專利名稱：透射電子顯微鏡物鏡光闌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的透射電子顯微鏡物鏡光闌的設(shè)計及其成像實驗方法，用以提透射電鏡高分辨像的信噪比和分辨率，屬于材料結(jié)構(gòu)分析與檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
透射電子顯微鏡高分辨像是對材料內(nèi)部周期性晶體結(jié)構(gòu)進行直接成像的一種電子顯微分析方法，其成像過程遵循“阿貝成像原理”。附圖1所示是透射電子顯微鏡高分辨像成像過程的兩個階段。一是透射電鏡中產(chǎn)生的平行電子束穿過薄晶體時，受到晶體內(nèi)部周期性結(jié)構(gòu)(晶面)的散射，分裂成多級衍射束，在透射電鏡后焦面上形成衍射譜；二是衍射譜上的各級衍射斑在后續(xù)傳播過程中相互干涉，重新在物鏡的像平面上會聚成像。顯然，衍射譜上的衍射束充當(dāng)了透射電鏡高分辨像成像的“信號源”。附圖2是采用透射電子顯微鏡獲得的一種典型的單晶衍射譜，圖中心最亮的零級衍射斑是未改變傳播方向的電子束直接穿過晶體形成，被稱為透射斑(附圖2中用T標(biāo)識)；由于未經(jīng)過晶體內(nèi)周期結(jié)構(gòu)的衍射，透射束中并不含有晶體周期結(jié)構(gòu)的信息。透射斑周邊的衍射斑系晶體內(nèi)部多種周期性結(jié)構(gòu)對電子束衍射所形成。距離透射斑越遠的衍射斑源自晶體中周期越小的晶面對于電子束的衍射，其信號強度(亮度和大小)隨著同透射斑距離的增加，會迅速減弱(見附圖2)。通常，透射電鏡高分辨像的成像是讓衍射斑和透射斑同時參與成像。如附圖2所示，透射斑的強度通常遠強于衍射斑(其強度往往是后者的2 3個數(shù)量級)。特別是對于用于高分辨成像的薄晶體，由于其厚度太小(通常不超過50納米)，電子束難于被充分散射，其中的大部分電子會直接穿透樣品，形成透射束。透射電子束中非但不含有晶體周期結(jié)構(gòu)的信息，還夾雜大量非彈性散射電子信息。鑒于透射束的強度很高，可以預(yù)計其內(nèi)部的非彈性散射電子數(shù)目也相當(dāng)可觀。大量的非彈性散射電子在聞分辨成像過程中會形成強背底，降低圖像的信噪比，使信號較弱的衍射斑(那些遠離透射斑，亮度較弱的衍射斑)引入的晶體細(xì)微的周期結(jié)構(gòu)難于在圖像中呈現(xiàn)。綜上所述，透射束參與成像，會降低透射電鏡高分辨像的信噪比和分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種透射電子顯微鏡物鏡光闌，可以提高透射電鏡高分辨像的信噪比和分辨率。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種透射電子顯微鏡物鏡光闌，包括光闌板、與光闌板連接的螺紋桿和以及和螺紋桿連接的手柄，所述光闌板沿著軸線方向具有至少一 C形開孔。可選的，所述C形開孔的外徑尺寸范圍是100微米至200微米?？蛇x的，所述C形開孔的內(nèi)徑尺寸范圍是10納米至100微米?？蛇x的，所述物鏡光闌上的C形開孔為多個，沿著光闌板的軸向排列，且多個C形開孔具有不同的內(nèi)徑。。本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)光闌板上的C形開孔中心的擋板可以阻擋透射電子束參與透射電鏡高分辨成像，提高圖像的信噪比和分辨率；(2)光闌板上設(shè)置了一系列不同尺寸規(guī)格的C型光闌開孔，通過選擇規(guī)格合適的光闌開孔，可對參與高分辨成像的衍射電子束信號進行篩選，優(yōu)化圖像:如圖像失真的厲害——信息損失量大，可按選擇內(nèi)徑更小，帶寬更大的開孔，以引入更多的衍射束成像，使圖像更充實飽滿；如需進一步提升圖像中晶體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，可選擇內(nèi)徑更小，帶寬更大的開孔，盡量利用遠離透射斑的弱衍射束信號進行成像，提高圖像分辨率。


附圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)中透射電子顯微鏡高分辨像成像過程的兩個階段。附圖2所示是現(xiàn)有技術(shù)中透射電子顯微鏡的衍射譜。附圖3所示是本發(fā)明具體實施方式
中利用聚焦離子束(FIB)納米加工技術(shù)制作的透射電鏡物鏡光闌。附圖4所示是物鏡插入透射電鏡物鏡后焦面，不同尺寸的物鏡光闌開孔同衍射譜相互作用的位置關(guān)系示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的透射電子顯微鏡物鏡光闌的具體實施方式
做詳細(xì)說明。附圖3所示是利用聚焦離子束(FIB)納米加工技術(shù)制作的透射電鏡物鏡光闌，其材質(zhì)為Mo或者其他合金，包括光闌板31、螺紋桿32和手柄33，三個C形開孔311、312和313依次排列在光闌板31的 軸線上，開孔外徑為10(Γ200微米，以確保超過透射電鏡后焦面上的衍射譜的最大寬度；開孔的內(nèi)徑(所謂內(nèi)徑是指擋板頭部的直徑)可以從10納米到100微米進行改變，以確保大于透射斑的直徑。同一個光闌板31可以有帶有多個不同尺寸的C形開孔。在使用時，通過操作手柄33將附圖3所示的光闌旋入透射電鏡的物鏡后焦面。按透射電鏡操作說明進行高分辨成像時，通過轉(zhuǎn)動手柄33，使螺紋桿32旋轉(zhuǎn)前進或者后退，如圖1所示，將光闌板31上的C形開孔311、312和313中的任意一個推至衍射譜上。此時，只有位于C型開孔部分的電子衍射信號可以通過光闌，而透射電子束及其附近的部分衍射束將被光闌開孔的擋板阻擋，不參與成像。利用光闌選定參與高分辨成像的衍射信號后，可以用CXD直接記錄透射電鏡高分辨圖像。如附圖4所示是物鏡插入透射電鏡物鏡后焦面，不同尺寸的物鏡光闌開孔同衍射譜相互作用的位置關(guān)系示意圖。在操作中，可根據(jù)需要選擇不同尺寸的C形開孔311、312和313中的任意一個:如圖像失真的厲害一信息損失量大，可按選擇內(nèi)徑更小，帶寬更大的開孔(如圖4中的左圖所示)，以引入更多的衍射束成像，使圖像更充實飽滿；如需進一步提升圖像中晶體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，可選擇內(nèi)徑更大，帶寬更小的開孔(如圖4中的右圖所示)，盡量利用遠離透射斑的弱衍射束信號進行成像，提高圖像分辨率。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種透射電子顯微鏡物鏡光闌，包括光闌板、與光闌板連接的螺紋桿和以及和螺紋桿連接的手柄，其特征在于，所述光闌板沿著軸線方向具有至少一 C形開孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電子顯微鏡物鏡光闌，其特征在于，所述C形開孔的外徑尺寸范圍是100微米至200微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電子顯微鏡物鏡光闌，其特征在于，所述C形開孔的內(nèi)徑尺寸范圍是10納米至100微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射電子顯微鏡物鏡光闌，其特征在于，所述物鏡光闌上的C形開孔為多個，沿著光闌板的軸向排列，且多個C形開孔具有不同的內(nèi)徑。
全文摘要
本發(fā)明提供了透射電子顯微鏡物鏡光闌，包括光闌板、與光闌板連接的螺紋桿，以及和螺紋桿連接的手柄，所述物鏡光闌沿著光闌板的軸線具有一系列C形開孔。本發(fā)明的優(yōu)點在于光闌C形開孔中心的擋板可以阻擋透射電子束參與透射電鏡高分辨成像，提高圖像的信噪比和分辨率，且光闌板上設(shè)置了一系列不同尺寸規(guī)格的C型光闌開孔，通過選擇規(guī)格合適的光闌開孔，可對參與高分辨成像的衍射電子束信號進行篩選，優(yōu)化圖像。
文檔編號H01J37/09GK103198994SQ201310083609
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月17日
發(fā)明者牛牧童, 吳東昌, 張錦平, 黃凱, 張燚, 董曉鳴, 曾雄輝, 徐科 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所