[发明专利]用于超快TEM应用的带有快速消隐器的脉冲式CFE电子源

说明书

使用射束消隐器/偏转器和电脉冲提取电极结合场发射器和枪透镜对带电粒子束（CPB）进行调制。通过此类调制，CPB可以根据特定应用的需要提供脉冲模式和连续模式操作，同时平均CPB电流维持在预定水平内，例如维持在促进X射线安全操作的水平内。所述提取电极或所述射束消隐器/偏转器可以限定CPB脉冲宽度、CPB开/关比或这两者。

技术领域

本公开涉及脉冲式射束电子显微术。

背景技术

透射电子显微术（TEM）使用连续电子束，其射束电流通常为约30-50 pA至高达几nA。不使用较高的射束电流，因为它们与不安全的X射线生成水平相关联。尽管可以为TEM色谱柱提供X射线屏蔽件，但此类屏蔽件仅在约150 nA或更小的射束电流下才可行。对于一些应用，需要快速TEM，并且快速TEM可以使用例如具有几个电子/ps的皮秒电子束脉冲或持续时间约10 ns的束脉冲。在大多数快速TEM情形中，脉冲式射束的峰值电流可以为1 µA或更高，重复频率至少为1 MHz。此类脉冲式射束可能难以生成，且产生不安全水平的X射线辐射，故需要改进的方法。

发明内容

本文公开了允许生成具有脉冲式和/或连续分量的带电粒子束（CPB）的方法和设备，所述脉冲式和/或连续分量可以控制由CPB生成的X射线。在代表性实例中，一种CPB系统包括CPB源，所述CPB源适于产生具有脉冲式CPB分量或连续CPB分量或脉冲式CPB分量和连续CPB分量两者的CPB。CPB透镜定位成接收来自CPB源的CPB，并且联接至控制器以通过激励CPB透镜以在射束限制孔径处产生扩展的CPB来产生连续CPB分量，从而透射扩展的CPB的一部分。或者，控制器激励CPB透镜以聚焦CPB以基本上透射与脉冲式分量相关联的CPB部分。在一些实例中，孔径板限定射束限制孔径，并且CPB源包括例如LaB₆纳米棒的场发射器。在代表性实例中，CPB源包含提取电极，所述提取电极定位成建立脉冲式CPB分量和连续CPB分量中的至少一个的射束电流。在一些情况下，CPB控制器联接至提取电极，并且可用于建立脉冲式CPB分量和连续CPB分量中的至少一个的射束电流。在其它实例中，射束消隐器定位成从射束限制孔径接收CPB，并且CPB控制器可用于激励射束消隐器以选择性地使接收到的CPB偏转。在其它代表性实施例中。消隐孔径板限定了消隐孔径，并且射束消隐器可用于选择性地将CPB偏转至消隐孔径以阻挡CPB的至少一部分。在代表性实例中，射束消隐器包括静电偏转器或RF谐振腔。在典型实例中，控制器联接至CPB透镜，以将CPB聚焦在射束消隐器处。在其它代表性实例中，X射线屏蔽件围绕CPB射束轴线定位并且限定X射线屏蔽区域，其中射束限制孔径位于X射线屏蔽区域内。在另外的实例中，CPB源定位成当射束消隐器未致动时引导CPB被消隐孔径阻挡，并且CPB透镜被配置成产生位于射束限制孔径与消隐孔径之间的CPB焦点。

代表性方法包括选择第一CPB射束焦点或第二CPB射束焦点，其中第一射束焦点定位成通过仅经由射束限制孔径透射CPB的一部分来基本上衰减CPB，并且第二CPB焦点定位成使得CPB基本上由射束限制孔径透射。在选择第一CPB焦点的情况下，激活CPB源以至少产生CPB的连续分量，并且将所述连续分量引导至目标。在选择第二CPB焦点的情况下，产生与脉冲分量相关联的CPB部分并将其引导至目标。

在一些情况下，响应于提取器的连续激活而用场发射器产生连续分量，并且通过场发射器和提取器的脉冲式激活来产生脉冲式分量。在其它实例中，用射束消隐器产生脉冲式分量。在额外实例中，与脉冲式分量相关联的CPB部分被引导至射束消隐器，并且被选择性地衰减以限定CPB脉冲持续时间或CPB对比率，或者CPB脉冲持续时间和对比率两者。在其它实例中，在选择第二焦点的情况下，利用射束消隐器产生脉冲式分量，以具有预定脉冲持续时间、对比率，或者脉冲持续时间和对比率两者。在其它实例中，射束限制孔径位于X射线屏蔽区域中。

另外的方法包括：提供包含场发射器和提取器的CPB源；以及定位CPB透镜以接收来自CPB源的CPB。射束限制孔径位于X射线屏蔽区域中。控制器联接至CPB透镜，以在射束限制孔径处产生CPB焦点以产生脉冲式CPB，或在射束限制孔径处产生扩展射束以产生连续CPB。