專利名稱：應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透射電子顯微鏡部件，尤其涉及一種應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層 疊式低像差會(huì)聚小透鏡。
背景技術(shù)：
透射電子顯微鏡的照明系統(tǒng)的功能是將電子槍發(fā)射并加速的電子束會(huì)聚并照射 到試樣上，并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(tǒng)由三個(gè)聚光鏡組成，自上而下分別為第一聚光鏡、第二聚光鏡、會(huì)聚小透鏡(CM鏡)， 第一聚光鏡是一個(gè)短焦距的強(qiáng)透鏡，其功能是把電子槍發(fā)射并加速的電子束最小交叉截面 (gun cross-over)縮小，并成像在第二聚光鏡的共軛面上；第二聚光鏡是一個(gè)長(zhǎng)焦距的弱 透鏡，其功能是把縮小的光斑成像在樣品上，進(jìn)一步改變樣品上的照明面積；會(huì)聚小透鏡 (CM鏡)的功能是實(shí)現(xiàn)從平行照明到大會(huì)聚角的照明條件。合理調(diào)整三個(gè)聚光鏡的勵(lì)磁電流可以實(shí)現(xiàn)以下三種工作模式TEM模式會(huì)聚小透鏡(CM鏡)處于強(qiáng)勵(lì)磁電流狀態(tài)，使電子束會(huì)聚在物鏡前方磁 場(chǎng)的前焦點(diǎn)位置，可以實(shí)現(xiàn)平行照射到試樣上很寬的區(qū)域，得到相干性好的電子顯微像；EDS模式會(huì)聚小透鏡(CM鏡)處于關(guān)閉勵(lì)磁電流狀態(tài)，由于物鏡前方磁場(chǎng)的作 用，電子束被會(huì)聚在試樣上，此時(shí)的會(huì)聚角很大，能得到高強(qiáng)度的電子束，適合于微小區(qū)域 的分析；NBD模式會(huì)聚小透鏡(CM鏡)處于弱勵(lì)磁電流狀態(tài)，此時(shí)會(huì)聚角較小，輔以很小 的聚光鏡光闌可實(shí)現(xiàn)微區(qū)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(huì)聚小透鏡(CM鏡)工作在較強(qiáng)勵(lì)磁電流 狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)中的會(huì)聚小透鏡如圖1所示，包括勵(lì)磁線圈2、外磁路3、極靴1，其中極靴 1為一體式結(jié)構(gòu)。上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)一體式極靴結(jié)構(gòu)在強(qiáng)激勵(lì)下易飽和，在較長(zhǎng)工作距離和小會(huì)聚角照明情況下球差 系數(shù)將急劇增大，嚴(yán)重影響了透鏡的成像效果和電子顯微鏡性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(wěn)定的應(yīng)用 于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，包括勵(lì)磁線圈、外 磁路、極靴，所述極靴的下部為層疊式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)層疊布置的軟磁性材料磁環(huán)，相鄰的 軟磁性材料磁環(huán)之間采用非導(dǎo)磁材料圓環(huán)作為間隔。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的 層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，由于極靴的下部為層疊式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)層疊布置的軟磁性材 料磁環(huán)，相鄰的軟磁性材料磁環(huán)之間采用非導(dǎo)磁材料圓環(huán)作為間隔，具有很多間隙，導(dǎo)致整 個(gè)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(wěn)定。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的會(huì)聚小透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡的外觀立體結(jié) 構(gòu)示意圖一；圖4為本發(fā)明應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡的外觀立體結(jié) 構(gòu)示意圖二。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，其較佳的具體實(shí)施 方式是包括勵(lì)磁線圈、外磁路、極靴，所述極靴的下部為層疊式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)層疊布置 的軟磁性材料磁環(huán)，相鄰的軟磁性材料磁環(huán)之間采用非導(dǎo)磁材料圓環(huán)作為間隔。相鄰的所述軟磁性材料磁環(huán)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(huán)的厚度最小，向上按順序?qū)盈B的 多個(gè)軟磁性材料磁環(huán)的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長(zhǎng)呈指數(shù)分布。所述的軟磁性材料磁環(huán)的材料可以包括以下一種或多種1J21、1J50。所述非導(dǎo)磁材料圓環(huán)的材料可以包括以下一種或多種如有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯寸。該透鏡可在較長(zhǎng)的工作距離下獲得低的球差系數(shù)，且透鏡的極靴不易飽和，因此 可在較大勵(lì)磁電流作用下在極靴處獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，很好的解決了極靴飽和與磁場(chǎng)強(qiáng)度之 間的矛盾。具體實(shí)施例，如圖2、圖3、圖4所示該透鏡包括勵(lì)磁線圈2、外磁路3、極靴1，極靴1下部采用層疊式結(jié)構(gòu)，采用若干 個(gè)軟磁性材料(如1J21、1J50等)磁環(huán)5層疊而成，磁環(huán)5之間采用厚度相等的非導(dǎo)磁材 料(如有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯等)圓環(huán)4作為間隔，相鄰軟磁性材料磁環(huán)5的厚度比滿足 1 0.618(即黃金分割)，極靴1端部的磁環(huán)5的厚度最小，從極靴1端部的磁環(huán)開始，按 順序?qū)盈B的若干個(gè)磁環(huán)的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長(zhǎng)呈指數(shù)分 布。與現(xiàn)有技術(shù)中的一體式極靴1會(huì)聚小透鏡相比，層疊式低像差會(huì)聚小透鏡可在極 靴1端部獲得較強(qiáng)軸上磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上得到較小的球差系數(shù)，而且由于會(huì)聚小透鏡的極靴1 為層疊式結(jié)構(gòu)，具有很多間隙，導(dǎo)致整個(gè)磁路磁通不大，不易飽和。本發(fā)明中，極靴1的下部采用層疊式結(jié)構(gòu)，采用若干個(gè)軟磁性材料(如1J21、1J50 等)磁環(huán)層疊而成，磁環(huán)之間采用厚度相等的非導(dǎo)磁材料(如有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯等)圓環(huán)作為間隔，相鄰軟磁性材料磁環(huán)的厚度比滿足1 0.618(即黃金分割)，極靴1端部的磁 環(huán)的厚度最小，結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單。采用黃金分割確定軟磁性材料磁環(huán)的厚度，厚度增長(zhǎng)呈指 數(shù)分布，層數(shù)相對(duì)較少，降低了工藝實(shí)現(xiàn)難度。本發(fā)明的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡有效解決了傳統(tǒng)的會(huì)聚小透鏡(CM鏡)的一體 式極靴結(jié)構(gòu)在強(qiáng)激勵(lì)下易飽和，在較長(zhǎng)工作距離和小會(huì)聚角照明情況下球差系數(shù)將急劇增 大的問(wèn)題。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，包括勵(lì)磁線圈、外磁路、極 靴，其特征在于，所述極靴的下部為層疊式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)層疊布置的軟磁性材料磁環(huán)，相 鄰的軟磁性材料磁環(huán)之間采用非導(dǎo)磁材料圓環(huán)作為間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，其特征 在于，相鄰的所述軟磁性材料磁環(huán)的厚度比為1 0.618。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，其特征 在于，所述極靴的端部的軟磁性材料磁環(huán)的厚度最小，向上按順序?qū)盈B的多個(gè)軟磁性材料 磁環(huán)的厚度比為1 1.618 1.6182 1.6183……，厚度增長(zhǎng)呈指數(shù)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡， 其特征在于，所述的軟磁性材料磁環(huán)的材料包括以下一種或多種1J21、1J50。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，其特征 在于，所述非導(dǎo)磁材料圓環(huán)的材料包括以下一種或多種有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于透射電子顯微鏡的層疊式低像差會(huì)聚小透鏡，包括勵(lì)磁線圈、外磁路、極靴，極靴的下部為層疊式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)層疊布置的軟磁性材料磁環(huán)，相鄰的軟磁性材料磁環(huán)之間采用非導(dǎo)磁材料圓環(huán)作為間隔。相鄰的所述軟磁性材料磁環(huán)的厚度比為1∶0.618，自極靴的端部向上按順序厚度增長(zhǎng)呈指數(shù)分布。可在較長(zhǎng)的工作距離下獲得低的球差系數(shù)，且透鏡的極靴不易飽和，因此可在較大勵(lì)磁電流作用下在極靴處獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，很好的解決了極靴飽和與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的矛盾。
文檔編號(hào)H01J37/14GK102148122SQ20111003936
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者于成交, 姚駿恩, 孟凡念, 崔永俊, 張春熹, 張秀艷, 楊彥杰, 董全林, 袁水平, 遲悅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)