[发明专利]一种测量透射电子显微镜照明电子束偏离光轴的大小和方向的方法

权利要求书

1.一种精确测量透射电镜中照明电子束偏离光轴的大小和方向的方法，其特征在于：利用透射电镜高分辨图像功率谱中的非线性反射光斑点的相位随欠焦量呈线性变化的规律来求解照明电子束偏离光轴的大小和方向；所述非线性反射光斑点由电子衍射中大小相等、方向相反的衍射矢量贡献产生。

2.根据权利要求1所述的一种精确测量透射电镜中照明电子束偏离光轴的大小和方向的方法，其特征在于：

所述非线性反射光斑点的相位与欠焦量呈线性关系，其斜率的表示式为(2)式；

(2)式中，

s为斜率，

是功率谱中该非线性反射光斑点离图像中心像素的位移，单位为

λ是入射电子的波长，单位为

π是圆周率；

是电子束的偏离光轴的偏离矢量，单位为为所求量。

3.根据权利要求2所述的一种精确测量透射电镜中照明电子束偏离光轴的大小和方向的方法，其特征在于：

在每张透射电镜高分辨图像功率谱中测量两个或两个以上所述非线性反射光斑点的相位，并测量其各自相位随欠焦量的变化关系，利用公式(2)建立方程组，根据方程组求解出电子束偏离光轴的大小和方向。

4.根据权利要求1所述的一种精确测量透射电镜中照明电子束偏离光轴的大小和方向的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一

任意选取一种晶体材料作为透射电镜观察的样品，选取任一晶向作为电子束的入射方向，插入物镜光阑，使透射斑以及距离透射斑最近的一圈衍射点透过物镜光阑；在此条件下，记录一系列等欠焦步长的不同欠焦量下的高分辨图像；

步骤二

对所有图像做配准处理，同时对每一张图像进行傅里叶变换得到每一张图像的功率谱；

步骤三

在步骤二所得的每一张图像的功率谱中选取一个非线性衍射产生的反射光斑点，测量所取反射光斑点在不同欠焦量图像中的相位，得到所取反射光斑点的相位与欠焦量的关系图；所取反射光斑点是由一对大小相等方向相反的电子衍射矢量贡献产生的；

步骤四

对步骤三所测得的每一张功率谱中所取反射光斑点相位，做解卷绕处理后进行线性拟合，得到直线；计算相邻两个欠焦量下该点的相位的平均差值；将该差值记为PA；所述直线的斜率为所取反射光斑点相位随欠焦量的变化率；

步骤五

在步骤二所得的每一张图像的功率谱中另外选取一个非线性衍射产生的反射光斑点，测量所取反射光斑点在不同欠焦量图像中的相位，得到所取反射光斑点的相位与欠焦量的关系图；所取反射光斑点由一对大小相等方向相反的电子衍射矢量贡献产生的；

步骤六

对步骤五所测得的每一张功率谱中所取反射光斑点相位，做解卷绕处理后进行线性拟合，得到直线；计算相邻两个欠焦量下该点的相位的平均差值；将该差值记为PB；所述直线的斜率为所取反射光斑点相位随欠焦量的变化率；

步骤七

将步骤四所得PA以及步骤六所得PB代入方程组(2.1)中，即可求解出所用透射电镜中电子束偏离光轴的大小和方向；

方程组(2.1)中，

是电子束的偏离光轴的偏离矢量，单位为为所求量；

PA、PB是测量的两个点的平均相位差，单位是弧度；

π是圆周率；

△△f是连续两张图像之间的欠焦量之差，即欠焦步长，其单位是埃和分别对应于所选取的两个非线性反射光斑点距离图像中心像素的中心透射斑点的位移，其单位为