CN109166781A - 扫描透射电子显微成像方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扫描透射电子显微成像方法和系统，其中，方法包括以下步骤：控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点旋转一周，并间隔角度取若干扫描点，然后将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。本发明通过增加旋进电子衍射方式，对每个扫描点的信号进行加权叠加，可以消除运动学效应的影响，提高了衬度，随着衬度的提高，也提高了扫描透射电子显微成像(STEM)图像的灵敏度和分辨率。

Description

扫描透射电子显微成像方法和系统
技术领域
本发明涉及电镜扫描透射成像技术领域，特别涉及一种扫描透射电子显微成像方法和系统。
背景技术
电子显微镜是材料微观研究的基本技术手段之一,也是纳米材料最为主要的检测设备。电子显微镜已不仅用于形态分析，而且还是结合了各种电子衍射分析，元素分析的多功能仪器。
电子显微镜采用电子束作为光源从而得到极高的细节分辨能力，使其成为可以直观的检测到晶体材料的原子结构信息的重要工具。通过电子显微镜不仅可以获得带有晶体结构信息的高分辨照片，也可以给出纳米尺度选区的电子衍射。通过STEM成像系统，电子显微镜同时提供扫描图像，结合EDS和EELS，同时提供元素的成分含量和分布的信息。
电子显微镜主要由电子源、电磁透镜系统、样品台以及成像系统等部分组成。透射电子显微镜中入射电子从电子源出发经过电磁透镜系统聚焦后穿过样品台上的试样，与试样内部原子发生相互作用后在成像系统中的荧光屏或感光部件上成像，实现数据采集。STEM成像系统，通过电子束在样品表面扫描，跟样品表面的散射，在HAADF探头上得到强度信息，从而，得到样品的扫描图像。
电子显微镜是研究材料拉伸应变，损伤，变形的形貌及原子像的主要工具。实时观察试样的形貌、位错、原子排列的变化，对分析试样材料机理，改正和研发新材料非常重要的方面。但主要难点在于怎样设计合适的STEM成像系统，尽量提高STEM图像的衬度以及分辨率。
发明内容
本发明提供一种扫描透射电子显微成像方法和系统，解决现有上述的问题。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种扫描透射电子显微成像方法，包括以下步骤：
控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点旋转一周，并间隔角度取若干扫描点，然后将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；
通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；
根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
作为一种实施方式，所述电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点通转一周，并间隔角度取若干扫描点，包括以下步骤：
每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
作为一种实施方式，还包括以下步骤：
在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。
本发明还提供一种扫描透射电子显微成像系统，包括：
扫描线圈，用于控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点通转一周，并间隔角度取若干扫描点；
处理单元，用于将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；
HAADF扫描探头，用于通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；以及
成像单元，用于根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
作为一种实施方式，所述扫描线圈用于每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
作为一种实施方式，还包括去扫描转换单元，用于在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：通过增加旋进电子衍射方式，对每个扫描点的信号进行加权叠加，可以消除运动学效应的影响，提高了衬度，随着衬度的提高，也提高了扫描透射电子显微成像(STEM)图像的灵敏度和分辨率。
附图说明
图1为本发明的扫描透射电子显微成像方法的流程图；
图2为本发明的扫描透射电子显微成像系统的模块连接图。
附图标注：1、扫描线圈；2、处理单元；3、HAADF扫描探头；4、成像单元；5、去扫描转换单元。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，一种扫描透射电子显微成像方法，包括以下步骤：
S100：控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点旋转一周，并间隔角度取若干扫描点，然后将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；
S200：通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；
S300：根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
在本实施例中，每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
除上述步骤外，本方法还包括以下步骤：
S400：在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。通过该方式，保证在电子束旋进过程中，电子束的位置不发生移动。
本发明通过增加旋进电子衍射方式，对每个扫描点的信号进行加权叠加，可以消除运动学效应的影响，提高了衬度，随着衬度的提高，也提高了扫描透射电子显微成像(STEM)图像的灵敏度和分辨率。
如图2所示，一种扫描透射电子显微成像系统，包括扫描线圈1、处理单元2、HAADF扫描探头3以及成像单元4，扫描线圈1用于控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点通转一周，并间隔角度取若干扫描点；处理单元2用于将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；HAADF(High-Angle Annular Dark Field，高角环形暗场像)扫描探头3用于通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；成像单元4用于根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
在本实施例中，扫描线圈1用于每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
除上述单元外，本系统还包括去扫描转换单元5，用于在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。通过该方式，保证在电子束旋进过程中，电子束的位置不发生移动。
本发明通过增加旋进电子衍射方式，对每个扫描点的信号进行加权叠加，可以消除运动学效应的影响，提高了衬度，随着衬度的提高，也提高了扫描透射电子显微成像(STEM)图像的灵敏度和分辨率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种扫描透射电子显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点旋转一周，并间隔角度取若干扫描点，然后将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；
通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；
根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
2.根据权利要求1所述的扫描透射电子显微成像方法，其特征在于，所述电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点通转一周，并间隔角度取若干扫描点，包括以下步骤：
每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
3.根据权利要求1或2所述的扫描透射电子显微成像方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。
4.一种扫描透射电子显微成像系统，其特征在于，包括：
扫描线圈，用于控制电子束在样品上方进行逐点的旋进扫描，在样品下方得到衍射点信息，其中，电子束对样品的逐点的旋进扫描通过控制电子束在每个扫描点通转一周，并间隔角度取若干扫描点；
处理单元，用于将若干间隔选取的扫描点加权叠加生成的扫描点代替原先单个扫描点；
HAADF扫描探头，用于通过选取高角度的衍射点信息，得到电流强度信息；以及
成像单元，用于根据电流强度信息转换成衍射衬度信息，根据衍射衬度信息得到样品的暗场像。
5.根据权利要求4所述的扫描透射电子显微成像系统，其特征在于，所述扫描线圈用于每间隔30°选取共12个特征角度的扫描点进行加权叠加。
6.根据权利要求4或5所述的扫描透射电子显微成像系统，其特征在于，还包括去扫描转换单元，用于在电子束旋进过程中，进行去扫描转换，保证扫描的支点和去扫描的支点位于衍射的前焦面和后焦面上。
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