一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置

本发明涉及透射电子显微镜，具体涉及一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置。

背景技术：

1、透射电子显微镜(transmission electron microscope，简称tem)，能够展示在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，具有高分辨率、对化学成分敏感和图像直观易解释等特点，被广泛应用于材料科学和生物学领域中，已成为目前应用最广的表征设备之一。其工作原理为：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和投影镜进行综合放大成像；最终，被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。

2、虽然透射电子显微镜通过真空中高加速的电子，实现了超高的空间和能量分辨率的原位表征，然而，真空环境中无法对电化学信号进行准确测量，且高能量电子束的辐照损伤会导致结构变化和观测假象。如果样品受电子束辐照时间过长，就会造成不可逆的结构损伤和变化。

3、因此，需要提出一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，能够解决现有透射电子显微镜中高能量电子束的辐照对样品造成损伤或导致其结构改变，出现观测假象的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，用以解决现有技术中透射电子显微镜使用高能量电子束的辐照对样品进行持续照射，造成样品损伤或导致其结构改变，缩短了样品的使用寿命，并且出现观测假象的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，应用于透射电子显微镜的物镜系统中，所述装置包括方波脉冲模块和负脉冲发生模块；

3、所述方波脉冲模块，用于根据待测样品的特性向所述负脉冲发生模块发送预设频率的方波触发脉冲信号；

4、所述负脉冲发生模块，用于对所述方波触发脉冲信号进行波形处理，得到具有偏置电压的负脉冲输出信号；其中，所述负脉冲输出信号用于改变电子束的入射角度和入射电子数量。

5、进一步的，所述方波脉冲模块包括上位机和嵌入式控制模块；

6、所述上位机用于根据待测样品的特性确定方波触发脉冲信号的频率，并将包含所述频率信息的控制指令发送至所述嵌入式控制模块；

7、所述嵌入式控制模块，用于根据所述上位机发送的控制信息，产生方波触发脉冲信号，并将所述方波触发脉冲信号输入至所述负脉冲发生模块。

8、进一步的，所述负脉冲发生模块包括脉冲发生电路、脉冲整形电路和脉冲偏置电路；

9、所述脉冲发生电路，用于对所述方波触发脉冲信号进行转换，得到第一负脉冲信号；

10、所述脉冲整形电路，用于对所述第一负脉冲信号的脉宽进行调整，得到第二负脉冲信号；

11、所述脉冲偏置电路，用于为所述第二负脉冲信号提供直流偏置电压，得到具有偏置电压的负脉冲输出信号。

12、进一步的，所述脉冲发生电路包括n沟道mos管、mos管驱动器和充电电容；

13、所述n沟道mos管的漏极与充电电容的一端连接，并通过上拉电阻与充电电源连接；所述n沟道mos管的栅极与所述mos管驱动器的电平输出引脚连接；所述mos管驱动器的信号输入端与所述嵌入式控制模块连接；所述充电电容的另一端通过下拉电阻接地；

14、当所述方波触发脉冲为低电平时，所述mos管驱动器输出低电平，所述n沟道mos管不导通，所述充电电源给所述充电电容充电；

15、当所述方波触发脉冲为低电平时，所述mos管驱动器输出高电平，所述n沟道mos管导通，所述充电电容通过所述n沟道mos管进行放电。

16、进一步的，所述脉冲整形电路包括第一整形二极管和第二整形二极管；所述第一整形二极管的阳极与所述第二整形二极管的阴极连接、阴极与所述脉冲发生电路的输出端和所述第二整形二极管的阳极连接；所述第二整形二极管的阳极还与所述脉冲偏置电路的输入端连接、阴极接地。

17、进一步的，所述第一整形二极管为阶跃恢复二极管；所述第二整形二极管为肖特基二极管。

18、进一步的，所述负脉冲发生模块的输出端包括ipex接口，所述ipex接口通过同轴线与透镜电子显微镜的物镜光阑连接。

19、进一步的，所述负脉冲发生模块的输出端ipex接口为第五代ipex接口，所述ipex接口与所述负脉冲发生模块的输出端口焊接。

20、进一步的，所述同轴线为rf0.6射频线材。

21、进一步的，所述方波脉冲模块输出的方波触发脉冲信号的频率可调范围为1mhz～10mhz。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过方波脉冲模块根据待测样品的特性向负脉冲发生模块发送预设频率的方波触发脉冲信号，通过负脉冲发生模块对方波触发脉冲信号进行波形处理，得到具有偏置电压的负脉冲输出信号，对电子束的入射角度和入射电子数量进行控制，从而对电子束在样品上的辐照能量进行控制。本发明可通过方波脉冲模块根据样品特性调整方波触发脉冲信号的频率范围，满足不同样品的检测需求；通过负脉冲发生模块产生具有直流偏置电压且脉宽较窄的快速脉冲，能够在快速脉冲未到来时，使电子束在直流偏置电压的作用下发生偏转，从而让电子束不辐照在样品上；当快速脉冲到来时，电子束在脉冲发生时的极短时间内辐照在样品上，给予样品有结构弛豫的环境和弛豫的时间，令样品恢复到起初的本征结构，从而达到对样品进行保护、延长样品使用寿命的目的，同时也能够避免出现观测假象。

技术特征：

1.一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，应用于透射电子显微镜的物镜系统中，其特征在于，所述装置包括方波脉冲模块和负脉冲发生模块；

2.根据权利要求1所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述方波脉冲模块包括上位机和嵌入式控制模块；

3.根据权利要求1所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述负脉冲发生模块包括脉冲发生电路、脉冲整形电路和脉冲偏置电路；

4.根据权利要求3所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述脉冲发生电路包括n沟道mos管、mos管驱动器和充电电容；

5.根据权利要求3所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述脉冲整形电路包括第一整形二极管和第二整形二极管；

6.根据权利要求5所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述第一整形二极管为阶跃恢复二极管；所述第二整形二极管为肖特基二极管。

7.根据权利要求1所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述负脉冲发生模块的输出端包括ipex接口，所述ipex接口通过同轴线与透镜电子显微镜的物镜光阑连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述负脉冲发生模块的输出端ipex接口为第五代ipex接口，所述ipex接口与所述负脉冲发生模块的输出端口焊接。

9.根据权利要求7所述的一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述同轴线为rf0.6射频线材。

10.根据权利要求1所述的用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，其特征在于，所述方波脉冲模块输出的方波触发脉冲信号的频率可调范围为1mhz～10mhz。

技术总结
本申请公开了一种用于透射电子显微镜的电子束偏转脉冲发生装置，应用于透射电子显微镜的物镜系统中，包括方波脉冲模块和负脉冲发生模块；所述方波脉冲模块，用于根据待测样品的特性向所述负脉冲发生模块发送预设频率的方波触发脉冲信号；所述负脉冲发生模块，用于对所述方波触发脉冲信号进行波形处理，得到具有偏置电压的负脉冲输出信号；其中，所述负脉冲输出信号用于改变电子束的入射角度和入射电子数量。本发明可产生具有直流偏置电压且脉宽较窄的快速脉冲信号，使电子束在直流偏置电压的作用下发生偏转，而不辐照在样品上；当快速脉冲到来时，电子束在脉冲发生时的极短时间内辐照在样品上，能够对样品进行保护、延长样品的使用寿命。

技术研发人员：贾博文,王磊,蒋天豪,刘小青,吴劲松
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12