CN110361413A - 在透射带电粒子显微镜中研究动态试样 - Google Patents

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Abstract

在透射带电粒子显微镜中研究动态试样。一种使用透射带电粒子显微镜检查动态试样的方法，所述方法包括：用于产生带电粒子束的来源；试样支架，用于将所述试样保持在试样平面内；照明系统，用于将所述束引导到所述试样上；成像系统，用于将通过所述试样透射的带电粒子引导到检测器平面中的检测器上，具体地包括：对所述束进行稀疏化，以便在检测器级别上产生包括子图像分布的图像，所述子图像至少沿选定的扫描路径彼此相互隔离；使用扫描组件在时间间隔Δt期间沿所述扫描路径引起所述图像和所述检测器的相对运动，以便将每个子图像涂抹成所述检测器上的检测条痕，每个这样的条痕在所述时间间隔Δt期间捕获其相关子图像的时间演变。

Description

在透射带电粒子显微镜中研究动态试样
本发明涉及一种使用透射带电粒子显微镜(TCPM)检查动态试样的方法，所述方法包括：
-用于产生带电粒子束的来源；
-试样支架，用于将试样保持在试样平面内；-照明系统，用于将所述束引导到试样上；
-成像系统，用于将通过试样透射的带电粒子引导到检测器平面中的检测器上。
文中采用的术语“动态”是指在显微镜检查过程中经历可观察到的变化(例如演变和/或运动)的试样。通常，这种变化将在非常短的时间尺度上发生，例如，μs、ns或ps的量级。本发明还涉及一种带电粒子显微镜，其中可以制定这种方法。
带电粒子显微镜是一种公知且日益重要的微观物体成像技术，特别是以电子显微镜的形式。从历史上看，电子显微镜的基本属已经演变成许多公知的设备物种，例如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)，以及各种亚种，例如所谓的“双束”设备(例如FIB-SEM)，其另外采用“加工”聚焦离子束(FIB)，允许支持活动，例如离子束研磨或光束诱导沉积(IBID)。更具体地说：
-在SEM中，通过扫描电子束照射试样，例如以二次电子、背散射电子、X射线和阴极发光(红外、可见光和/或紫外光子)的形式沉淀从试样发射的“辅助”辐射；然后检测所述发射辐射的一个或多个分量并将其用于图像累积目的。-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以穿透试样(为此，通常将比SEM试样的情况更薄)；然后，可以使用从试样发射的透射电子来创建图像。当这种TEM以扫描模式操作(因此成为STEM)时，所述图像将在照射电子束的扫描运动期间累积。
-SEM也可以用于“透射模式”，例如，当使用相对薄的样品和相对高的入射光束能量时。这种工具通常称为“TSEM”(透射SEM)，并且其通常具有设置在试样与试样后检测器之间的相对基本的成像系统(例如，单个透镜和偏转器)。
作为使用电子作为照射光束的替代方案，也可以使用其它种类的带电粒子进行带电粒子显微术。在这方面，短语“带电粒子”应广义地解释为包括例如电子、正离子(例如Ga或He离子)、负离子、质子和正电子。关于非基于电子的带电粒子显微术，例如，可以从例如以下的参考文献中收集一些进一步的信息：
https：//en.wikipedia.org/wiki/Focused_ion_beam
http：//en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
-W.H.Escovitz，T.R.Fox和R.Levi-Setti，Scanning Transmission IonMicroscope with a Field Ion Source，Proc.Nat.Acad.Sci.USA 72(5)，第1826-1828页(1975).
http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22472444
应当注意，除了成像和执行(局部)表面改性(例如研磨、蚀刻、沉积等)之外，带电粒子显微镜还可以具有其它功能，例如执行光谱学、检查衍射图等。
在所有情况下，带电粒子显微镜(CPM)将至少包括以下组件：
-粒子源，如W或LaB6源，例如，在电子的情况下，肖特基枪或冷场发射枪(CFEG)，或在离子的情况下，液态金属离子源(LMIS)或纳米孔径离子源(NAIS)。
-照明系统/照明器，用于操纵来自所述来源的“原始”辐射束并在其上执行某些操作，例如聚焦、像差减轻、裁剪(使用隔膜)、过滤等。其通常包括一个或更多(带电粒子)透镜，并且还可以包括其它类型的(粒子)光学组件。如果需要，照明器可以提供有偏转系统，所述偏转系统可以被调用以使其出射光束在被研究的试样上执行扫描运动。-通常连接到定位系统的试样支架-被研究的试样可以保持和定位在其上(例如，移位、倾斜、旋转)。如果需要，可以移动所述支架，以便实现试样相对于束的扫描运动。当设计用于保持低温试样时，试样支架可以包括用于将所述试样保持在低温温度下的装置，例如，使用适当连接的冷冻剂桶。-检测器(用于检测从被照射的试样发出的辐射)，其本质上可以是单一的或复合的/分布的，并且可以采取许多不同的形式，这取决于被检测的辐射。实例包括光电二极管、CMOS检测器、CCD检测器、光伏电池、X射线检测器(例如硅漂移检测器和Si(Li)检测器)等。通常，CPM可包括几种不同类型的检测器，其选择可以在不同情况下被调用。
在透射型显微镜(例如(S)TEM或TSEM)的情况下，CPM还将包括：
-成像系统，其基本上带有通过试样(平面)透射的带电粒子并将他们引导(聚焦)到分析设备上，例如检测器、成像装置、光谱设备(例如EELS装置：EELS＝电子能量损失能谱学)等。与上面提到的照明器一样，成像系统还可以执行其它功能，例如像差减轻、裁剪、过滤等，并且其通常包括一个或多个带电粒子透镜和/或其它类型的粒子光学组件。
在下文中，本发明可以例如有时在电子显微镜的特定背景下阐述；然而，这种简化仅用于清楚/说明目的，不应解释为限制。
研究TEM中动态试样行为的已知方法是使用包括阴极的电子源，所述阴极由脉冲(紫外)激光束“驱动”，由此阴极在被激光脉冲撞击时发射电子束。以这种方式使用脉冲电子源有效地允许一种形式的频闪成像，由此可以时间上快速连续地产生一系列“冻结帧”图像。这种TEM通常称为动态TEM(DTEM)。然而，这种方法假定所采用的探测器足够快以分别记录脉冲序列中的各个图像；遗憾的是，对于许多超短时间尺度动态过程，传统上可用的照相机不能提供足够的捕获速度/帧刷新率。另一种已知的方法是使用面积比图像足迹大得多的检测器，并将连续图像偏转到检测器的不同区域上......在读出/刷新之前在检测器上创建单个图像的“拼贴”。然而，这种方法的缺点在于：
-其需要一个非常大的探测器区域和/或只能处理相对小的图像(小放大率)；
-需要相对大的偏转幅度来将每个连续图像定位在检测器的不同区域上。无论所采用的偏转系统本质上是光学的还是机械的，如果要避免图像模糊，则相对大的偏转幅度通常将需要相对长的稳定时间。这会增加吞吐量，并且在快速变化的试样的情况下可能导致“错过动作”；
-在每个图像偏转步骤期间，通常必须关闭成像光束。
本发明的一个目的是解决这些问题。更具体地，本发明的一个目的是提供一种用于动态/演变试样的基于TCPM的时间分辨研究的方法/设备，其与相对慢的检测器兼容。另外，本发明的一个目的是所述方法/设备不应依赖于使用大检测器和/或大幅度图像/检测器偏转。这些和其它目的是通过上述开头段落中提出的方法实现的，其特征在于：
-对所述束进行稀疏化，以便在检测器级别上产生包括子图像分布的图像，所述子图像至少沿选定的扫描路径彼此相互隔离；
-使用扫描组件在时间间隔Δt期间沿所述扫描路径引起所述图像和所述检测器的相对运动，以便将每个子图像涂抹成所述检测器上的检测条痕，每个这样的条痕在所述时间间隔Δt期间捕获其相关子图像的时间演变。
本发明使用所述稀疏化以利用图像内偏转而不是图像间偏转-从而避免使用大检测器和/或大幅度图像/检测器偏转的需要，因为偏转在图像本身的(相对小的)足迹内发生。为此，本发明将在试样级别上的密集子区域阵列(其中相邻的子区域是连续的)转换成在检测器级别上的稀疏/稀薄的子图像阵列(其中相邻的子图像通过至少沿预先选择的扫描轨迹插入间隙彼此相互隔离)。沿着所述扫描轨迹的子图像的相互隔离-具有最小的间隔Yo-为给定的阵列单元/单位留出空间以沿扫描方向涂抹(移位/扩展)距离Yo(或更小)，因此创建所讨论的单元/单位的延时条痕图像。应当指出的是：
-在基本形式中，本发明仅捕获用于所述子图像分布的延时图像-而不是用于整个/传统图像-但是这仍然在各种情况下提供有用的成像信息，因为：
·在许多情况下，试样基本上是均匀的，因此通过研究试样的子区域的采样而不必监测整个试样(或试样的特定区域)可以满足需求。例如，人们可能对研究一般试样特性感兴趣-例如水合作用、晶体结构等。-可能(很大程度上)与位置无关；
·在试样不均匀且包含嵌入周围物质的特定研究对象的情况下-例如矿物块、特定分子、生物实体(例如病毒、朊病毒或线粒体)等。-如果需要，可以调整所采用的稀疏化的参数，使得感兴趣的研究对象落入子图像中的一个内。这将在下面更详细地讨论。
-在更高级的形式中，本发明提供了从所述子图像分布重构整个图像的可能性。这将在下面更详细地讨论。
在本发明的一个实施例中，所述稀疏化包括使用空间滤波器以通过选择性地阻挡其一部分同时允许其它部分通过来操纵带电粒子束的足迹，所述通过部分形成所述子图像。空间滤波器可以例如包括其中已经提供适当孔的(金属)板，并且其可以设置在试样的上游和/或下游(分别导致撞击束和/或出射束的稀疏化)。如果需要，空间滤波器可以保持在交换机构(例如转盘或机器人臂)上，所述交换机构可以将其交换进/出光束路径，并且(任选地)可以相对于光束调整其位置/姿态；例如，这种交换机构可以与诸如机架的存储单元配合，在所述存储单元中可以存储不同空间滤波器的库。孔图案的具体(非限制性)实例包括(例如，参考笛卡尔坐标系)：
-多个细长狭缝(或仅一个这样的狭缝)，每个狭缝沿X方向延伸，并沿Y方向彼此间隔。平行于Y的扫描将每个狭缝涂抹成(相对宽的)检测条痕。如果相邻的狭缝具有(最小的)间隔Yo，那么每个条痕将具有长度≤Yo。
-相对小(方形)窗口的偏斜分布，其中：
·在任何给定的行中，相邻的窗口具有(最小的)间隔Yo；
·连续的列(与X平行)相对于彼此交错/移位(沿Y方向)。
-相对小(方形)窗口的(准)随机分布。
本领域技术人员将能够选择最适合给定情况的细节的孔图案/形式/分布。例如，参见图2A、2B、4和5。
在本发明的另一个实施例中，所述稀疏化包括使用微透镜组来：
-将光束细分为对应于试样平面中的所述平铺阵列的小束矩阵，每个小束在微透镜组的平面中具有入射宽度；
-将每个小束聚焦到小于所述入射宽度的腰部宽度。
这种方法的一个重要优点-与前一段相反-是其在稀疏化图像时不会丢弃大量的光束通量，因为通量被重新分布(集中)而不是被选择性地阻挡。这种微透镜组的相对简单的实施例包括导电板，其中提供了(圆形)孔的矩阵排列；当板通电时，每个孔的边缘/周边产生具有聚焦作用的电场。技术人员将理解，并非组中的所有微透镜都必须彼此相同。与前一段中的实施例有些类似，可以将文中所述的微透镜组设置在以下位置的至少一个中：
(a)在光源与试样之间，用于将所述小束聚焦到试样平面上；
(b)在试样与检测器之间，用于将所述小束聚焦到检测器平面上。
在情况(a)中，仅照射每个试样子区域的小区域(对应于所述腰部宽度)；然后，可以使用试样下游的聚焦组件，以确保当投射到探测器平面上时，所述区域保持相对收缩-并且与其邻居隔离。在情况(b)中，在试样等级上的子区域被微透镜组收缩成在检测器级别上的更小区域(对应于所述腰部宽度)；由于这种收缩，每个这样的区域将相对远离其邻居。例如，参见图3。本领域技术人员将理解，文中提到的“腰部”不必对应于光束的最小宽度(焦平面宽度)；相反，可以存在一定量的散焦，这在电子显微镜中通常是这种情况。用于涂抹每个子区域的扫描组件可以例如选自包括以下的群组：
(i)束偏转模块(例如包括偏转线圈/电极)，用于将所述图像移位在检测器上；
(ii)连接到检测器的致动器模块(例如电动台)，以使检测器相对于图像移位，
及其组合。光束扫描(技术(i))是扫描型CPM(例如SEM和STEM)中使用的传统方法，并且可以相对容易地修改以在试验之后/之下而不是之前/之上发生，以促进本发明。方法(ii)在CPM中不太常见，尽管这不必提出技术难题，因为复杂的扫描阶段已经在诸如光刻的领域中使用，并且在许多不同的实现中可用。如果计划的扫描路径在形式上基本上是线性的，则扫描组件在其结构中可以是相对基本的，因为其名义上仅需要产生平行于单个方向的偏转。然而，扫描路径不必是线性的，而是可以例如具有螺旋/卷曲/卷绕形式；在这种情况下(以及其它相关情况)，所采用的扫描组件可以实施为沿两个组件方向产生混合/复合偏转。扫描路径甚至可以是闭合曲线，例如圆形、椭圆形、卵形等。-这种闭合曲线的一个优点是其可以具有重合的起点和终点，从扫描机制的角度来看这是有利的(相对于诸如滞后、反转、振动等的效果，与上述动作方法(i)和(ii)相关)。
由图像/检测器的相对扫描运动产生的检测条痕可以是连续的，但如果需要也可以是不连续的；在后一种情况下，每个检测条痕包括基本邻接排列的连续系列的基本上瞬时的快照(类似于“断续”序列的单个子图像，类似于频闪照片系列)。这样的实施例可以例如借助于振荡快门实现，所述快门在快照之间遮蔽成像光束。例如，如果希望对检测条痕进行数学重建，则这样的排列可以是有利的(参见下一段)。
理解/执行本发明中使用的稀疏化的有用方法是：
-从概念上将入射到试样(或试样本身)上的束的足迹细分为试样平面内的平铺的连续子区域阵列；
-对所述阵列应用稀疏变换并将得到的图像投影到检测器上，每个子图像(见上文)对应于试样平面中的特定一个所述子区域。
以下实施例给出了这种(数学)变换的一些实例。
如上所述，本发明在检测器级别上产生稀薄的子图像分布，并且这些子图像中的每一个被涂抹成检测条痕。如果将扫描时间间隔Δt细分为离散数量的分量时间量子，则本发明有效地为这些时间量子中的每一个产生子图像的分布。在本发明的一个实施例中，对应于所述时间量子中的给定一个的子图像的分布用于重建所述时间量子的整个(或至少，更大)图像。这种重建可以以不同方式发生。例如：
(I)当使用如上文情况(b)中所述的微透镜组时，每个微透镜有效地将收缩变换应用于试样上的一个子区域/块。如果将所述逆变换(重新扩展)应用于对应于给定时间量子的每个子图像，则-在如此扩展的子图像的适当“拼接”之后-可以组装/回收/重构整个图像。
(II)当使用具有(准)随机孔分布的空间滤波器时，可以应用压缩传感技术已知的数学重建技术。例如，参见以下讨论此类技术的参考文献：
https：//cfwebprod.sandia.gov/cfdocs/CompResearch/docs/1210508c.Ddf
如上所述，所采用的稀疏化可能导致这样的情况，即试样中感兴趣的给定研究对象无意中不存在于子图像的分布中。例如，这可能发生在：
-使用空间滤波器进行稀疏化，并且所涉及的研究对象不(完全)落入滤波器中的一个孔的足迹内。
-使用上述微透镜情况(a)进行稀疏化，并且所涉及的研究对象不(完全)落入试样上的一个照明区域(与小束腰部相关联)内。
在这种情况下，可以对检测器和用于产生所需稀疏化的装置(空间滤波器和/或微透镜组)的相对位置/姿态进行校正调整-例如，(轻微)移位和/或旋转。替代地，在与交换机机构结合使用的空间滤波器库的情况下，可以将第一空间滤波器与具有不同孔配置的第二空间滤波器交换。
技术人员将理解，本发明中使用的(像素化)检测器可以例如包括CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器。
现在将基于示例性实施例和所附示意图(未按比例)更详细地阐述本发明，其中：
图1呈现了实现本发明的TCPM的实施例的纵向剖视图。
图2A呈现了与本发明的第一实施例有关的图1的主题的一部分的详细透视图。
图2B呈现了图1中的试样的详细平面图，并且示出了在图2A中利用的方面。
图3示出了与本发明的第二实施例有关的图1的多个部分的详细视图。
图4描绘了本发明的又另一个实施例的某些细节。
图5显示了图4所示配置的另一种设置。
在附图中，在相关时，相应部分用相应的参考符号表示。
实施例1
图1(未按比例)是其中实现本发明的TCPM M的实施例的高度示意图；更具体地，其示出了TEM/STEM的实施例(但是，在本发明的上下文中，其可以有效地例如是TSEM或基于离子的显微镜)。在所述图中，在真空外壳2内，电子源4产生电子束B，其沿电子光轴B′传播并穿过电子光学照明器(带电粒子束柱)6，用于将电子引导/聚焦在试样S的选定部分上(例如，可以(局部地)薄化/平面化)。还描绘了偏转器8，其(尤其)可用于实现电子束B的扫描运动。
试样S被保持在试样支架H上，所述试样支架H可以通过定位装置/平台A以多个自由度定位，所述定位装置/平台A移动支架H(可拆卸地)固定在其中的托架A′；例如，试样支架H可以包括可以(尤其)在XY平面中移动的指部(参见所描绘的笛卡尔坐标系；通常，平行于Z的运动和关于X/Y的倾斜也是可能的)。这种运动允许通过沿轴线B′(沿Z方向)行进的电子束B照射/成像/检查试样S的不同部分，和/或允许执行扫描运动作为束扫描的替代/补充。如果需要，可以使任选的冷却装置(未示出)与试样支架H紧密热接触，以便例如将其(和其上的试样S)保持在低温温度下。
电子束B将与试样S相互作用，使得各种类型的“受激”辐射从试样S发出，包括(例如)二次电子、背向散射电子、X射线和光学辐射(阴极发光)。如果需要，可以借助于分析装置22检测这些辐射类型中的一种或多种，分析装置22可以是例如组合的闪烁器/光电倍增管或EDX(能量分散X射线光谱仪)模块；在这种情况下，可以使用与SEM中基本相同的原理构建图像。然而，替代地或补充地，可以研究穿过(通过)试样S，从其离开/发出并继续沿着轴B′传播(基本上，尽管通常具有一些偏转/散射)的电子。这种透射电子通量进入成像系统(投影透镜)24，所述成像系统24通常包括各种静电/磁透镜、偏转器、校正器(例如补偿器)等。在正常(非扫描)TEM模式下，所述成像系统24可以将透射的电子通量聚焦到荧光屏26上，如果需要，荧光屏26可以缩回/取出(如箭头26′所示)，以使其远离轴B′。试样S(的一部分)的图像或衍射图将由成像系统24在屏幕26上形成，并且这可以通过位于外壳2的壁的适当部分中的观察口28来观察。屏幕26的缩回机构本质上例如可以是机械的和/或电的，并且文中没有示出。
作为在屏幕26上观察图像/衍射图的替代方案，可以替代地利用离开成像系统24的电子通量的焦深通常非常大(例如，约1米)的事实。因此，可以在屏幕26的下游使用各种其它类型的分析设备，例如：
-TEM照相机30。在照相机(检测器)30处，电子通量可以形成静态图像或衍射图，其可以由控制器/处理器20处理并显示在显示设备(未示出)上，例如平板显示器。当不需要时，可以缩回/取出照相机30(如箭头30′所示)，以使其远离轴B′。
-STEM照相机32。来自照相机32的输出可以被记录为试样S上的束B的(X，Y)扫描位置的函数，并且可以构建图像，所述图像是作为X，Y函数的来自照相机32的输出的“映射”。照相机32可以包括其直径为例如20mm的单个像素，与照相机30中特征性地存在的像素矩阵相反。此外，照相机32通常具有比照相机30(例如，每秒102个图像)高得多的采集速率(例如，每秒106个点)。再一次，当不需要时，可以缩回/取出照相机32(如箭头32′示意性地所示)，以使其远离轴B′(尽管在例如环形暗场照相机32的情况下，这种缩回不是必需的；当在这样的照相机中，当不使用照相机时，中心孔将允许通量通过。
-作为使用照相机30或32成像的替代方案，还可以调用光谱设备34，其例如可以是EELS模块。应当注意，物品30、32和34的顺序/位置不严格，并且可以想到许多可能的变化。例如，光谱设备34也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′连接到各种图示的组件。所述控制器20可以提供各种功能，例如同步动作、提供设定点、处理信号、执行计算以及在显示设备(未示出)上显示消息/信息。不用说，(示意性地所示的)控制器20可以(部分地)在外壳2的内部或外部，并且可以根据需要具有整体或复合结构。技术人员将理解，外壳2的内部不必保持严格的真空；例如，在所谓的“环境TEM/STEM”中，在壳体2内有意地引入/维持给定气体的背景气氛。本领域技术人员还将理解，在实践中，限制外壳2的体积以使其在可能的情况下基本上围绕轴线B′可能是有利的，采用所用电子束通过其中的小管形式(例如，直径为约1cm)，但是加宽以容纳诸如光源4、试样支架H、屏幕26、照相机30、照相机32、光谱设备34等结构。
在本发明的上下文中，试样S可被视为被概念/抽象网格(平行于XY平面延伸)覆盖，其在概念上将其细分为平铺的连续子区域阵列(例如，呈线性、正交、极性/同心或六边形堆积排列的单位/单元)。为了能够“操纵”所述阵列以执行本发明，显微镜M包括用于将稀疏变换应用于所述阵列的装置40。如上所述，例如，设备40可以包括(可变/可伸缩的)空间滤波器和/或微透镜组。如文中所示，其位于试样S与检测器(TEM照相机)30之间，但是其可以替代地/补充地设置在试样S的上游(例如，在照明器6与试样S之间)。装置40的最终效果是使得在检测器30上形成的图像包括至少沿着选定的扫描路径(例如，与Y平行)彼此相互隔离的子图像的分布，每个子图像对应于试样S中的所述子区域中的特定一个(作为其变换)。
还示出了扫描组件42，其可以例如包括跨越光轴B′的一对(或两对)偏转电极，以便实现平行于XY平面的束B的横向移位[见上文选项(i)]。替代地/补充地，检测器30可以连接到机械台(未示出)，所述机械台将允许其平行于XY平面横向移位[上面的选项(ii)]。在任一种情况下，检测器30和撞击在其上的电子通量(成像束；图像)的这种相对运动具有将每个所述子图像涂抹成检测器30上的检测条痕(检测轨迹)的效果，每个这样的条痕在所述时间间隔Δt期间捕获其相关子图像的时间演变(见下文)。
现在转向图2A，其示出了图1的主题的一部分的详细透视图，并且示出了本发明的特定实施例，其中物品40是空间滤波器/孔板。图2B对应于与图2A中所示相同的情况，但是呈现了试样S的平面图。从图2B开始，这示出了试样S(足迹)在概念上如何被概念上将试样S细分为试样平面(平行于XY平面)内的平铺的连续子区域阵列的网格G覆盖；在这种特殊情况下，每个子区域都是一个细长的矩形，其长边平行于X，短边平行于Y-尽管这只是许多不同可能性阵列配置中的一种。在图2A中，孔板40包括三个孔40′，他们对应于图2B中的白色矩形G′；因此，孔板40的效果是稀疏化网格G(图像)，仅允许电子通过与Y平行相互隔离的网格位置G′并阻挡撞击网格位置G″的电子。注意，开放网格位置G′沿Y以五个网格位置的间隔出现，使得孔板40有效地将以下稀疏(数学)变换应用于由网格G定义的阵列：
F1(A1)＝A2
A2(ΔYi)＝A1(ΔYi)，如果i＝5n，则其中n是整数
0，对于i的其它值，
其中A1，A2分别是输入和输出阵列，ΔYi是沿Y轴的位置/序数i的矩形，左边的阴影矩形为位置/序数零。现在回到图2A，偏转电极42a、42b可用于横向偏转穿过孔40′的电子，使他们平行于Y方向移位。折线/虚线40″示出了孔40′与检测器30上的相应子图像30′之间的电子所采用的路径(为简单起见忽略了可能的缩放/放大效果)，并且向左箭头30″示出了在时间间隔Δt期间如何沿Y轴涂抹这些子图像30′(通过适当地调用偏转器42a、42b)，孔40′平行于Y的分离确定每个这样的拖尾/偏转条痕的最大长度。如上所述，例如，每个这样的拖尾可以是连续偏转，或者断续系列的连续的、离散的、瞬时快照。
实施例2
图3示出了与本发明的第二实施例有关的图1的多个部分的详细视图。在所述实施例中，图1中的物品40被选择为微透镜组，其在图3的上部以侧视图示出并且在图3的下部以相应的平面图示出。从图的下半部分开始，这显示了试样S(足迹)如何被概念上将试样S细分为试样平面(平行于XY平面)内的连续子区域G′的平铺阵列的网格G抽象地覆盖；在这种特定情况下，每个子区域G′是正方形-尽管存在其它可能的阵列配置。下面叠加的是微透镜组40的平面图(为简单起见忽略可能的缩放/放大效应)，其包括在导电(例如金属)板中的(圆形)开口40′的矩阵布置，合适的电势可以施用在所述板上。当适当通电时，微透镜组40具有以下效果：
-将束B细分为对应于由网格G创建的平铺阵列的小束B″矩阵。这些小束B″中的每一个在微透镜组40的平面(平行于XY平面)中具有入射宽度wi。
-将每个小束B″聚焦到检测器30上，以便形成腰部宽度ww＜wi的子图像30′。
注意，子图像30′与Y平行地相互隔离(并且还与X平行)。因此，微透镜组40的效果是通过以下方式稀疏化网格G(图像)：
-仅允许电子通过开口40′；
-将所允许的电子的每个小束B″从初始宽度wi“压缩”到检测器级宽度ww。
因此，微透镜组40有效地将以下稀疏(数学)变换应用于由网格G创建的阵列的每个单元/单位G′：
F2(A1)＝A′2
A′2(Xi，Yi)＝a2·A1(a·Xi，a·Yi)，对于Ri＜ww/2
0，否则
其中a＝wi/ww＞1，并且Xi，Yi是第i个子区域G′内的笛卡尔坐标，使得所述子区域的中心的Xi，Yi＝0，并且Ri是距所述中心的距离。
回到图3的上部，偏转电极42a、42b可以用于横向偏转小束B″，使他们平行于Y方向移位(在这种特殊情况下；平行于X的移位可以用另一对电极来完成，且可以使用Y和X电极实现复合(对角线)移位，例如，这可以实现更有效的空间填充)。折线/虚线40″和箭头42′示意性地示出了作为这种偏转的结果的子束B″所采用的潜在路径，其可用于在时间间隔Δt期间沿Y轴(或其它方向)涂抹子图像30′。子图像30′平行于Y的分离确定了每个这样的拖尾/偏转痕的最大长度(对于平行于Y的偏转)。再一次，例如，每个这样的拖尾可以是连续偏转，或者断续系列的连续的、离散的、瞬时快照。
实施例3
图4描绘了本发明的又另一个实施例的某些细节。更具体地，其示出了图2B中所示的替代网格结构G。文中，网格G包括在暗方格G″的正交配置中的亮方格G′的偏斜(稀疏)阵列。在相应的孔板中，通过允许明亮方格G′对应于另外封闭的板中的孔，可以模仿这种效果。长箭头30′表示沿-X方向的电势扫描/偏转，包括十个时间量子/时间标记t1，t2，...，t10。
实施例4
图5示出了图4所示情况的替代方案，其中：
-亮方格G′现在以正常(非偏斜)方阵排列；
-扫描/偏转路径30′现在是螺旋形的(例如，使用平行于X彼此面对的一对偏转器和平行于Y的彼此面对的类似对的协调激励来实现)；
-时间量子/时间标记t1，t2，...，t9现在以围绕/盘绕布置进行。

Claims (13)

1.一种使用透射带电粒子显微镜检查动态试样的方法，所述方法包括：
用于产生带电粒子束的来源；
试样支架，用于将所述试样保持在试样平面内；照明系统，用于将所述束引导到所述试样上；
成像系统，用于将通过所述试样透射的带电粒子引导到检测器平面中的检测器上。
其特征在于：对所述束进行稀疏化，以便在检测器级别上产生包括子图像分布的图像，所述子图像至少沿选定的扫描路径彼此相互隔离；
使用扫描组件在时间间隔Δt期间沿所述扫描路径引起所述图像和所述检测器的相对运动，以便将每个子图像涂抹成所述检测器上的检测条痕，每个这样的条痕在所述时间间隔Δt期间捕获其相关子图像的时间演变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀疏化包括使用空间滤波器以通过选择性地阻挡其一部分同时允许其它部分通过来操纵所述束的足迹，所述通过部分形成所述子图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述空间滤波器设置在以下位置中的至少一个中：
在所述来源与所述试样之间；
在所述试样与所述检测器之间。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述稀疏化包括使用微透镜组来：
将所述束细分为小束矩阵，每个小束在所述微透镜组的平面中具有入射宽度；
将每个小束聚焦到小于所述入射宽度的腰部宽度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述微透镜组设置在以下位置中的至少一个中：
在所述来源与所述试样之间，用于将所述小束聚焦到所述试样平面上；
在所述试样与所述检测器之间，用于将所述小束聚焦到所述检测器平面上。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述扫描组件选自包括以下的群组：
束偏转模块，用于将所述图像移位在所述检测器上；
连接到所述检测器的致动器模块，以使所述检测器相对于所述图像移位，
及其组合。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述扫描路径的形式基本上是线性的。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述扫描路径的形式基本上是螺旋形的。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中每个检测条痕包括呈基本邻接布置的连续系列的基本上瞬时的快照。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中：
将所述时间间隔Δt细分为离散数量的分量时间量子；
将对应于所述时间量子中的给定一个的子图像的分布用于重建所述时间量子的整个图像。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的方法，其中：
从概念上将所述试样细分为所述试样平面内的平铺的连续子区域阵列；
所述稀疏化包括对所述阵列应用稀疏变换并将得到的图像投影到所述检测器上，每个所述子图像对应于所述试样中的特定一个所述子区域。
12.一种透射带电粒子显微镜，其包括：
用于产生带电粒子束的来源；
试样支架，用于将试样保持在试样平面内；照明系统，用于将所述束引导到所述试样上；
成像系统，用于将通过所述试样透射的带电粒子引导到检测器平面中的检测器上。
控制器，用于控制所述显微镜的至少一些操作方面，
其特征在于，所述控制器配置为：对所述束进行稀疏化，以便在检测器级别上产生包括子图像分布的图像，所述子图像至少沿选定的扫描路径彼此相互隔离；
调用扫描组件在时间间隔Δt期间沿所述扫描路径引起所述图像和所述检测器的相对运动，以便将每个子图像涂抹成所述检测器上的检测条痕，每个所述条痕在所述时间间隔Δt期间捕获其相关子图像的时间演变。
13.根据权利要求12所述的显微镜，其中所述控制器配置为：
从概念上将所述试样上的所述束的足迹细分为所述试样平面内的平铺的连续子区域阵列；
对所述阵列应用稀疏变换并将所述得到的图像投影到所述检测器上，每个所述子图像对应于所述试样平面中的特定一个所述子区域。
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