[发明专利]一种实现低电子剂量高分辨成像的光阑、装置及方法

说明书

本发明公开了一种实现低电子剂量高分辨成像的光阑、装置及方法，属于显微成像领域。针对现有技术中由于某些对电子较为敏感的样品在荷电粒子束流剂量较大的情况下会受到严重的辐照损伤而影响观测，而减小光阑孔径会导致荷电粒子束流会聚角减小而降低成荷电粒子束流像分辨率的问题，本发明提供了一种实现低电子剂量高分辨成像的光阑、装置及方法，该装置包括依次设置的电子束发射枪、会聚镜、会聚镜光阑、扫描控制装置和探测器，通过会聚镜光阑的光线经过样品形成衍射图样，通过基于实现低电子剂量高分辨成像装置的成像方法重构出高分辨率图像，在不影响观测分辨率的前提下减少相同时间内辐照到样品的电子剂量，实现低电子剂量高分辨率的成像效果。

技术领域

本发明涉及显微成像领域，更具体地说，涉及一种实现低电子剂量高分辨成像的光阑、 装置及方法。

背景技术

扫描透射电子显微镜(STEM,Scan Transmission Electron Microscope)的扫描透射成像与 一般的平行电子束透射电子显微成像不同，在扫描透射电子显微镜中，从场发射型电子枪中 发出的相干电子束经过加速管的高电压加速，再经过聚光镜和物镜前端磁场的会聚作用以及 光阑，在试样上形成尺寸极小的束斑，通过控制偏移线圈来控制电子束斑在试样上逐点移动， 从而对试样进行扫描。

在试样下方放置有一定内环孔径的环形探测器，在逐点扫描的每个点时，探测器同步接 受透过试样的电子，将所在扫描位置接受到的电信号转化为电流强度记录下来，在试样上扫 描的每一点与所记录的电流强度相对应，最后将电流强度的记录输出就得到扫描透射电子所 成的像。在会聚电子束与试样作用后会产生散射电子，包括弹性散射和非弹性散射，在试样 下方的不同角度范围内收集到的电子信号是不同的，利用不同位置的探测器，可选择收集高 角度散射电子所成的高角环形暗场像(HAADF)，或是收集透射电子束和部分散射电子所成 的环形明场像(ABF)。

叠层成像(Ptychography)是一种基于卷积理论的用于解决相位问题的非全息技术，其对 应的相位恢复算法为PIE(Ptychography Iterative Engine)算法，其原理为探针通过放置在物体前 的小孔，并在透过物体之后在接收平面上形成一个相干衍射图样，与此同时，物体在物平面 内相对于探针进行逐行逐列的二维移动，并且每次的位移量都是已知量，需要注意的是，这 一位移量必须保证当前扫描光斑要与前一个扫描光斑有重叠部分以排除错误的共轭解。通过 物体相对探针移动获得一系列相干衍射图样之后，对这些相干衍射图样进行迭代反演计算来 重构出探针在通过物体时其波前产生的变化的近似值，从而重建出物体的相关信息。

但是在电子显微实验中，由于有些样品对电子较为敏感，因而在电子束剂量较大的情况 下会对这些样品造成损坏而严重影响成像质量。

电子显微镜的在相同加速电压等条件下的分辨率主要决定因素是限制电子束的会聚镜光 阑孔径大小，光阑孔径的外径增大，会聚角相应增大，从而提高分辨率。因此理论上通过改 造会聚镜光阑，保持其孔径大小不变，就可以保证其成像分辨率不受较大影响，同时在孔径 内部区域放置一些“挡板”来阻挡相应区域的电子束流从而降低电子剂量。

不同于普通的探针叠层衍射成像，对正常的光阑进行改造使其能够阻挡部分电子束流， 使得在重建图像质量得到保证的同时能够大幅降低电子束剂量，从而改善对电子敏感的样品 的观测成像质量。