本發(fā)明屬于帶電粒子光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶電粒子圓磁透鏡。

背景技術(shù)：

圓磁透鏡是電子顯微鏡、電子束刻蝕系統(tǒng)等帶電粒子光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域重要的元件。在透射電子顯微鏡中，用以形成高倍的點(diǎn)聚焦電子像；在其他一些情形，如電子束刻蝕系統(tǒng)，用以對(duì)電子源的交叉截面聚焦形成低倍電子像，以獲得微束斑電子探針。為減少激磁電流安匝數(shù)(或永磁材料體積)，并使透鏡磁場(chǎng)在空間上更集中以形成更高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，一般都使透鏡帶有鐵殼及磁極靴。鐵殼內(nèi)側(cè)設(shè)置有環(huán)形間隙，鐵殼與極靴共同構(gòu)成了磁路，磁路中的間隙處為主要的透鏡磁場(chǎng)區(qū)，如圖1a、圖1b所示。

目前常用的圓磁透鏡，其磁路間隙常位于鐵殼所圍空間的內(nèi)部，使得磁場(chǎng)峰值所在的透鏡磁場(chǎng)區(qū)也位于圓磁透鏡所圍空間的內(nèi)部。此類圓磁透鏡結(jié)構(gòu)和場(chǎng)分布特性，使得其在一些應(yīng)用環(huán)境，比如實(shí)驗(yàn)樣品無(wú)法置于磁透鏡內(nèi)部的情況下，面臨固有瓶頸難題。因此，尋求新的磁透鏡設(shè)計(jì)方案，使透鏡磁場(chǎng)區(qū)位于透鏡所圍空間的外部，已成為該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決一些實(shí)驗(yàn)樣品由于無(wú)法置于磁透鏡內(nèi)部而不能完成樣品發(fā)射電子的聚焦成像等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶電粒子圓磁透鏡，通過在端面磁路引入環(huán)形間隙，可實(shí)現(xiàn)使透鏡磁場(chǎng)區(qū)位于透鏡所圍空間外部的技術(shù)效果，使得實(shí)驗(yàn)樣品很容易被放置于透鏡磁場(chǎng)區(qū)而實(shí)現(xiàn)樣品發(fā)射電子的聚焦成像。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種帶電粒子圓磁透鏡，包括通電線圈及環(huán)形鐵殼，上述通電線圈位于環(huán)形鐵殼中，其特殊之處在于：上述環(huán)形鐵殼上具有至少一個(gè)環(huán)形間隙，上述環(huán)形間隙位于環(huán)形鐵殼的端面。

優(yōu)選地，為了使透鏡磁場(chǎng)在空間上更集中以形成更高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，上述環(huán)形鐵殼的端面還可以設(shè)2n個(gè)磁極靴，各個(gè)磁極靴的錐部的半徑大小不同，相鄰兩個(gè)磁極靴的錐部形成環(huán)形間隙，其中n為正整數(shù)。

優(yōu)選地，環(huán)形間隙與圓磁透鏡對(duì)稱軸可以是任意角度設(shè)置。

優(yōu)選地，環(huán)形間隙與圓磁透鏡對(duì)稱軸平行。

優(yōu)選地，上述環(huán)形間隙為一個(gè)。

其中通電線圈為圓磁透鏡提供磁場(chǎng)，環(huán)形鐵殼、環(huán)形鐵殼與磁極靴構(gòu)成高磁導(dǎo)率磁路，約束并引導(dǎo)磁場(chǎng)在空間的分布，環(huán)形鐵殼端面設(shè)置的環(huán)形間隙，使磁場(chǎng)局部側(cè)漏，從而在透鏡所圍空間的外部形成峰值磁場(chǎng)，即在外部形成透鏡磁場(chǎng)區(qū)。

磁極靴為磁性材料的錐形環(huán)，通過磁極靴可以控制透鏡磁場(chǎng)區(qū)的位置及其中的磁場(chǎng)分布特性。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提出的帶電粒子圓磁透鏡，通過在端面磁路引入環(huán)形間隙，突破了現(xiàn)有圓磁透鏡技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了使透鏡磁場(chǎng)區(qū)位于透鏡所圍空間外部的技術(shù)效果，因而具備更廣的應(yīng)用領(lǐng)域；

2、透鏡磁場(chǎng)區(qū)的位置及磁場(chǎng)分布特性由通電線圈和磁極靴共同決定，使得其聚焦特性的設(shè)計(jì)更具靈活性和調(diào)諧性；

3、本發(fā)明提出的在端面磁路引入環(huán)形間隙的圓磁透鏡設(shè)計(jì)方法，可以作為其他更復(fù)雜磁透鏡設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和借鑒，如引入更多環(huán)形間隙或者其他形狀的間隙，因而具備普適性和代表性。

附圖說明

圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中圓磁透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b為圖1a對(duì)應(yīng)的圓磁透鏡軸磁場(chǎng)分布圖；

圖2為本發(fā)明其中一種圓磁透鏡剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明另外一種圓磁透鏡剖面示意圖；

圖4為實(shí)施例中圓磁透鏡剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明具有一個(gè)環(huán)形間隙的圓磁透鏡端面?zhèn)纫晥D；

圖6為磁透鏡軸上磁場(chǎng)分布與參數(shù)rb的依賴關(guān)系；

圖7為磁透鏡軸上磁場(chǎng)分布與參數(shù)rc的依賴關(guān)系；

圖8為磁透鏡軸上磁場(chǎng)分布與參數(shù)ra的依賴關(guān)系；

圖9為雙環(huán)形間隙磁透鏡剖面示意圖。

附圖標(biāo)記為：1-磁極靴，2-通電線圈，3-磁路，4-圓磁透鏡對(duì)稱軸，5-磁路間隙。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

以單個(gè)環(huán)形間隙為例，從圖4可以看出，該環(huán)形間隙的內(nèi)徑是ra，外徑是rb。磁透鏡系統(tǒng)的內(nèi)徑是rc，激磁電流安匝數(shù)為ni。因磁透鏡的聚焦特性與其軸上磁場(chǎng)分布密切相關(guān)，因而從定性角度考慮，這里分析了軸上磁場(chǎng)分布對(duì)極靴參數(shù)的依賴關(guān)系，如圖6-8所示。其中橫坐標(biāo)0位置對(duì)應(yīng)于極靴的外端面，橫坐標(biāo)負(fù)向代表透鏡空間的外部。由圖可知，此類圓磁透鏡軸上磁場(chǎng)的峰值區(qū)，也即透鏡聚焦區(qū)，始終位于透鏡所圍空間的外部；且磁場(chǎng)峰值點(diǎn)距離透鏡端面的距離由參數(shù)ra、rb和rc共同決定，因而具備很好的調(diào)諧性和工程靈活性?？梢灶A(yù)見，對(duì)于其他類型的磁極靴形狀設(shè)計(jì)，如圖9給出的雙環(huán)形間隙磁透鏡，這種定性結(jié)果仍然成立。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于帶電粒子光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶電粒子圓磁透鏡。包括通電線圈及環(huán)形鐵殼，通電線圈位于環(huán)形鐵殼中，環(huán)形鐵殼上具有至少一個(gè)環(huán)形間隙，環(huán)形間隙位于環(huán)形鐵殼的端面。通過在端面磁路引入環(huán)形間隙，解決了一些實(shí)驗(yàn)樣品由于無(wú)法置于磁透鏡內(nèi)部而不能完成樣品發(fā)射電子的聚焦成像等技術(shù)問題，突破了現(xiàn)有圓磁透鏡技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了使透鏡磁場(chǎng)區(qū)位于透鏡所圍空間外部的技術(shù)效果，因而具備更廣的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：王超;白永林;王屹山;尹飛;趙衛(wèi);田進(jìn)壽;曾健華;王向林;徐鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.09
技術(shù)公布日：2017.09.26