CN109904053B - 具有改进eels/eftem模块的透射带电粒子显微镜 - Google Patents

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Abstract

涉及具有改进EELS/EFTEM模块的透射带电粒子显微镜。使用透射带电粒子显微镜的方法包括：试样固定器；源；照明器；成像系统；控制器，在方法中传感装置被选为EELS/EFTEM模块，其包括：入口平面；图像平面；狭缝平面；分散装置；分散装置与狭缝平面间的第一四极系列；狭缝平面与图像平面间的第二四极系列，分散装置和四极沿光轴设置，由此在光轴沿Z布置的笛卡尔坐标系中分散方向被定义成与X平行，其包括以下步骤：在第一四极系列中激发一个或多个四极，以将离开分散装置的离轴非分散YZ射线偏转到从狭缝平面到图像平面的光轴的旁轴路径上；在第二四极系列中激发单个四极或者一对相邻四极，以将能量分散束聚焦到图像平面上。

Description

具有改进EELS/EFTEM模块的透射带电粒子显微镜
技术领域
本发明涉及一种使用透射带电粒子显微镜的方法，其包括：
- 试样固定器，其用于固定试样；
- 源，其用于产生带电粒子束；
- 照明器，其用于导向所述束以照射所述试样；
- 成像系统，其用于接收透射穿过所述试样的带电粒子通量并将其导向到传感装置上；
- 控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
在所述方法中，所述传感装置被选定为EELS/EFTEM模块，其包括：
- 入口平面；
- 图像平面，其中在EELS模式下形成EELS光谱并且在EFTEM模式下形成EFTEM图像；
- 所述入口平面与图像平面之间的狭缝平面，其中在EFTEM模式下形成能量分散的焦点；
- 分散装置，在所述入口平面与狭缝平面之间，其用于将入射束分散到具有相关联分散方向的能量分散束中；
- 所述分散装置与狭缝平面之间的第一四极系列；
- 所述狭缝平面与图像平面之间的第二四极系列，
所述分散装置和四极沿光轴设置，
由此，在所述光轴沿Z布置的笛卡尔坐标系（X,Y,Z）中，所述分散方向被定义成与X平行。
本发明还涉及一种可以制定此种方法的透射带电粒子显微镜。
背景技术
在这个背景下，应注意：
- EELS和EFTEM是传统缩略语，分别具有以下含义：
• EELS：电子能量损失谱学；
• EFTEM：能量过滤透射电子显微镜学。
这里提到的EELS/EFTEM模块有时被实现为所谓的后列过滤器（PCF），尽管这并不一定是这样。
- 这里提到的术语“四极”指的是一种透镜元件，它在被激发时产生四极（磁或电）场。从物理结构上看，这种透镜元件实际上可以是一个有多于四个极的多极（如八极或十二极/12极），只要这个多极的若干极可以同时激发，从而产生四极场。如果需要，这种多极可以被激发以产生混合效应，例如同时产生四极透镜场和六极像差校正场。
带电粒子显微镜学是一种用于成像显微物体的著名的并且日益重要的技术，特别是以电子显微镜学的形式。从历史上看，电子显微镜的基本属经历了向一些知名仪器种类的转型，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、以及扫描透射电子显微镜（STEM），并且还向不同的亚种转型，如所谓的“双束”仪器（如FIB-SEM），其此外还使用“加工”聚焦离子束（FIB），允许支持活动，例如离子束铣削或离子束诱导沉积（IBID）。更具体地：
- 在SEM中，用扫描电子束照射试样会以例如二次电子、反向散射电子、X射线以及阴极发光（红外线、可见光子和/或紫外线光子）的形式析出“辅助”辐射的发射；然后这种发射辐射的一个或多个组件被检测到并用于图像积累的目的。
- 在TEM中，用于照射试样的电子束被选择为具有足够高的能量穿透试样（为此，它通常比SEM试样更薄）；然后，从试样中发射出的透射电子可用于创建图像。当此种TEM在扫描模式下工作（从而成为STEM）时，讨论中的所述图像将在照射电子束的扫描运动的过程中被累积。
作为把电子用作照射束的一种替代方法，带电粒子显微镜学也可以使用其他种类的带电粒子进行。在这方面，“带电粒子”这一短语应广义地解释为包含例如电子、正离子（例如Ga或He离子）、负离子（如氧）、质子以及正电子。关于非基于电子的带电粒子显微镜学，可以从参考资料中收集一些进一步的信息，例如下面这些：
https://en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope。
- W.H.Escovitz, T.R.Fox以及R.Levi-Setti《具有场离子源的扫描透射离子显微镜（Scanning Transmission Ion Microscope with a Field Ion Source）》，《美国国家科学院院刊（Proc.Nat. Acad.Sci.）》72(5)，第1826-1828页（1975）
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444。
应注意，除了成像和进行（局部）表面修饰（如铣削、蚀刻、沉积等）外，带电粒子显微镜还可以具有其他功能，如进行光谱分析、检查衍射图样、研究离子沟道/离子反向散射（卢瑟福背散射光谱法）等。
在所有情况下，透射带电粒子显微镜（TCPM）将包括至少以下组件：
- 粒子源，如肖特基电子源或离子源。
- 照明器（带电粒子束列），用来操纵来自源的“原始”辐射束，并在其上执行某些操作，如聚焦、像差缓解、（用隔膜）裁剪、过滤等。它将通常包括一个或多个（带电粒子）透镜，并且也可以包括其他类型的（粒子）光学组件。如果需要，可以为照明器提供一个偏转器系统，该偏转器系统可以被调用以使其出射束在被研究的试样上执行扫描运动。
- 试样固定器，被研究的试样可在其上固定和放置（如倾斜、旋转）。如果需要，这个架可以移动，以影响试样相对于束的扫描运动。一般来说，这样的试样固定器将连接到定位系统。要想固定低温试样时，可以为试样固定器提供适当的冷却装置。
- 成像系统，它本质上取透射穿过试样（平面）的带电粒子并将其导向（聚焦）到传感装置上，如检测/成像装置（摄像机）、光谱仪器/EELS/EFTEM模块等。正如上面所提及的照明器，成像系统也可以执行其他功能，如像差缓解、裁剪、过滤等，并且它通常包括一个或多个带电粒子透镜和/或其他类型的粒子光学组件。
这里提到的EELS/EFTEM模块一般包括：
- 分散装置（如包括一个或多个“带电粒子棱镜”），将（来自成像系统的）带电粒子的入射通量分散到能量分解（连续）的光谱子束阵列中，其最终可被导向到检测表面，从而形成光谱。基本上，所述入射通量将包含各种能量的带电粒子，并且分散装置将沿着分散方向（以某种程度上类似于质谱仪的方式）将这些粒子“扇出”到（连续的）给定能量的子光束的集合/阵列中。如上所述，X方向被认为是所述分散方向，相关联的Y方向被认为是所谓的非分散方向（尽管可能发生与Y平行的少量“寄生”分散，例如由于像差导致的）。通常（虽然不是必定）选择聚焦/放大四极相对于Z轴的方位定向，以使这些四极的两个光学对称平面与XZ平面和YZ平面重合。这样做的优点是，只存在于分散装置出口处的XZ平面中的分散作用在此装置下游的整个光路中都没有出现在YZ平面中。
应注意，所使用的传感装置本质上可以是单一的或复合的/分散的，并且可以采取许多不同的形式，这取决于它打算感知什么。例如，它可以包括一个或多个光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池等。
在接下来的内容中，本发明可在电子显微镜学的特定语境中阐述；然而，这种简化是为了清晰/说明的目的，并且不一定被解释为限制。
EELS是一种在(S)TEM中用于获取与给定试样有关的元素/化学信息的技术。在（来自(S)TEM的照明器的）照射束中移动的电子可以将能量转移到试样中原子的核心壳层中的束缚电子，并且将这个核心电子推进到外部壳层（非弹性散射）。来自移动电子的此种能量转移在EELS光谱中形成了所谓的“核损耗峰”（CLP）。CLP（在能量单位中）的（粗略）位置是特定于元素的，其精确位置和形状是特定于元素的化学环境和键结的。除了上面提到的CLP外，EELS光谱通常还将包含所谓的“等离子体共振峰”（PRP），即与试样中等离激元上的单个或多个电子散射相关联的相对广泛的一系列峰/肩。这些PRP通常位于能量范围0至50 eV中。通常，EELS模块也可以用作能量选择成像装置（EFTEM功能）。为了达到这个目的，它们在其（主要）光谱平面处/近端使用一个狭缝（“信箱”）。当该模块被用作纯光谱仪时，这个狭缝被收回，并且光谱平面可以使用后分散光学器件被放大和成像到所使用的检测器（摄像机）上。另一方面，当该模块被用作能量选择成像装置时，可以调用狭缝来仅经过/允许特定的能量窗（通常为10至50 eV宽的阶）；在这种情况下，后分散（后狭缝）光学器件则将所述光谱平面的傅里叶变换平面成像到使用的检测器上。
在上文所述的EELS/EFTEM模块中，使用了各种四极来放大和聚焦分散装置（棱镜）产生的分散。技术人员将意识到，这些四极具有固有和寄生的像差，如（由四极的聚焦能力对束中电子的能量的依赖所造成的）色差和由四极的非零长度/厚度以及四极的入口和出口处的边缘场造成的高阶像差。分散装置还具有固有的和寄生的像差。为了解决这种像差，通常在EELS/EFTEM模块中使用一个或多个专用的“净化”多极场（例如由八极/六极产生的）。为了表示EELS/EFTEM模块在单个图像中能够记录相当大一部分能量损失谱，引入（相对的）“能量参数”很方便：
其中，E是主要的（输入）束能量（通常介于20 keV与1000 keV之间），m是电子质量，c是光速，而ΔE是检测到的光谱能量分布；对于EELS/EFTEM模块中给定的光路选择，此参数名义上与E无关。如果你现在认为“传统”EELS与ΔEr/Er≤ ca.0.01相关联并且“大能区”EELS（LER-EELS）对应于ΔEr/Er > ca.0.01，那么在本传统的前提下，可以发现，上述“净化”多极场可以在执行“传统”EELS时获得相对满意的结果，但却往往为LER-EELS提供次优结果——其中，靠近所使用检测器外围的光谱部分中（色差）像差往往相对更严重。这是不幸的，因为例如在下列情况下，LER-EELS可能具有潜在的优势：
- 在分析包括一种或多种成分（其元素峰值（ΔE）分布在宽能区）的试样时，如包括碳、铁以及铝的化合物，其峰值在ca.300 eV、700 eV以及1550 eV处。
- 如果你希望使用相对较低的主要束能量（例如E < 100 keV），例如以便减少对试样的辐射损伤；减少主要束能量将使投射到图像平面上的光谱变宽。
- 当使用所谓的“直接检测”摄像机时，它可以仅以针对每个检测通道相对较少的电子产生满意的输出；因此，这种检测器可以快速准确地记录相对扩展的光谱，伴随着吞吐量的提高。
有关更多信息，请参见例如US 2017/0125210 A1（通过引用并入本文），其发明人与本发明相同。
发明内容
解决这些问题是本发明的目标。更具体地，提供上述方法/仪器是本发明的目标，该方法/仪器在较小程度上受到前述像差的影响。特别地，本发明的目标是新方法/仪器应该对LER-EELS产生满意的结果。
这些目标以及其他目标是按照上文第一段所述的方法实现的，其特征在于以下步骤：
- 在所述第一四极系列中，激发一个或多个四极，以将离开所述分散装置的离轴非分散YZ射线偏转到从所述狭缝平面到所述图像平面的所述光轴的旁轴路径上；
- 在所述第二四极系列中，激发：
（a）单个四极；或者
（b）一对相邻四极，
以便将所述能量分散束聚焦到所述图像平面上。
如此处所提到的：
- 当射线在从Z轴移出的位置进入分散装置时，它被认为是“离轴”的。当射线不是“离轴”时，它（被隐式假定为）是在轴上的，即它在Z轴上进入分散装置。
- 当射线以能量E-dE行进时，它被称为“分散的”，造成能量损失dE。当射线不分散时，它（被隐式假定为）是“非分散的”，并以名义上的能量E行进。
- “YZ射线”被认为仅在狭缝平面的位置处的YZ平面中行进；同样地，“XZ射线”被认为仅在狭缝平面的位置处的XZ平面中行进。
- 技术人员将理解，技术术语“旁轴”包括与光轴/Z轴接近/靠近（并且与其基本上平行）和/或与光轴/Z轴大致上重合的射线。
例如，参见图3A至3C。
本发明利用了以下发现：通过保持与狭缝平面与图像平面之间的“后狭缝”空间中的Z轴附近的离轴非分散射线，你可以激发所述后狭缝空间中最小数量的四极（理想情况下仅一个四极），但激发一对相邻的四极也是可能的（见下文）。虽然在第二四极系列中可能存在多于两个的四极（参见例如前面提到的US 2017/0125210 A1，以及下面的图3A至3C），但本发明只需要在任何给定时间激发这些四极中的单个/相邻的一对。这最小数量的激发四极反过来导致最小四极相关像差。与以前在这个领域中的长期实践者所尝试过的相比，这是一个高度创新的解决方案。例如，在A. Gubbens等人的《GIF量子，下一代后列成像能量过滤器（The GIF Quantum, a next-generation post-column imaging energy filter）》，《超显微镜学（Ultramicroscopy）》110（2010）第962-970页的文章中，作者试图通过减少所使用分散装置的大小（弯曲半径）来提高ΔE/E（上面之前得到的值），从而（从5.0x到3.3x）减少狭缝平面的放大。这在200 kV（ΔEr/Er = 0.011）下导致2 keV的视野并且在60 kV（ΔEr/Er = 0.012）下导致682 eV的视野。相反，本发明的发明人取得的ΔEr/Er值远高于这个限度：参见例如图3A至3C，它们描绘了分别对应于ΔEr/Er ≈ 0.033、0.051以及0.043的实施例。注意到，在不减少入射束直径的情况下缩小分散装置的尺寸（正如上述《超显微镜学》一文一样）增加了高阶像差，这是本发明避免的不良副作用。
在本发明的实施例中：
- 进入所述分散装置的轴上分散射线在交点p处与所述光轴相交；
- 在所述第二四极系列中，如果所述交点p位于：
• 给定四极内，那么将选项（a）应用于此四极；
• 在一对相邻四极之间，那么将选项（b）应用于此对四极。
为了使在任何给定时间内激发的后狭缝四极的数量最小化，本实施例使用一个几何配方来确定在给定情况下最好激发哪个后狭缝四极。交点p沿Z轴的位置将受到第一系列/“预狭缝”四极的选定激发的特定细节的影响，因为这决定了预狭缝光学器件的“焦距”。概括起来讲：
- 如果点p的Z位置是其位于给定四极Qa（中心区域）之内，则仅激发Qa就足够了；
- 如果点p的Z位置是其位于给定四极对Qa、Qb的成员之间，则同时激发Qa和Qb。
关于上一段的讨论，可以用一个简单的“经验法则”线性公式来表示第二（后狭缝）四极系列的四极激发，即：
eada = eb db
其中：
- ea、eb是一对相邻四极Qa、Qb的有效激发（e = ∫dz ΨQ(z)，其中ΨQ(z)是轴向四极场）；
- da、db是距四极Qa、Qb各自的中心的各自交点p的轴向距离（这样da + db = dab =Qa和Qb的中心的轴向分离）。
如上所述，技术人员将能够根据第一（预狭缝）四极系列中所使用的四极激发来预测/计算p的位置。 根据这个公式的激发在引入最少量像差的情况下对非分散XZ射线的再聚焦最有效。然而，技术人员将意识到，对于第二系列的四极设置来说，这个公式的微小偏差是可能的，只要这些偏差不会显著地改变第二系列中的射线。技术人员也将理解，两个四极Qa、Qb都可以以相同的极性（如正极性）被激发；可替代地，你可以例如选择ea约+100%和eb约−10%的场景，这例如仍然导致（强）净正激发。
在本发明的实施例中，所述分散装置与狭缝平面之间的能量分散束被缩小。从本质上讲，这确保了在离开分散装置后，分散束将安排在尚未穿过的仪器范围内，特别是：
- 安排在各种（第一系列/第二系列）四极的中心孔/真空管内；
- 安排在所使用的检测器/摄像机的范围内。
至于上面提到的旁轴的度，发明人检查了各种情况并观察到这一点：如果非分散YZ射线在距光轴的距离dE处进入分散装置，并且具有距第二四极系列内的光轴的最大距离dL，那么比率dE/dL最好≥3，优选≥5，并且更优选≥10。随这个比率的二次（或更高次）幂缩放的像差将相应地大大减少。
技术人员将理解，本发明使用的分散装置可以根据选择采取各种不同的形式。例如，它可以包括：
- 单个磁扇区/弯曲磁铁。通常使用90度的弯曲角度，但其他弯曲角度也是可能的。这是一种常用的装置。
- 具有多个扇区的类似装置，例如具有四个扇区和180度净偏转的配置。
- 带静电偏转的类似概念。在实践中，静电偏转并不是超过约60 keV的主要束能量的首选。
- 偶极子维恩滤波器，它是一个直轴装置。
附图说明
本发明现在将根据示例性实施例及所附示意图进行详细说明，其中：
图1给出了实现本发明的TCPM的实施例的纵向横截面立面图。
图2示出了图1的一部分（更具体地，EELS/EFTEM模块）的放大的、更详细的视图。
图3A给出了对于本发明的特定实施例，图2的一部分的放大的、更详细的视图。
图3B大致上相当于图3A，但描绘了本发明的不同实施例。
图3C大致上相当于图3A/3B，但描绘了本发明的另一个实施例。
在图中，相关的相应部分用相应的参考符号表示。
具体实施方式
实施例1
图1（非缩放）是实现本发明的TCPM M的实施例的高度示意图描绘；更具体地，它示出了TEM/STEM的实施例。在图中，在真空外壳2内，电子源4产生的电子束B沿着电光轴B'传播并且穿过电光照明器（带电粒子束列）6，将电子导向/聚焦到试样S的选定部分上（例如，它可以被（局部地）薄化/平面化）。在照明器6内明确描绘的是：
- 偏转器10，其（除其他外）可用于影响束B的扫描运动；
- 可选单色器8，其可用于改善来自源4的束的单色性，
尽管也会存在其他各种光学元件。
试样S被固定在试样固定器H上，该固定器可由定位装置/台面A以多个自由度放置，该定位装置/台面将摇架A'移动到（可拆卸地）附着着的固定器H中；例如，试样固定器H可以包括一个可以在XY平面中移动（除其他外）的手指（参见所描绘的笛卡尔坐标系；通常情况下，平行于Z的运动和绕X/Y的倾斜也是可能的）。这种运动允许试样S的不同部分被（在Z方向上）沿着B'轴行进的电子束B照明/成像/检查，和/或允许扫描运动作为光束扫描的替代而被执行。如果需要，可将（未描绘的）可选冷却装置与试样固定器H进行密切的热接触，以便例如在低温下维护它（以及其上的试样S）。
电子束B将以一种方式与试样S相互作用，以使得从试样S发射各种类型的“受激”辐射，包括（例如）次级电子、反向散射电子、X射线和光辐射（阴极发光）。如果需要，可以借助分析装置22来检测这些辐射类型中的一种或多种，所述分析装置例如可以是联合闪烁体/光电倍增管或EDX（能量分散X射线光谱学）模块；在这种情况下，可以使用与SEM基本相同的原理构造图像。然而，可替代地或作为补充，你可以研究穿过（通过）试样S，从试样S中发出/发射，并沿着B'轴继续传播（大体上，虽然通常有一些偏转/散射）的电子。这种透射电子通量进入成像系统（投影透镜）24，该系统通常会包括各种静电/磁透镜、偏转器、校正器（如消象散器）等。在正常（非扫描）TEM模式下，此成像系统24可以将透射电子通量聚焦到荧光屏（传感装置）26上，如果需要，该荧光屏（传感装置）可被收回/撤回（如箭头26'所示意的），从而使其远离B'轴。通过屏幕26上的成像系统24将形成试样S的（一部分）的图像或衍射图，并且这可以通过位于外壳2的壁的适当部分中的观察端口28来查看。例如，屏幕26的收回机制本质上是机械和/或电气的，这里没有描绘。
作为在屏幕26上查看图像/衍射图的一种替代方法，你反而可以使用这样一个事实，即离开成像系统24的电子通量的聚焦深度通常相当大（例如是1米的阶）。因此，可以在屏幕26的下游使用各种其他类型的传感装置，如：
- TEM摄像机30。在摄像机30处，电子通量B"可以形成静态图像或衍射图，该静态图像或衍射图可以由控制器/处理器20处理并显示在显示装置（没有描绘）上，例如平板显示器。当不需要时，摄像机30可被收回/撤回（如箭头30'所示意的），以使它远离B'轴。
- STEM摄像机32。摄像机32的输出可以根据试样S上束B的（X,Y）扫描位置进行记录，并且可以根据X、Y构造图像，它是摄像机32输出的“地图”。摄像机32可以包括直径为例如20毫米的单个像素，而不是摄像机30特有的像素矩阵。此外，摄像机32 （如每秒106点）将通常比摄像机30（如每秒102张图像）具有更高的采集率。同样，在不需要的情况下，摄像机32可被收回/撤回（如箭头32'所示意的），以使其远离B'轴（尽管这样的收回在例如环形暗场摄像机32的情况下不是必须的；在此类摄像机中，当摄像机未使用时，中心孔将允许通量通道）。
- 作为使用摄像机30或32进行成像的一种替代方法，你还可以调用光谱仪器34，在当前示例中，它是EELS/EFTEM模块。
应注意，项目30、32以及34的阶/位置并不严格，许多可能的变化是可以想到的。例如，光谱仪器34还可以集成到成像系统24中。
注意：控制器（计算机处理器）20通过控制线（总线）20'连接到各种图示组件。此控制器20可提供多种功能，如同步动作、提供设定值、处理信号、执行计算以及在显示装置（未描绘）上显示消息/信息。不用说，按照需要，（示意描绘的）控制器20可能（部分地）位于外壳2的内部或外部，并且可能具有单一或复合结构。
技术人员将理解，外壳2的内部不需要保持在严格真空；例如，在所谓的“环境TEM/STEM”中，在外壳2内故意引入/维持给定气体的背景大气。技术人员也将理解，在实践中，限制外壳2的体积可能是有利的，以便在可能的情况下，它密切地封装B'轴，采取所使用的电子束穿过的小管的形式（如直径1厘米的阶），但扩大到容纳下如源4、试样固定器H、屏幕26、摄像机30、摄像机32、光谱仪器34等的结构。
现在转到图2，这示出了图1中光谱仪器34的放大的、更详细的视图。在图中，示出了电子通量B"（其已穿过试样S和成像系统24）沿电光轴B'传播。通量B"进入分散装置3（“电子棱镜”），在那里它被分散（散开）成沿分散方向X分布的光谱子束的一个能量分解/能量分化的（连续的）阵列5（使用虚线在图2中示意）。在这方面要注意，按照惯例，传播被认为是沿着Z方向进行的，因此描绘的笛卡尔坐标系与分散装置3内的通量B"“共偏转”。与分散装置3相关联的是预分散光学器件3'，它将通常包括例如一个或多个多极元件；这些可能生成例如一个六极场和/或四极场，除其他外，用于像差缓解的目的。
在项目3的下游，子束的阵列5遇到可调节/可伸缩狭缝（信箱）7，它可以例如在EFTEM模式下被用来选择/允许阵列5的给定部分，并丢弃/遮挡其其他部分；为此，狭缝7连接到引动装置7a，该装置可被调用以按照需要打开/关闭/移动狭缝7（中的开口）。在EELS模式下，这个狭缝7通常（完全）打开/收回。技术人员将理解，狭缝7被有利地设置在光谱仪器34的分散平面处或其附近的位置（狭缝平面7p）；同样，检测器11（在图像平面11p中）也有利地位于此类平面处或其附近。如果需要，可以通过适当调整例如分散装置3和/或例如在分散装置3与狭缝7之间提供的漂移管/偏转器（未描绘）（的电信号）来对准/移动落在狭缝7上的光谱子束阵列5。
在本发明范围内特别重要的是预狭缝光学器件9a和后狭缝光学器件9b，它们分别包括第一系列和第二系列的四极（或更一般地说，能够激发产生四极透镜场的多极）。如这里描绘的——在不应该被解释为限制的特定配置中——已经做出了以下选择：
- 预狭缝光学器件9a包括第一系列的两个四极，由QI和QII组成；
- 后狭缝光学器件9b包括第二系列的四个四极，由Q1、Q2、Q3以及Q4组成。
这些四极和相关联主射线在图3A中有更详细的描绘，其中（为方便起见）B'轴被展示为直线，并且其中：
RXZ是轴上分散射线；
R'YZ是YZ平面中的离轴非分散射线；
R'XZ是XZ平面中的离轴非分散射线。
根据本发明，注意：
- 通过适当激发预狭缝/第一系列四极QI/QII，离轴非分散射线R'YZ迅速进入B'光轴附近，并且相对于平面7p与11p之间的这个轴旁轴（“拥抱”）。
- 轴上分散射线RXZ与光轴B'相交于交点p——在当前情况下，该点位于后狭缝/第二系列四极Q1的心脏/中心。
- 在后狭缝光学器件9b的第二系列四极中，只有四极Q1被激发。
这里，在主要束能量E = 300 keV（加速电压300 kV）下ΔE = 8.2 keV，产生ΔEr/Er ≈ 0.0335。
实施例2
图3B大致上相当于图3A，但描绘了本发明的不同实施例。这里：
- 通过适当激发预狭缝/第一系列四极QI/QII，离轴非分散射线R'YZ又拥抱平面7p与11p之间的B'光轴。
- 轴上分散射线RXZ与光轴B'相交于交点p——在当前情况下，该点位于后狭缝/第二系列四极Q2的心脏/中心。
- 现在，在后狭缝光学器件9b的第二系列四极中，只有四极Q2被激发。
这里，在主要束能量E = 300 keV下ΔE = 12.4 keV，产生ΔEr/Er ≈ 0.0507。
实施例3
图3C大致上相当于图3A/3B，但描绘了本发明的另一个实施例。在这种情况下：
- 通过适当激发预狭缝/第一系列四极QI/QII，离轴非分散射线R'YZ再次拥抱平面7p与11p之间的B'光轴。
- 轴上分散射线RXZ与光轴B'相交于交点p——在当前情况下，该点位于四极Q1与Q2之间。
- 现在，两个四极Q1和Q2都被（以相同的极性并以相同的强度）激发。
这里，在主要束能量E = 300 keV下ΔE = 10.5 keV，产生ΔEr/Er ≈ 0.0429。
从图3A、3C以及3B的逐次比较注意到，随着ΔE增加，交点p沿光轴进一步向右移动。

Claims (9)

1.一种使用透射带电粒子显微镜的方法，其包括：
试样固定器，其用于固定试样；
源，其用于产生带电粒子束；
照明器，其用于导向所述束以照射所述试样；
成像系统，其用于接收透射穿过所述试样的带电粒子通量并将其导向到传感装置上；
控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
在所述方法中，所述传感装置被选定为EELS/EFTEM模块，其包括：
入口平面；
图像平面，其中在EELS模式下形成EELS光谱并且在EFTEM模式下形成EFTEM图像；
所述入口平面与图像平面之间的狭缝平面，其中在EFTEM模式下形成能量分散的焦点；
分散装置，在所述入口平面与狭缝平面之间，其用于将入射束分散到具有相关联分散方向的能量分散束中；
所述分散装置与狭缝平面之间的第一四极系列；
所述狭缝平面与图像平面之间的第二四极系列，
所述分散装置和四极沿光轴设置，
由此，在所述光轴沿Z布置的笛卡尔坐标系(X,Y,Z)中，所述分散方向被定义成与X平行，
其特征在于以下步骤：
在所述第一四极系列中，激发一个或多个四极，以将离开所述分散装置的离轴非分散YZ射线偏转到从所述狭缝平面到所述图像平面的所述光轴的旁轴路径上；
在所述第二四极系列中，激发：
(a)单个四极；或者
(b)一对相邻四极，
以便将所述能量分散束聚焦到所述图像平面上；
其中，对于光束能量E和检测到的光谱能量分布ΔE，能量参数ΔEr/Er的值大于0.0125，其中：
m是电子质量并且c是光速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
进入所述分散装置的轴上分散射线在交点p处与所述光轴相交；
在所述第二四极系列中，如果所述交点p位于：
给定四极内，那么将选项(a)应用于此四极；
在一对相邻四极之间，那么将选项(b)应用于此对四极。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第二四极系列中的四极激发大致上满足公式：
eada＝ebdb
其中：
ea、eb是一对相邻四极Qa、Qb各自的有效激发；
da、db是交点p距离四极Qa、Qb各自的中心的各自轴向距离。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，在选项(b)中，两个四极都以相同的极性被激发。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述能量分散束在所述分散装置与狭缝平面之间被缩小。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，如果所述非分散YZ射线在距所述光轴的距离dE处进入所述分散装置，并且具有距所述第二四极系列内的所述光轴的最大距离dL，那么dE/dL≥3。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述非分散YZ射线在距所述光轴的距离dE处进入所述分散装置，并且具有距所述第二四极系列内的所述光轴的最大距离dL，那么dE/dL≥5。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述非分散YZ射线在距所述光轴的距离dE处进入所述分散装置，并且具有距所述第二四极系列内的所述光轴的最大距离dL，那么dE/dL≥10。
9.一种透射带电粒子显微镜，其包括：
试样固定器，其用于固定试样；
源，其用于产生带电粒子束；
照明器，其用于导向所述束以照射所述试样；
成像系统，其用于接收透射穿过所述试样的带电粒子通量并将其导向到传感装置上；
控制器，其用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
其中，所述传感装置包括EELS/EFTEM模块，其包括：
入口平面；
图像平面，其中在EELS模式下形成EELS光谱并且在EFTEM模式下形成EFTEM图像；
所述入口平面与图像平面之间的狭缝平面，其中在EFTEM模式下形成能量分散的焦点；
分散装置，在所述入口平面与狭缝平面之间，其用于将入射束分散到具有相关联分散方向的能量分散束中；
所述分散装置与狭缝平面之间的第一四极系列；
所述狭缝平面与图像平面之间的第二四极系列，
所述分散装置和四极沿光轴设置，
由此，在所述光轴沿Z布置的笛卡尔坐标系(X,Y,Z)中，所述分散方向被定义成与X平行，
其特征在于，所述控制器被配置成：
在所述第一四极系列中，激发一个或多个四极，以将离开所述分散装置的离轴非分散YZ射线偏转到从所述狭缝平面到所述图像平面的所述光轴的旁轴路径上；
在所述第二四极系列中，激发：
(a)单个四极；或者
(b)一对相邻四极，
以便将所述能量分散束聚焦到所述图像平面上；
其中，对于光束能量E和检测到的光谱能量分布ΔE，能量参数ΔEr/Er的值大于0.0125，其中：
m是电子质量并且c是光速。
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