應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡的製作方法

2023-06-01 03:57:16

專利名稱：應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種透射電子顯微鏡部件，尤其涉及一種應用於透射電子顯微鏡的層 疊式低像差會聚小透鏡。
背景技術：
透射電子顯微鏡的照明系統的功能是將電子槍發射並加速的電子束會聚並照射 到試樣上，並且控制該處的照明孔徑角、束流密度(照明亮度)和光斑尺寸。通常情況下 該系統由三個聚光鏡組成，自上而下分別為第一聚光鏡、第二聚光鏡、會聚小透鏡(CM鏡)， 第一聚光鏡是一個短焦距的強透鏡，其功能是把電子槍發射並加速的電子束最小交叉截面 (gun cross-over)縮小，並成像在第二聚光鏡的共軛面上；第二聚光鏡是一個長焦距的弱 透鏡，其功能是把縮小的光斑成像在樣品上，進一步改變樣品上的照明面積；會聚小透鏡 (CM鏡)的功能是實現從平行照明到大會聚角的照明條件。合理調整三個聚光鏡的勵磁電流可以實現以下三種工作模式TEM模式會聚小透鏡(CM鏡)處於強勵磁電流狀態，使電子束會聚在物鏡前方磁 場的前焦點位置，可以實現平行照射到試樣上很寬的區域，得到相干性好的電子顯微像；EDS模式會聚小透鏡(CM鏡)處於關閉勵磁電流狀態，由於物鏡前方磁場的作 用，電子束被會聚在試樣上，此時的會聚角很大，能得到高強度的電子束，適合於微小區域 的分析；NBD模式會聚小透鏡(CM鏡)處於弱勵磁電流狀態，此時會聚角較小，輔以很小 的聚光鏡光闌可實現微區照明，可得到相干性好的電子顯微像，亦可使用這種照明條件獲 得納電子衍射花樣。為獲得小的束斑尺寸和大的束流，要求會聚小透鏡(CM鏡)工作在較強勵磁電流 狀態。現有技術中的會聚小透鏡如圖1所示，包括勵磁線圈2、外磁路3、極靴1，其中極靴 1為一體式結構。上述現有技術至少存在以下缺點一體式極靴結構在強激勵下易飽和，在較長工作距離和小會聚角照明情況下球差 係數將急劇增大，嚴重影響了透鏡的成像效果和電子顯微鏡性能的發揮。

發明內容
本發明的目的是提供一種能使透鏡的成像效果好和電子顯微鏡性能穩定的應用 於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，包括勵磁線圈、外 磁路、極靴，所述極靴的下部為層疊式結構，包括多個層疊布置的軟磁性材料磁環，相鄰的 軟磁性材料磁環之間採用非導磁材料圓環作為間隔。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的應用於透射電子顯微鏡的 層疊式低像差會聚小透鏡，由於極靴的下部為層疊式結構，包括多個層疊布置的軟磁性材 料磁環，相鄰的軟磁性材料磁環之間採用非導磁材料圓環作為間隔，具有很多間隙，導致整 個磁路磁通不大，不易飽和，能使透鏡的成像效果好和電子顯微鏡性能穩定。


圖1為現有技術中的會聚小透鏡的結構示意圖；圖2為本發明應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡的結構示意圖；圖3為本發明應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡的外觀立體結 構示意圖一；圖4為本發明應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡的外觀立體結 構示意圖二。
具體實施例方式本發明的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，其較佳的具體實施 方式是包括勵磁線圈、外磁路、極靴，所述極靴的下部為層疊式結構，包括多個層疊布置 的軟磁性材料磁環，相鄰的軟磁性材料磁環之間採用非導磁材料圓環作為間隔。相鄰的所述軟磁性材料磁環的厚度比可以按黃金比例，為1 0.618。具體可以是，所述極靴的端部的軟磁性材料磁環的厚度最小，向上按順序層疊的 多個軟磁性材料磁環的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長呈指數分布。所述的軟磁性材料磁環的材料可以包括以下一種或多種1J21、1J50。所述非導磁材料圓環的材料可以包括以下一種或多種如有機玻璃、聚四氟乙烯寸。該透鏡可在較長的工作距離下獲得低的球差係數，且透鏡的極靴不易飽和，因此 可在較大勵磁電流作用下在極靴處獲得較強的磁場，很好的解決了極靴飽和與磁場強度之 間的矛盾。具體實施例，如圖2、圖3、圖4所示該透鏡包括勵磁線圈2、外磁路3、極靴1，極靴1下部採用層疊式結構，採用若干 個軟磁性材料(如1J21、1J50等)磁環5層疊而成，磁環5之間採用厚度相等的非導磁材 料(如有機玻璃、聚四氟乙烯等)圓環4作為間隔，相鄰軟磁性材料磁環5的厚度比滿足 1 0.618(即黃金分割)，極靴1端部的磁環5的厚度最小，從極靴1端部的磁環開始，按 順序層疊的若干個磁環的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長呈指數分 布。與現有技術中的一體式極靴1會聚小透鏡相比，層疊式低像差會聚小透鏡可在極 靴1端部獲得較強軸上磁場的基礎上得到較小的球差係數，而且由於會聚小透鏡的極靴1 為層疊式結構，具有很多間隙，導致整個磁路磁通不大，不易飽和。本發明中，極靴1的下部採用層疊式結構，採用若干個軟磁性材料(如1J21、1J50 等)磁環層疊而成，磁環之間採用厚度相等的非導磁材料(如有機玻璃、聚四氟乙烯等)圓環作為間隔，相鄰軟磁性材料磁環的厚度比滿足1 0.618(即黃金分割)，極靴1端部的磁 環的厚度最小，結構合理、簡單。採用黃金分割確定軟磁性材料磁環的厚度，厚度增長呈指 數分布，層數相對較少，降低了工藝實現難度。本發明的層疊式低像差會聚小透鏡有效解決了傳統的會聚小透鏡(CM鏡)的一體 式極靴結構在強激勵下易飽和，在較長工作距離和小會聚角照明情況下球差係數將急劇增 大的問題。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，包括勵磁線圈、外磁路、極 靴，其特徵在於，所述極靴的下部為層疊式結構，包括多個層疊布置的軟磁性材料磁環，相 鄰的軟磁性材料磁環之間採用非導磁材料圓環作為間隔。
2.根據權利要求1所述的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，其特徵 在於，相鄰的所述軟磁性材料磁環的厚度比為1 0.618。
3.根據權利要求2所述的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，其特徵 在於，所述極靴的端部的軟磁性材料磁環的厚度最小，向上按順序層疊的多個軟磁性材料 磁環的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長呈指數分布。
4.根據權利要求1、2或3所述的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡， 其特徵在於，所述的軟磁性材料磁環的材料包括以下一種或多種1J21、1J50。
5.根據權利要求4所述的應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，其特徵 在於，所述非導磁材料圓環的材料包括以下一種或多種有機玻璃、聚四氟乙烯。
全文摘要
本發明公開了一種應用於透射電子顯微鏡的層疊式低像差會聚小透鏡，包括勵磁線圈、外磁路、極靴，極靴的下部為層疊式結構，包括多個層疊布置的軟磁性材料磁環，相鄰的軟磁性材料磁環之間採用非導磁材料圓環作為間隔。相鄰的所述軟磁性材料磁環的厚度比為1∶0.618，自極靴的端部向上按順序厚度增長呈指數分布。可在較長的工作距離下獲得低的球差係數，且透鏡的極靴不易飽和，因此可在較大勵磁電流作用下在極靴處獲得較強的磁場，很好的解決了極靴飽和與磁場強度之間的矛盾。
文檔編號H01J37/14GK102148122SQ20111003936
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者於成交, 姚駿恩, 孟凡念, 崔永俊, 張春熹, 張秀豔, 楊彥傑, 董全林, 袁水平, 遲悅 申請人:北京航空航天大學