应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜

摘要

本发明公开了一种应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜，包括励磁线圈、外磁路、极靴，极靴的下部为层叠式结构，包括多个层叠布置的软磁性材料磁环，相邻的软磁性材料磁环之间采用非导磁材料圆环作为间隔。相邻的所述软磁性材料磁环的厚度比为1∶0.618，自极靴的端部向上按顺序厚度增长呈指数分布。可在较长的工作距离下获得低的球差系数，且透镜的极靴不易饱和，因此可在较大励磁电流作用下在极靴处获得较强的磁场，很好的解决了极靴饱和与磁场强度之间的矛盾。

说明书

技术领域

本发明涉及一种透射电子显微镜部件，尤其涉及一种应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜。

背景技术

透射电子显微镜的照明系统的功能是将电子枪发射并加速的电子束会聚并照射到试样上，并且控制该处的照明孔径角、束流密度(照明亮度)和光斑尺寸。通常情况下该系统由三个聚光镜组成，自上而下分别为第一聚光镜、第二聚光镜、会聚小透镜(CM镜)，第一聚光镜是一个短焦距的强透镜，其功能是把电子枪发射并加速的电子束最小交叉截面(gun cross-over)缩小，并成像在第二聚光镜的共轭面上；第二聚光镜是一个长焦距的弱透镜，其功能是把缩小的光斑成像在样品上，进一步改变样品上的照明面积；会聚小透镜(CM镜)的功能是实现从平行照明到大会聚角的照明条件。

合理调整三个聚光镜的励磁电流可以实现以下三种工作模式：

TEM模式：会聚小透镜(CM镜)处于强励磁电流状态，使电子束会聚在物镜前方磁场的前焦点位置，可以实现平行照射到试样上很宽的区域，得到相干性好的电子显微像；

EDS模式：会聚小透镜(CM镜)处于关闭励磁电流状态，由于物镜前方磁场的作用，电子束被会聚在试样上，此时的会聚角很大，能得到高强度的电子束，适合于微小区域的分析；

NBD模式：会聚小透镜(CM镜)处于弱励磁电流状态，此时会聚角较小，辅以很小的聚光镜光阑可实现微区照明，可得到相干性好的电子显微像，亦可使用这种照明条件获得纳电子衍射花样。

为获得小的束斑尺寸和大的束流，要求会聚小透镜(CM镜)工作在较强励磁电流状态。

现有技术中的会聚小透镜如图1所示，包括励磁线圈2、外磁路3、极靴1，其中极靴1为一体式结构。

上述现有技术至少存在以下缺点：

一体式极靴结构在强激励下易饱和，在较长工作距离和小会聚角照明情况下球差系数将急剧增大，严重影响了透镜的成像效果和电子显微镜性能的发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使透镜的成像效果好和电子显微镜性能稳定的应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜，包括励磁线圈、外磁路、极靴，所述极靴的下部为层叠式结构，包括多个层叠布置的软磁性材料磁环，相邻的软磁性材料磁环之间采用非导磁材料圆环作为间隔。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜，由于极靴的下部为层叠式结构，包括多个层叠布置的软磁性材料磁环，相邻的软磁性材料磁环之间采用非导磁材料圆环作为间隔，具有很多间隙，导致整个磁路磁通不大，不易饱和，能使透镜的成像效果好和电子显微镜性能稳定。

附图说明

图1为现有技术中的会聚小透镜的结构示意图；

图2为本发明应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜的结构示意图；

图3为本发明应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜的外观立体结构示意图一；

图4为本发明应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜的外观立体结构示意图二。

具体实施方式

本发明的应用于透射电子显微镜的层叠式低像差会聚小透镜，其较佳的具体实施方式是：

包括励磁线圈、外磁路、极靴，所述极靴的下部为层叠式结构，包括多个层叠布置的软磁性材料磁环，相邻的软磁性材料磁环之间采用非导磁材料圆环作为间隔。

相邻的所述软磁性材料磁环的厚度比可以按黄金比例，为1∶0.618。

具体可以是，所述极靴的端部的软磁性材料磁环的厚度最小，向上按顺序层叠的多个软磁性材料磁环的厚度比为1∶1.618∶1.618²∶1.618³……，厚度增长呈指数分布。

所述的软磁性材料磁环的材料可以包括以下一种或多种：1J21、1J50。

所述非导磁材料圆环的材料可以包括以下一种或多种：如有机玻璃、聚四氟乙烯等。

该透镜可在较长的工作距离下获得低的球差系数，且透镜的极靴不易饱和，因此可在较大励磁电流作用下在极靴处获得较强的磁场，很好的解决了极靴饱和与磁场强度之间的矛盾。

具体实施例，如图2、图3、图4所示：

该透镜包括励磁线圈2、外磁路3、极靴1，极靴1下部采用层叠式结构，采用若干个软磁性材料(如1J21、1J50等)磁环5层叠而成，磁环5之间采用厚度相等的非导磁材料(如有机玻璃、聚四氟乙烯等)圆环4作为间隔，相邻软磁性材料磁环5的厚度比满足1∶0.618(即黄金分割)，极靴1端部的磁环5的厚度最小，从极靴1端部的磁环开始，按顺序层叠的若干个磁环的厚度比为1∶1.618∶1.618²∶1.618³……，厚度增长呈指数分布。

与现有技术中的一体式极靴1会聚小透镜相比，层叠式低像差会聚小透镜可在极靴1端部获得较强轴上磁场的基础上得到较小的球差系数，而且由于会聚小透镜的极靴1为层叠式结构，具有很多间隙，导致整个磁路磁通不大，不易饱和。

本发明中，极靴1的下部采用层叠式结构，采用若干个软磁性材料(如1J21、1J50等)磁环层叠而成，磁环之间采用厚度相等的非导磁材料(如有机玻璃、聚四氟乙烯等)圆环作为间隔，相邻软磁性材料磁环的厚度比满足1∶0.618(即黄金分割)，极靴1端部的磁环的厚度最小，结构合理、简单。采用黄金分割确定软磁性材料磁环的厚度，厚度增长呈指数分布，层数相对较少，降低了工艺实现难度。

本发明的层叠式低像差会聚小透镜有效解决了传统的会聚小透镜(CM镜)的一体式极靴结构在强激励下易饱和，在较长工作距离和小会聚角照明情况下球差系数将急剧增大的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。