来判别试样。

9、在上述的电子显微镜中，优选的是，判别部根据电子-光子时间相关性来运算表示在检测到电子时以时间差检测到光子的频度的曲线，根据曲线的原点处的峰值来运算试样的发射跃迁概率，并运算在曲线中值减少至1/e倍为止所需的时间来作为试样的荧光寿命。

10、在上述的电子显微镜中，优选的是，运算器具有存储部，所述存储部存储有参数值，该参数值表示关于一个以上的已知的物质或生物体预先测定出的电子-光子时间相关性的特征，判别部运算所运算出的试样的电子-光子时间相关性的参数值与已知的物质或生物体的电子-光子时间相关性的参数值的一致度，判别为具有使得一致度超过规定的阈值其该一致度最大的参数值的已知的物质或生物体等表示试样的物质或生物体。

11、在上述的电子显微镜中，优选的是，电子检测器具有：发光体，其与被照射到试样的电子反应而发射光子；以及光子检测部，其检测从发光体发射出的光子并向运算器输出检测信号。

12、在上述的电子显微镜中，优选的是，光子检测器兼用作电子检测器的光子检测部，该光子检测器检测从试样发射的光子以及从发光体发射的光子并向运算器输出检测信号。

13、在上述的电子显微镜中，优选的是，电子枪一边使电子在空间中进行扫描一边向试样照射电子，运算器具有像生成部，所述像生成部基于电子-光子时间相关性的空间变化来生成试样的像。

14、本发明所涉及的实施方式的电子-光子相关性测定装置具备：电子检测器，其检测从电子显微镜的电子枪照射到试样的电子；光子检测器，其检测在电子被照射到试样时从试样发射的光子；以及运算器，其基于电子检测器检测到电子的时间以及光子检测器检测到光子的时间，针对检测到的每个光子运算电子被照射到试样的时间与光子被从试样发射出的时间的时间差，并运算表示时间差的分布的电子-光子时间相关性。

15、本发明所涉及的实施方式的电子-光子相关性测定方法包括：向试样照射电子，检测被照射到试样的电子，检测在电子被照射到试样时从试样发射的光子，基于检测到电子的时间以及检测到光子的时间，针对检测到的每个光子运算电子被照射到试样的时间与光子被从试样发射出的时间的时间差，并运算表示时间差的分布的电子-光子时间相关性。

16、发明的效果

17、根据本发明，提供一种具有高空间分辨率的电子显微镜。

技术特征：

1.一种电子显微镜，具备：

2.根据权利要求1所述的电子显微镜，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的电子显微镜，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的电子显微镜，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的电子显微镜，其特征在于，

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的电子显微镜，其特征在于，

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电子显微镜，其特征在于，

10.一种电子-光子相关性测定装置，具备：

11.一种电子-光子相关性测定方法，包括：

技术总结
本发明所涉及的实施方式的电子显微镜具备：电子枪，其向试样照射电子；电子检测器，其检测被照射到试样的电子；光子检测器，其检测在电子被照射到试样时从试样发射的光子；以及运算器，其基于电子检测器检测到电子的时间以及光子检测器检测到光子的时间，针对检测到的每个光子运算电子被照射到试样的时间与光子被从试样发射出的时间的时间差，并运算表示时间差的分布的电子‑光子时间相关性。

技术研发人员：三宫工,柳本宗达,秋叶圭一郎,齐藤光
受保护的技术使用者：国立研究开发法人科学技术振兴机构
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15